石油焦替代煤炭在水泥生產中的應用

韓韶輝，劉冀強，焦敬璽

（河北金隅鼎鑫水泥有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

我國經濟迅猛發展，大量工業廢棄物隨之不斷產生，其中一部分屬于可燃廢棄物。而在傳統的水泥工業生產中，熟料燒成系統要消耗大量燃料煤炭；近幾年來，政府對水泥企業燃煤用量進行限制，為了提前有效應對，使用工業廢棄物石油焦替代煤炭，不僅可以有效降低煤炭用量，還能為水泥企業長遠發展提供有力保障。

經過查閱相關資料，石油焦作為水泥窯煅燒的替代燃料早就在許多水泥廠得到應用，國外十多年前就有100%使用石油焦做燃料的新型干法水泥生產線。本文從對石油焦作為替代燃料的市場調研、政策、經濟和技術可行性等方面進行了闡述；科學謀劃，按計劃進行了“石油焦替代部分燃料煤炭”用于水泥生產的工業試驗，為爭取政府經濟政策做準備。通過上下通力配合、周密組織，穩定完成了搭配石油焦粉磨、使用石油焦煅燒等技術環節；驗證了石油焦作為替代燃料的技術可行性；為應對政府對燃煤用量控制提供生產保障，同時取得較大社會效益和經濟效益；實現了年節約 15 % 原煤的可行性。

1 工業試驗

1.1 政策保證

石油焦替代煤炭在水泥生產中的應用，就此問題，咨詢了政府相關部門，并進行了具體溝通，經確認石油焦做燃料替代煤炭在節能和環保政策上均是允許的。

1.2 石油焦替代煤炭摻加比例

此次工業試驗分四組，石油焦分別以10.0%、15.0%、20.0%、25.0%摻入煤粉中，進入煤磨進行粉磨，在回轉窯系統完成煅燒。

1.3 工業試驗期限

為將來在各生產線上大規模使用石油焦提供依據，本次工業試驗在一條生產線上進行，試驗時間為12d左右。

1.4 技術要求

由于石油焦揮發份遠低于煤炭，且堆積密度比燃煤低15%左右，在石油焦與煤炭混合粉磨時，因為兩種燃料的密度不一致，一次風吹起過程中會將較輕的燃料首先帶走，這樣細度不合格的石油焦就會按照成品被選粉機選出。根據燃料的揮發份含量，單獨使用石油焦時細度要求 80μm 篩余≤3.0%、煤炭 80μm篩余9.0%±3.0%。因此混合粉磨時要根據摻量將燃料的細度控制得更細一些。

石油焦起燃慢，著火點較煤炭高100℃～200℃，且燃燒時對氧含量要求較高，否則燃燒速度會受影響，很容易會造成五級下料管、煙室溫度高或產生窯尾結圈等現象，所以在使用石油焦煅燒時需要格外注意做相應調整。

因此，石油焦與煤炭混合粉磨時，需在生產控制和工藝操作上嚴格把關，逐步實現石油焦作為水泥窯的替代燃料在工藝技術上的可行性。

2 進廠數據檢測

2.1 石油焦數據檢測

2017年4月份，進廠石油焦三批，檢測灰分平均為1.55 %，而揮發份僅 10.59 %，但全硫和收到基低位熱值較高，分別達到 3.48 %、31.18 kJ/kg，具體檢測結果見表1、2。

表1 進廠石油焦檢測結果

表2 石油焦灰分化學分析結果（%）

2.2 用于搭配的煤炭數據檢測（表3）

表3 進廠煤炭工業分析及化學分析結果

3 方案實施

經此次技術攻關小組成員反復討論研究，充分考慮操作可行性和對產、質量的影響，結合工藝操作的細節要求，石油焦分別以10.0%、15.0%、20.0%、25.0%摻入煤粉中，石油焦替代部分煤炭具體實施如下。

3.1 出磨煤粉

試驗開始時，加大取樣和檢驗頻次，煤磨工藝操作要充分考慮石油焦和煤炭的質量差異，各比例摻加階段試驗3d，見表4。

從表4可見：石油焦摻量在10.0%時，出磨煤粉灰分較未使用石油焦前降低0.45%，發熱量升高約500kJ/kg；隨著石油焦摻加比例的不斷增加，灰分階梯狀降低，發熱量則相應升高；通過工藝操作結合兩種燃料的物理差異，及時有效調整用風、溫度等工藝參數，保證了細度等指標未出現明顯波動；其它檢測項目未見明顯變化。

3.2 篩余物分析

為了進一步驗證石油焦和煤的易磨性差異，試驗安排對出磨煤粉0.08mm和0.045mm篩上和篩下物分別進行煤工業分析檢測，以確定石油焦和煤炭的粉磨情況，見表5。

從表5數據可見：0.08篩上灰分低、熱值高，比較接近石油焦質量指標；0.08篩下和0.045篩下基本持平，質量相當，可以初步判斷石油焦易磨性差于原煤。

3.3 出窯熟料質量

窯系統使用摻有石油焦的煤粉進行煅燒熟料，化驗室為確保質量控制的有效性，每30min對出窯熟料進行取樣，檢測f-CaO、熒光分析和物理檢驗，見表6。

石油焦摻量在10.0%和15.0%時，熟料質量穩定，3d、28d強度均完成較好，摻加到20.0%以后，熟料強度降低比較明顯，但未對標準稠度、凝結時間等其它物理指標造成影響。

表4 摻加石油焦后出磨煤粉檢測數據

表5 出磨煤粉篩上和篩下工業分析結果

表6 出窯熟料取樣檢驗數據

4 結論及方向

（1）工藝操作方面。控制石油焦細度在合適范圍內，入窯生料成分和喂料量要穩定；避免燒成帶溫度過高，提高二次風和三次風溫度，降低窯尾煙室溫度；控制窯內氣氛，避免窯尾結皮，提高窯速，薄料快燒。

（2）石油焦易磨性正如資料所述，差于原煤；與混合粉磨時間，注意煤磨系統工藝調整，保證細度合適。

（3）摻加15.0%石油焦替代煤炭，通過煅燒，熟料各指標均可以滿足要求，用量增加時會影響強度。通過本次工業試驗，實現了年節約15.0%煤炭的技術可行性。但從資料查閱，石油焦的比例可以增加，需進一步從質量控制和工藝調整方面，研究討論，逐步驗證。

石油焦替代原煤在水泥生產中的應用，不僅可以提質、挖潛、增效，同時也可以更好保護綠水青山、保護自然資源，具有較好的經濟效益和社會效益。