流化床烧成水泥新技术简介

作者：陈敏国家建筑材料工业局

1 概述

最近有机会随国家计委代表团到日本考察煤炭综合利用工作。在日方的安排下,我们参观了在日本枥木县的住友大阪水泥工厂的流化床水泥烧成炉试验装置。这是一种新型水泥生产方法,在我国虽有人进行过探索,但未见成功的报导。日本这套装置虽然仍是试验装置,但已有相当规模,据日方介绍能较长时间运行,运行参数稳定,产品质量很高,热耗也较低。现将我们在参观中了解到的情况作一介绍,以便对我国水泥工业的发展,提供有益的启示。

日本流化床水泥烧成试验装置是由日本煤炭综合利用协会和日本水泥协会共同进行研究的。由日本通产省资源能源厅于1986年开始立项给以财政拨款开展研究课题。试验在日本枥木县大阪水泥工厂进行,1986～1993年进行了初期试验,完成了日产20t试验装置的初步试验工作。1995年又在该试验基础上进行了半工业化试验。由日本川崎重工株式会社制造了试验设备,建立了一座日产200t熟料生产能力的水泥流化床生产装置。两个协会和水泥工厂的试验人员正在进行工业化生产的试验。并准备在1997年建成日产2000t熟料生产能力的大型工业化生产装置。

日本国开展流化床水泥烧成试验的目的是:

开发高效率的水泥生产技术;

建立环境协调型水泥生产技术,减少N、S、CO2排放量;

建立能够生产多品种水泥的生产装置。

试验的目标是:

提高燃烧效率50%;

燃烧消耗减少10%～12%;

CO2排放减少10%～12%;

NOx排放维持在200ppm左右;

SO2排放保持在最低水平;

生产成本降低10%;

建筑面积比传统方式(回转窑)减少70%;

采用多品种煤种资源。

2 工艺流程

日本枥木县200t/d流化床熟料烧成试验流程是:将一般生产水泥的卧式回转窑用垂直的流化床烧成炉、造粒炉取代。而试验装置的预热器部分和水泥窑外分解窑的预热器装置相似。

该生产线的原料由住友水泥工厂提供,准备好的各种原料粉经配料后送入生料贮仓,经提升机送入C3级旋风筒,原料在四级预热器中经过预热后进入煅烧炉、造粒炉(SBK)和烧成炉(FBK),煅烧成均匀的颗粒状熟料。熟料的冷却采用流化床冷却器(FBQ)和移动床冷却器(PBC)二级冷却。烧成炉、造粒炉、煅烧炉所用的燃料是煤粉。点火时,热风炉采用重油做燃料,烧成炉、造粒炉在点火时,也用重油做燃料。正常生产时,炉子燃烧所用空气通过移动床冷却器和流化床冷却器冷却熟料后,被加热成1000℃左右的热风送入烧成炉和造粒炉做助燃空气。原料经过四级悬浮预热器预热后进入造粒炉(SBK),为了进行原料造粒,造粒炉温度控制在1300～1350℃,造粒产生直径为1.6～2.5mm的球状颗粒。流化床煅烧炉的温度控制在1400～1450℃(火焰温度),使原料颗粒烧成均匀的熟料颗粒。烧好的熟料颗粒进入流化床冷却器被空气从1400℃左右冷却到1000℃以下,再进入移动床冷却器(PBC)被进一步冷却到100℃以下,冷却后的熟料被送往熟料库装车运走,见图1。烟气从C1级预热器出来后,经增湿塔冷却后进入电除尘器除尘后,从烟囱排走。整个系统严格密闭,采用微机全自动操作,没有泄漏,没有堵塞处理痕迹,环境整洁,粉尘污染很轻,65m高操作平台,有电梯升降。

3 主要设备规格

试验装置所用的主要设备规格见表1。造粒炉及烧成炉分别见图2、3。

图1 流化床水泥烧成窑系统表1 所用的主要设备规格

注:整个系统采用微机自动控制并集中在中央控制室。

图2 造粒炉

图3 流化床烧成窑

4 试验重点解决的问题及试验结果

(1)这次试验重点要解决的问题。造粒炉在热状态下,自我造粒的技术;高温流化床煅烧熟料的技术;流化床和移动床冷却器高效率热回收技术。我们参观时,该装置已连续运行一个星期没有停炉。

(2)试验结果。热效率比回转窑提高20%;热耗2508kJ/kg。生产出的熟料是一种非常均匀的、粒径在2～3mm之间的小球。熟料强度试验结果符合日本标准。试验结果见表2。流化床熟料岩相照片和回转窑熟料的相似。

表2 熟料强度试验结果(kgf/cm２)

注:括号中为日本水泥标准相当于中国水泥标准的强度值。

(3)环境效益。由于流化床烧成炉燃烧温度为1400℃左右,比回转窑的(1800～2000℃)低,所以NO x排放量比回转窑大大减少,见表3。由于流化床烧成系统燃煤量减少,故CO2排放量减少10%～12%。

表3 两种窑系统烟气中NO x排放量

5 结语

这次我们参观了日本的流化床煅烧水泥的试验装置,听了工作人员的介绍,可以看到日本流化床水泥烧成技术开发取得了很好的效果。新的试验装置比水泥窑外分解回转窑生产水泥有许多优点,特别是热耗低环境效益好,熟料质量高。因此,今后进一步开发研究,将可能取代现在普遍运行的回转窑生产方式,并在水泥工业生产中得到广泛推广和应用。