粉煤灰替代煤矸石生产熟料的应用实践

孙静敏

我公司5 000t/d水泥熟料生产线于2012年8月建成投产，主要原材料为石灰石、煤矸石、砂岩、钢渣，技术改造后产量有所提高。为节能降耗，节约成本，根据粉煤灰的物理和化学性质，我们尝试用粉煤灰替代煤矸石来生产熟料。

1 采用粉煤灰替代煤矸石前的生产情况

1.1 生料磨运行情况

回转窑料耗按1.61计算，每日所需生料量为10 143t，将入窑生料量设定在420～430t/h。生料粉磨系统的设计生产能力为420t/h，实际生产能力与设计生产能力持平，低于入窑所需生料量。

更换了新型微动翻板阀的回转窑系统，提高了C1出口收尘效率，目前收尘效率≥93%，回转窑回灰量下降，生料磨系统满负荷运转1d，库位增长量约400t。另外，我公司每周对原料辊磨系统进行两次例行检查维修，每次约4h。因此，原料磨生产能力有所不足。生料磨的主要设备见表1。

表1 生料磨的主要设备

1.2 SO2排放情况

我公司生产初期，SO2排放浓度一直比较高，窑磨同步运转时，SO2排放浓度约80mg/Nm3，原料磨停机时，SO2排放浓度达到350mg/Nm3左右，我公司主要使用浓度5%的氨水脱硫，氨水使用量为600～1 500L/h。为了控制硫的排放量，我们对石灰石这一主要硫化物来源进行了控制，尽量不采购或少采购高硫石灰石，并对进厂石灰石成分进行分析，搭配使用。采取措施后，SO2排放初始浓度较停磨时下降约80mg/Nm3，但SO2排放浓度依旧相对较高。

1.3 粉煤灰与煤矸石的成本比较

粉煤灰为我公司附近某电厂工业废弃物，长期大量露天堆放，不仅占用土地资源而且污染环境。经协商，我公司以每吨3元左右的运输成本直接购入，而煤矸石的进厂成本每吨约14元。

2 试生产情况分析

2.1 粉煤灰与煤矸石的性质比较

粉煤灰是从电厂煤燃烧后的烟气中收集下来的细灰，粉煤灰中含有的硫基本上都是以硫酸盐形式存在；而煤矸石是采煤和洗煤过程中排放的一种比煤坚硬的黑灰色岩石，其本身含有的硫大部分都是以硫化物的形式存在。粉煤灰与煤矸石的化学成分分析见表2。

（1）由表2可知，粉煤灰与煤矸石的化学成分较为接近，因此配料方案变化不大。

表2 粉煤灰与煤矸石的化学成分分析，%

（2）在物理性能方面，粉煤灰颗粒细小，与生料细度非常接近，利于提高磨机产量。

2.2 试生产情况

（1）为适应生产操作，逐步增加粉煤灰代替煤矸石的比例。第一步的粉煤灰代替量为20%，第二步为60%，第三步为100%，每一步的工艺流程不变。经过两个月的试生产，至2021年2月，粉煤灰100%代替了煤矸石生产熟料。出窑熟料的物理性能见表3。

由表3可见，调整配料方案后，增加粉煤灰替代量对出窑熟料的各项品质指标影响不大，甚至没有影响。由此判断，使用粉煤灰替代煤矸石生产熟料是切实可行的。

表3 出窑熟料的物理性能

（2）在粉煤灰逐步代替煤矸石的过程中，SO2排放浓度也在逐渐降低，最终排放浓度较停磨时下降150～200mg/Nm3。这主要是因为粉煤灰中硫酸盐在预热器C2和C3位置不会挥发SO2，而煤矸石中的硫化物在预热器低温部位会挥发大量SO2，造成SO2排放超标。通过进一步调整配料及参数，最终达到SO2≤30mg/Nm3的超低排放标准。

（3）粉煤灰颗粒非常细，掺加粉煤灰后，原材料的易磨性提高。原料辊磨产量由掺加前的420t/h增加至425t/h，满足了回转窑煅烧生产所需，降低了生产成本。

3 经济效益分析

（1）掺加粉煤灰配料后，每吨生料综合电耗降低约0.5kW·h，按年产熟料190万吨计，年产生料约285万吨，每年可节约成本：2 850 000×0.5×0.48（电费单价）=684 000元。

（2）掺加粉煤灰配料后，SO2排放浓度降低，氨水使用量大幅度下降，在合理控制好石灰石搭配情况下，基本停用了氨水脱硫。使用煤矸石时氨水用量按平均约0.7t/h计算，年可节约脱硫用氨水成本：0.7×24×300（按年运转300d计算）×940（氨水单价）=4 737 600元。

（3）粉煤灰价格低，进价3元/t，原煤矸石进价14元/t，按生料产量285万吨，铝制校正原料配比3%计算，进厂采购成本降低：2 850 000×0.03×（14-3）=940 500元。

综上所述，我公司煤矸石替换成粉煤灰，年可节约成本约636万元，经济效益明显。我公司选用的煤矸石基本无发热量，本文对煤矸石发热量节约的燃煤费用忽略不计。

4 结语

利用粉煤灰替代煤矸石生产硅酸盐水泥熟料，在保证熟料强度的同时，提高了生料磨产量，降低了SO2排放浓度和脱硫氨水使用量，降低了生产成本，达到了高产、低耗、环保的目的。