電石渣作原料2 000t/d水泥生產線的設計

趙 艷，溫 平

（河北省建筑材料工業設計研究院，河北 石家莊 050051）

用電石作為化工原料的化工企業在生產過程中會產生大量的廢渣-電石渣，如果電石渣不加以利用則會占用大量的土地，有會污染環境。電石渣的主要成分為氫氧化鈣，其分解后的化學成分為氧化鈣是生產水泥的主要原料之一。電石渣中含有對水泥生產有害成分堿和氯較高，需要采取一些特殊的措施來保證水泥生產的質量、可靠性和連續性。陜西米脂冀東2 000t/d水泥生產線設計用30%左右的電石渣代替石灰石生產水泥，項目建成投產后順利實現了達標、達產，這樣充分利用了資源，變廢為寶，不僅解決了上游化工企業的廢渣難題，也給企業帶來了一定經濟效益和社會效益。

1 工程概況

陜西米脂冀東為1條2 000t/d水泥生產線，設計年運轉率為310天，年產熟料62萬t，年產水泥85萬t。

圖1 工藝總圖

1.1 總圖運輸方案

本項目總平面設計原則是：滿足合理的工藝流程，保證原燃料和成品進出物流順暢，布置盡量集中緊湊，節約用地，減少工程費用，保證工廠有一個良好的生產環境。廠區主要分為：原燃料準備區、主生產區共兩個功能分區。

原燃料準備區：位于廠區的北側和東側，根據地形并結合工藝流程，采用“L”型布置。其中料漿池和清液池位于廠區北側，電石渣處理車間布置在其南側；原材料和煤等布置在廠區的東側。

主生產區：位于廠區的西側，從北向南“一字形”依次布置，從原料粉磨及廢氣處理至水泥袋裝及發運。

廠前區布置有辦公樓、宿舍、食堂、浴室等子項。

其他輔助生產設施如中控室、水處理各車間、機電修、材料庫等根據功能及場地條件，在生產線周圍布置。車間設置見圖1。

1.2 原、燃料及物料平衡表

（1）電石渣。項目采用金泰氯堿工廠工業廢渣——電石渣作為石灰質主要原料之一。金泰氯堿目前存儲池存有電石渣約130萬t，每天還能排放約1 200t。金泰氯堿工藝決定其產生的電石渣氯離子含量偏高，電石渣氯離子含量在0.27%~0.346%。金泰二期工程在2013年10月份投產，投產后總計年排放電石渣約40萬t。經過改造其排放電石渣氯離子含量在0.06%以下，但仍偏高。根據原料配料計算，每年所需電石渣約60萬t，因此每年需消耗存儲池中的電石渣約20萬t左右，電石渣典型化學成分見表1。

表1 電石渣化學成分（%）

表2 石灰石化學成分（%）

（2）石灰石。項目地最近距離的石灰石資源在山西中陽蔡家溝鎮，距米脂140km。石灰石典型化學成分見表2。

（3）硅質原料。使用距米脂大概230km的山西嵐縣的砂巖和工廠附近的黏土作為硅質原料，砂巖的典型化學成分見表3，黏土的典型化學成分見表4。

表3 砂巖的化學成分（%）

表4 黏土的化學成分（%）

（4）鐵質校正原料。項目擬采用距離米脂160km的中陽鋼渣為鐵質校正原料，中陽鋼渣的典型化學成分見表5。

表5 中陽鋼渣化學成分（%）

表6 原煤工業分析（%）

表7 煤灰化學成分（%）

表8 熟料率值

表9 物料配比（%）

（5）燃料。原煤產自陜西榆林地區，煤質和供煤量都能保證，原煤的工業分析見表6，煤灰化學成分見表7。

（6）混合材。擬采用粉煤灰、爐渣和礦渣作為水泥混合材。米脂地區粉煤灰和爐灰產生量可以滿足本項目水泥混合材的用量和質量要求，礦渣從鄰近的吳堡地區來。

表10 全廠物料平衡情況

（7）調凝劑。擬采用米脂各個電廠的脫硫石膏作為水泥生產所用調凝劑，其質量滿足本項目生產優質硅酸鹽水泥的技術要求。

（8）熟料率值見表8。

（9）原料配比見表9。

（10）全廠物料平衡見表10。

（11）全廠主機設備規格、能力和工作制度見表11。

（12）全廠物料儲存方式、儲存量及儲存期見表12 。

表11 全廠設備

表12 全廠物料儲存情況

2 主要設計特點

（1）多種有效的防堵措施。

原料中壓濾后的電石渣、黏土和脫硫石膏比較粘濕，針對它們的特性，有針對性的設計了儲庫及輸送計量設備：壓濾后的電石渣卸料斗底部設置有振動電機，電石渣緩沖倉設置有自動清堵系統；在物料所能接觸到的部位內部均設樹脂襯板，下部錐體傾角為70°，其最下部分特別設計成吊倉結構，這樣有利于物料下料順暢和方便捅料，其計量設備采用定量給料機；電石渣濾餅的儲存沒有設計成圓形儲庫，而是采用堆棚形式，儲存在堆棚中的電石渣濾餅由鏟車鏟到小的鋼漏斗中，由膠帶輸送機輸送到緩沖倉經計量后輸送到烘干破，盡量減少中轉的環節，相應的減少了堵塞的概率。在試生產階段，沒有發生物料堵塞緩沖倉或溜子而影響生產的情況。

（2）合理布置的原、燃料預均化堆場。

根據地形，石灰石和其它輔料選用聯合儲庫，煤預均化選用長型堆場。聯合儲庫與預均化堆場相比具有占地小，設備投資少，但均化效果比預均化堆場差。圓形預均化堆場為連續堆料、取料，堆料為環線連續布料，端面取料、中心卸料；長形預均化堆場則為一堆一取，直線連續布料，端面取料。長形預均化堆場的優點是：布料均勻，對周期長成分波動大的原料容易調整，對粘濕物料適用性強，易于設備的檢修和維護，便于擴建；缺點是：存在端堆效應，兩個料堆之間的成分也存在差異，占地面積大。圓形預均化堆場的特點是料堆內外圈有差異，物料分布較不均勻，但由于連續堆料和取料，沒有端堆效應，均化效果能滿足生產要求。圓形預均化堆場占地面積小，設備投資與長形預均化堆場相當。鑒于以上堆場形式自身的優缺點和生產線實際征地情況，石灰石和輔料選用聯合儲庫、煤預均化堆場采用長形預均化堆場。

（3）高效的電石渣漿壓濾系統。

相對于舊式的電石渣漿壓濾系統，電石渣濾餅的物料水分由30%~37%降低到25%～30%，這樣節省了大量的煤耗，烘干電石渣濾餅的氣體溫度降低了近150℃，預熱器由傳統的2級現在3級就可以保證烘干。

（4）先進的粉磨工藝流程。

早期的電石渣水泥生產線原料磨和水泥磨均一般都采用球磨系統，隨著國產立磨的技術進步，其可靠性大大提高，為了節省能源，本項目原料磨、煤磨和水泥磨均采用立磨系統。立磨與球磨相比有以下優點：立磨系統集中碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，流程簡單，烘干能力大，對原料的水分、粒度的適應性強，粉磨電耗低；原料粉磨系統的比較見表13，煤磨系統的比較見表14，水泥磨系統的比較見表15。

（5）高效的生料均化庫。

生料均化庫采用IBAU型均化庫，它的優點是：耗氣量少，單位電耗低，高卸空率和良好的均化效果，出庫生料CaO標準偏差小于±0.25%。

表13 原料粉磨系統的比較

表14 煤磨系統的比較

表15 水泥磨系統的比較

表16 生料化學成分（%）

表17 生料率值

表18 熟料礦物組成（%）

表19 熟料化學成分及礦物組成（%）

（6）先進的燒成系統。

針對電石渣的特性，預熱器采用單系列大蝸殼3級（根據需要且可以切換到2級）旋風預熱器，其具有以下優點：低阻力、高換熱效率和低廢氣量；分解爐具有煤適應性好，容積產量高和高換熱效率的特性。電石渣中含有對水泥生產有害成分堿和氯較高且其煙氣成分與純石灰石的有較大的不同，因此分解爐、下料管、撒料盒等均有較大的改變。為了保證連續生產，防止結皮堵塞，窯尾還設置了旁路放風系統。另外窯尾還加設了SNCR脫硝系統以保證廢氣達標排放。

熟料冷卻采用第四代無漏料高效篦冷機，篦冷機的篦床采用液壓驅動，熟料破碎機為錘式破碎機。液壓驅動與傳統的電機驅動相比具有運行平穩、低噪音、低磨損等優點；此篦冷機還具有高熱回收率（>75%）和低能耗（冷卻風量≤2.0Nm3/t.cl）的優點 。

（7）多項節能措施。除原料磨、煤磨水泥磨均選用立磨外，所有的工藝大風機和篦冷機低壓部分冷卻風機均采用變頻調速；所有的工藝大風機均選用高效率的離心風機。

3 試生產結果

2017.01.04~2017.01.10凌晨4點，系統共生產熟料約9 000多t，實現了72h連續運轉達產2 100t/d。達產期間電石渣摻量約占50%，電石渣濾餅水分平均25%~27%，C1出口最高溫度530℃，未用補燃熱風爐即能烘干電石渣濾餅。達產期間生料和熟料數據見表16，表17，表18，表19。

4 結 語

陜西米脂冀東2 000t/d水泥生產線為我院設計的第1條完整的電石渣水泥生產線，試生產結果完全達到設計意圖，為我院拓展設計領域積累了寶貴經驗。