1.概述
粉煤灰是火力發(fā)電廠排出的工業(yè)廢渣，主要產(chǎn)物是電廠旋風(fēng)式煤粉爐燃燒后殘留的煤灰，煤灰的理化性質(zhì)與所用煤的品質(zhì)（細度、水分、發(fā)熱量），所采用煤粉爐特性有關(guān)，對于優(yōu)質(zhì)煤粉燃燒形成的粉煤灰或普通品質(zhì)燃煤在特性優(yōu)良的燃燒爐形成的粉煤灰，由于燃燒比較充分，燒失量較低，顆粒也較細小，這部分灰經(jīng)分選后作為Ⅰ級灰或Ⅱ級灰被廣泛用作水泥混合材料用于水泥生產(chǎn)，但是對于較差煤種或特性較差的燃燒爐所形成的粉煤灰，因其機械燃燒不完全，大多是細度較粗、燒失量較高，這種灰作為混合材用于水泥生產(chǎn)比較困難，但利用其化學(xué)成分的校正特性和殘余可燃物發(fā)熱特性，將其用于水泥配料可大大降低熟料生產(chǎn)能耗。山水集團濰坊山水水泥公司從2008年開始使用昌樂熱電廠排出的低品質(zhì)粉煤灰進行水泥配料生產(chǎn)，取得了噸熟料標準煤耗下降5.1kg標煤，噸熟料發(fā)電量提高2.51kWh的技術(shù)效果，為公司和社會創(chuàng)出了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。為表明使用低品質(zhì)粉煤灰配料前后節(jié)能效果，現(xiàn)從原料使用、物料配料、熟料燒成以及余熱電站運行情況變化來加以說明。
2.原燃料的使用及成分分析
在使用低品質(zhì)粉煤灰配料前后，濰坊山水水泥公司所使用的主要原燃料石灰石、砂巖、鐵尾礦、燒成用煤化學(xué)成分等特性變化不大，變化較大是粉煤灰。在使用低品質(zhì)粉煤灰配料之前生料制備采用石灰石、砂巖、鐵尾礦、優(yōu)質(zhì)粉煤灰四組分配料；在使用低品質(zhì)粉煤灰配料之后，生料配料改用石灰石、砂巖、鐵尾礦、低質(zhì)粉煤灰四組分配料。原燃料成分分析情況如下：
2.1原料化學(xué)成分
在使用低品質(zhì)粉煤灰配料前后物料化學(xué)成分見下表1。
?表1.原料化學(xué)成分???
|
物料名稱 |
Loss |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
∑ |
|
石灰石 |
40.09 |
6.54 |
1.62 |
0.96 |
48.73 |
1.21 |
99.16 |
|
砂巖 |
1.93 |
85.72 |
6.81 |
1.46 |
0.26 |
0.43 |
96.61 |
|
鐵尾礦 |
-0.70 |
58.07 |
1.00 |
33.64 |
1.85 |
2.25 |
96.11 |
|
優(yōu)粉煤灰 |
4.22 |
51.57 |
31.34 |
7.32 |
1.94 |
0.97 |
97.36 |
|
劣粉煤灰 |
16.21 |
45.21 |
27.35 |
6.96 |
1.68 |
0.85 |
98.26 |
從表中看到：劣粉煤灰燒失量較高，內(nèi)含大量的固定碳，說明具有一定的發(fā)熱能力，根據(jù)分析，低品質(zhì)粉煤灰發(fā)熱量為3350～4200kJ/kg，平均為3770 kJ/kg。另外劣粉煤灰在校正Al2O3同時可提供SiO2量和Fe2O3量，相應(yīng)減少砂巖用量和鐵尾礦用量，這對于合理使用原料和提高磨機能力具有一定積極作用。
2.1.2煤工業(yè)分析
在使用低品質(zhì)粉煤灰配料前后燒成用煤工業(yè)分析見下表2。
? 表2.煤的工業(yè)分析??
|
階段 |
Ma (%) |
Mad(%) |
Vad(%) |
Aad(%) |
FCad(%) |
Qnet，ad(kJ/kg) |
|
使用前 |
10.00 |
3.85 |
30.75 |
16.66 |
48.74 |
25017 |
|
使用后 |
10.00 |
4.57 |
30.91 |
14.96 |
49.56 |
25359 |
2. 2物料配比
因使用低品質(zhì)粉煤灰配料后，低品質(zhì)粉煤灰的燒失量和化學(xué)成分變化較大，因此物料配比發(fā)生了變化，其使用低品質(zhì)粉煤灰前后配比變化情況見下表3所示。
表3.使用低品質(zhì)粉煤灰前后物料配比???
|
階段 |
石灰石(%) |
砂巖(%) |
鐵尾礦(%) |
優(yōu)粉煤灰(%) |
劣粉煤灰(%) |
|
使用前 |
88.2 |
5.4 |
2.5 |
3.9 |
0.0 |
|
使用后 |
87.6 |
5.4 |
2.4 |
0.0 |
4.6 |
從表中看到：劣質(zhì)粉煤灰使用量要比優(yōu)質(zhì)粉煤灰高4.6－3.9＝0.7百分點，相對提高18%，說明改用劣粉煤灰后其綜合利用廢渣能力得到增強。另外，應(yīng)用低質(zhì)粉煤灰配料后，每生產(chǎn)1t熟料所需生料中可多帶入212.0MJ/t，相當于帶入7.2kg標煤/t熱量。
3.熟料產(chǎn)量及煤耗變化
根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計，應(yīng)用低質(zhì)粉煤灰后窯系統(tǒng)工作正常，沒發(fā)生因配料改變出現(xiàn)結(jié)圈、結(jié)大塊、預(yù)熱器結(jié)皮、堵塞等不正?，F(xiàn)象，應(yīng)用低質(zhì)粉煤灰配料期間熟料產(chǎn)量沒有發(fā)生改變，說明低質(zhì)粉煤灰對熟料生產(chǎn)沒有不良影響。但是低質(zhì)粉煤灰?guī)氲目扇冀M分進入預(yù)分解系統(tǒng)后，先與預(yù)熱器中過剩O2氧化燃燒放熱，用以提高廢氣溫度進而提高生料預(yù)熱程度，然后再進入分解爐繼續(xù)燃燒用以碳酸鹽分解。由于低質(zhì)粉煤灰中可燃物質(zhì)燃燒替代了部分燃料，因此應(yīng)用低質(zhì)粉煤灰配料后熟料燒成標準煤耗由應(yīng)用前的117.14kg標煤/t降至應(yīng)用后的112kg標煤/t，燒成煤耗下降5.1kg標煤/t，占低質(zhì)粉煤灰?guī)霟崃康?1.0%。其余熱量用于加熱廢氣，然后被廢氣帶走，這部分熱量占低質(zhì)粉煤灰?guī)霟崃康?9.0%。
4.水泥窯余熱發(fā)電能力變化
使用劣質(zhì)粉煤灰后，所帶入的29.0%熱量即約2.1kg標煤/t用于加熱廢氣。理論計算該部分熱量可使2500t/d水泥窯廢氣溫度升高15～25℃。實際過程要比我們想像得復(fù)雜，因為不僅熟料燒成熱耗下降值有波動，而且粉煤灰燒失量穩(wěn)定度、化學(xué)成分的穩(wěn)定度也有波動，再加上C1筒效率、預(yù)熱器漏風(fēng)率、表面散熱等因素，因此實際窯尾C1A/C1B出口溫升值要比理論計算值低一些，這可從實際運行的中控操作畫面上看到：使用前C1A/C1B出口廢氣溫度為(310～316)℃/(316～324)℃，使用后C1A/C1B出口廢氣溫度為(323～329)℃/(327～336)℃，平均溫升約為10～15℃。
因廢氣溫度升高引起的發(fā)電量增加可通過余熱電站發(fā)電量修正計算公式進行計算，對于2500t/d水泥窯，當廢氣溫度升高10～15℃時，每小時可產(chǎn)生：23kWh/℃×（10～15）℃=230kWh～345kWh發(fā)電量，平均為288kWh。
5.經(jīng)濟效益分析
應(yīng)用劣質(zhì)粉煤灰替代優(yōu)質(zhì)粉煤灰進行水泥配料后，由于配比改變、熟料燒成煤耗降低、發(fā)電能力提高，水泥熟料生產(chǎn)成本也將發(fā)生改變，其變化情況見下表4所示：
表4.采用劣質(zhì)粉煤灰替代優(yōu)質(zhì)粉煤灰后水泥熟料生產(chǎn)成本變化???
|
序號 |
項目 |
應(yīng)用前 |
應(yīng)用后 |
前后變化 (元/t) | ||||
|
定額 (t/t) |
單價 (元/t) |
成本 (元/t) |
定額 (t/t) |
單價 (元/t) |
成本 (元/t) | |||
|
1 |
原料成本 |
1.5329 |
? |
28.59 |
1.5461 |
? |
28.88 |
0.30 |
|
1.1 |
石灰石 |
1.3520 |
16.49 |
22.29 |
1.3544 |
16.49 |
22.33 |
? |
|
1.2 |
砂巖 |
0.0828 |
34.50 |
2.86 |
0.0835 |
34.50 |
2.88 |
? |
|
1.3 |
鐵尾礦 |
0.0383 |
35.00 |
1.34 |
0.0371 |
35.00 |
1.30 |
? |
|
1.4 |
粉煤灰 |
0.0598 |
35.04 |
2.09 |
0.0711 |
33.33 |
2.37 |
? |
|
2 |
燃料（原煤） |
0.1367 |
600.00 |
82.00 |
0.1307 |
600.00 |
78.40 |
-3.60 |
|
3 |
核減發(fā)電(kWh/t) |
40.0000 |
0.50 |
20.00 |
42.5135 |
0.50 |
21.26 |
1.26 |
|
4 |
合計 |
? |
? |
90.58 |
? |
? |
86.03 |
-4.56 |
濰坊山水水泥公司利用其化學(xué)成分的校正特性和殘余可燃物發(fā)熱特性用于水泥配料全年可綜合利用工業(yè)廢渣：0.0711t/t×88萬t=6.3萬t，節(jié)約煤炭：(0.1307 t/t -0.1367 t/t)×880000t=5277t，多發(fā)電：(42.5135 kWh/t -40.0000 kWh/t)×88萬t=221萬kWh，噸熟料生產(chǎn)成本下降4.56元，全年可為公司節(jié)約成本費用401萬元。
6.結(jié)論
我國熱電廠分布較廣，裝機一般較小，機械燃燒不完全問題比較突出，根據(jù)測定熱電廠所排粉煤灰熱含量高達3350～4200kJ/kg，濰坊山水水泥公司利用其化學(xué)成分的校正特性和殘余可燃物發(fā)熱特性用于水泥配料取得綜合利用工業(yè)廢渣和降低熟料生產(chǎn)成本的雙重效益，為劣質(zhì)粉煤灰在水泥窯中應(yīng)用開辟了新的途徑。
