“一炉两用”同时出热和生产速烧水泥熟料的方法、产品、设备及应用技术

公开了一种在煤粉锅炉上“一炉两用”同时出热和生产速烧水泥熟料／速烧改性粉煤灰的方法，由该方法制得的速烧水泥熟料／速烧改性粉煤灰，以及由它们制得的水泥产品，还公开了实施这种方法的设备。本发明专利技术方法具有速烧速冷的工艺特点，它赋予本发明专利技术的速烧水泥熟料／速烧改性粉煤灰以良好的水硬活性，能直接用于生产优质水泥产品。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤粉锅糖“一炉两用”同时生产热力和生产水泥熟料的方法，涉及为实施该方法而设计的设备，涉及可由该方法生产的水泥熟料，还涉及这种水泥熟料的应用；本专利技术还进一步涉及煤粉在热力锅炉中燃烧时炉内直接改性粉煤灰的方法，涉及由这种方法生产的改性粉煤灰，涉及这种改性粉煤灰作为水泥熟料的应用，涉及煤粉锅炉在生产改性粉煤灰中的应用，还涉及生产这种改性粉煤灰的设备；本专利技术更进一步涉及一种固结燃煤中的硫和进一步脱除煤粉锅炉烟气中SO2的脱硫方法。水泥是建筑工业的三大基本材料之一，用途广，用量大。最常用的为硅酸盐系列水泥，其国家标准见GB175-92。水泥熟料生产的主要原料为石灰石、粘土和铁粉；所用燃料主要为煤。水泥熟料中的活性成分是以硅酸钙为主要的矿物组成，它们通常在1450℃的温度下即可生成，加矿化剂后在1300℃左右就可以形成。水泥生产的主要环节，无论哪一种方法和窑型，均可概括为“两磨一烧”，即生料配制与粉磨、熟料锻烧和水泥粉磨三个基本过程。附图说明图1是一个较先进的窑外预分解干法回转窑工艺流程示意图，其中最关键的设备是熟料锻烧回转窑。在熟料锻烧过程中，燃料和生料分别入窑，煤粉通过窑头的一个火嘴喷入回转窑内，在中心线的位置形成一支毛笔头似的火焰，其高温火焰达1600～1700℃，主要通过对流和幅射方式传热给随窑转动而呈堆积前进的物料，物料在回转窑中的填充率为12-14％左右。这样的传热方式有两个主要问题一是热效率低，一般只有22％左右，即使是先进的窑外预分解干法回转窑工艺的总热效率也才达到约50％；第二是由于物料呈堆积状态，传热不均匀，导致从生料入窑到烧成熟料并冷却这一过程需花较长时间，一般约需1.5～2小时，窑外分解窑也要40分钟至1个小时，这一现象可用“慢烧慢冷”四个字概括；此外，也容易出现熟料过烧现象。锻烧温度很高、锻烧不均匀和过烧现象的存在，使得矿物活性较低，最终将影响水泥熟料的性能。除了上述的由于热效率不高导致能耗大、传热不均匀以致影响产品质量等缺陷外，水泥生产还带来其它问题如消耗大量矿山资源、占用土地、大量的物资运输耗费、导致环境如土地、水源、大气等方面的污染。煤粉锅炉是广泛使用的生产热力的设备，它产生的高温高压蒸汽例如可用于发电或用作其它动力。其主要流程和设备见图2。从图2可以看出，煤粉锅炉主要由以下几个子系统构成原煤配料系统(包括1，2，3)、煤粉磨制系统(包括4，5和6)、供煤粉和燃烧出热系统(包括7，8，9，10)和副产物处理系统(包括11，12，13)。其中的关键设备是煤粉锅炉(9)。煤粉经喷嘴喷入炉膛内，呈高度分散的悬浮状态，在炉膛燃烧区与1300-1600℃的高温气流相遇后，急剧升温并燃烧放热；煤粉燃烧放热而使锅炉中产生的高温高压蒸汽可直接用于推动涡轮机和其它动力、热工设备如发电设备。煤粉或其灰质在炉膛高温区的停留时间一般平均约为2-6秒、最高可达8秒，形成的粉煤灰随烟气流离开炉膛。离开炉膛时烟气温度约为1200℃，进入含尘烟气输送通道，在其中与供汽、锅炉供水、供风等设施进行间接热交换，均匀而迅速地冷却，然后进入电除尘器(11)，粉煤灰即被收集下来。另外，沉落于炉膛底部的少量炉渣，经水淬急冷后由捞渣机卸出。煤粉在锅炉中快速燃烧放热、生成的粉煤灰渣迅速冷却的这一过程特征可概括为“速烧速冷”；收集的粉煤灰通常用水力输送到专门修建的堆灰池(13)中堆置，或用气力输送到储库中储存；大量的粉煤灰除掉后，仍含少量粉煤灰灰尘和较大量SO2的废气排入大气中。这种煤粉锅炉的传热面积大，传热系数和热效率都较高，故其热效率可达到90％或更高。但这种煤粉锅炉的运行带来两个较严重的问题，一是副产的大量的粉煤灰将产生较严重的污染问题，例如一个85万kw规模的热力电厂每年要花费2000多万元人民币、并占用土地用于修建或扩建堆灰池，输送粉煤灰要耗费水及其动力，堆灰池中的粉煤灰随风飞扬和随雨水漏失将污染环境；第二是从烟囱中排出的废气中带有较大量的SO2和少量粉尘，这也将造成大气污染。长期以来，为了治理和综合利用煤粉锅炉产生的废灰渣，人们探索了多种途径。其中主要的一种就是将它作为混合材即填料来生产粉煤灰水泥，但是粉煤灰的添加量一般限制在20-40％(参见GB1344-92)，所以利用效率和价值均不高，而且将粉煤灰从热力电厂输送到水泥厂还需要大量的运输费。粉煤灰的添加量不能超过40％的主要原因之一是，粉煤灰属火山灰性质，化学组成的特点是高硅低钙，有一定的潜在活性。为了激发这一潜在活性，人们采取了许多措施，但这些措施多是针对燃烧后的粉煤灰的，其最大的缺陷是，潜在的活性很有限，能激发出来的活性相应也很有限，无法与水泥熟料的那种良好的水硬活性相比，因而没有从根本上解决这一问题。例如，“粉煤灰增活技术的试验研究”，《中国建材》，1995年5月公开了一种粉煤灰的激活方法。其中，通过向粉煤灰中添加增活剂、再在650-800℃低温锻烧来进行改性。这种方法仍局限于激活粉煤灰的潜在活性，不能用来直接生产粉煤灰水泥，因而没有提高粉煤灰的利用率。近来，人们采用了向煤粉中添加石灰石粉、使其在煤粉锅炉内燃烧来改性粉煤灰的方法(“高钙粉煤灰少熟料水泥的试制及应用”，《中国建材科技》，1993年，第5期)。但由于石灰石在锅炉炉膛内分解成CaO和CO2时吸收大量的热量，这将影响煤粉锅炉的正常燃烧及出力，甚至造成炉膛灭火事故，因此石灰石的添加量只能很低，得到的所谓高钙粉煤灰中的最高钙含量(以CaO的重量百分数计)一般在20％左右。即使这种改性粉煤灰的活性有所提高，它也只是用来与主要含β-硅酸二钙(β-C2S)和γ-硅酸二钙(γ-C2S)相的铬铁灰一起生产325#以下的低标号砌筑水泥(见CN.9110608.4)。因此，其应用范围较窄，并且未从根本上解决粉煤灰的全部、高效利用的问题。除了上述由于粉煤灰属火山灰性质而限制了其利用量和利用价值外，粉煤灰利用中的另一个困难在于，粉煤灰中残碳(或通常称的烧失量)的不良作用影响了粉煤灰水泥制成品的质量性能。粉煤灰中的残碳多孔，具有很强的吸水性，残碳的存在增大了粉煤灰的需水量，降低了粉煤灰凝聚体的强度，从而降低了制成品的抗渗及抗冻性能；同时，在其表面形成一层憎水膜，它阻碍了活性物质的水化反应，对粉煤灰的凝聚集结起着离散、破坏作用；此外，残碳的存在也降低了煤的热值利用率和锅炉热效率。在现有技术中，煤粉锅炉热力厂和水泥厂分属不同的工业部门，分别单独地管理和运行，各自都存在着各自的问题。基于对现有水泥熟料慢烧慢冷生产方法所存在的热效率不高和产品质量有待提高的缺陷的认识，本专利技术人长期以来致力于开发生产水泥熟料的新工艺。在受到煤粉锅炉中煤粉快速燃烧放热、粉煤灰快速冷却这一热工特性的启发后，提出了利用煤粉锅炉这一有利热工条件来生产速烧水泥熟料的构想。要实现这一构想，必须解决三个主要问题第一、如何使煤粉锅炉排出的产物的化学组成达到预期水泥熟料的化学组成；第二、如何使粉煤灰中的化学成分发生矿化反应，大量生成具有良好水硬活性的矿物组成；第三、如何保证在煤灰质发生矿化反应时，不吸收煤粉燃烧时放出的热量，以保持炉膛高温，保证锅炉出热能力不降低。为了解决上述三个问题，本专利技术人深入研究了煤粉在锅炉炉膛中的燃烧过程和粉煤灰的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种“一炉两用”同时出热和生产硅酸盐水泥熟料（以下简称“速烧水泥熟料”）的方法，所说“一炉”是煤粉热力锅炉，煤粉在锅炉中燃烧产生的高温高压蒸汽输送给热力用户，其特征在于，根据煤灰分含量和化学成分情况，向煤中配入一种“ＡＭＣ”，其中含有以ＣａＯ为主的富钙物质，“ＡＭＣ”的用量要使得配煤混合物燃烧后得到的速烧水泥熟料中Ｃａ含量（以下都以ＣａＯ％含量表示）为２０－７０％（基于得到的速烧水泥熟料的重量计，以下同）；将这种配煤混合物充分混匀并磨细，其粉末粒度应达到４９００孔／ｃｍ↑［２］筛筛余小于３０％，将这种配煤混合物粉末喷入炉膛内，使其在１３００℃以上的高温区充分燃烧，同时灰质间发生矿化反应，得到速烧水泥熟料。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雪芳，刘本恩，
申请(专利权)人：中国科学院机关服务局，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]