水泥工业提高资源利用效率的途径探讨.docx

1、水 泥 工 业 提 高 资 源 利 用 效 率 的 途 径 探 讨磨粉机 http:/ 磨粉机 http:/ 磨粉机 http:/ 3R原则（即 Reduce、Reuse、Recycle）为核心，以“资源-产品- 再生资源”生产方式为经济增长模式，将是未来经济运行方式的主流。在循环经济原则中 Reduce 的核心是减少资源的使用量，这就需要提高资源的利用效率。对于单个的工业过程，一种资源在使用的同时又可能伴生一些废弃物，如得不到有效的使用就会形成资源浪费，降低资源的利用效率。这些废弃物在其它工业过程中有可能得到使用，则这两种工业过程就会形成关联，那么在这些相互关联的工业过程之间重新分配资源才可

2、能使资源的利用效率最大化。本文将通过两个实例来说明这种提高水泥工业资源利用效率的途径。1 宜 宾 天 原 集 团 电 石 渣 利 用 工 程宜 宾 天 原 集 团 有 限 公 司 （ 以 下 称 天 原 公 司 ） 是 一 家 大 型 综 合性 氯 碱 企 业 ， 公 司 主 要 生 产 纯 碱 、 聚 氯 乙 烯 等 基 础 化 工 原 料 和 化 工产 品 。 多 年 来 ， 天 原 公 司 生 产 过 程 中 排 出 的 废 渣 电 石 渣 ，一 直 采 用 传 统 的 露 天 堆 放 处 理 ， 堆 放 地 紧 邻 长 江 边 ， 随 着 公 司 生 产规 模 的 扩 大 ， 电 石

3、渣 的 排 放 量 将 越 来 越 大 ， 给 周 围 环 境 和 长 江 流 域造 成 越 来 越 严 重 的 危 害 。 此 外 ， 公 司 发 电 厂 每 年 还 产 生 大 量 的 煤 渣和 粉 煤 灰 ， 如 得 不 到 及 时 处 理 ， 会 给 周 围 的 环 境 带 来 不 良 的 影 响 。天 原 公 司 从 环 境 保 护 、 资 源 的 综 合 利 用 ， 提 高 企 业 经 济 效 益 、改 善 企 业 形 象 出 发 ， 决 定 利 用 电 石 渣 生 产 水 泥 ， 此 外 还 可 吸 收 适 量的 粉 煤 灰 作 水 泥 混 合 材 料 ， 从 而 达 到 彻 底

4、 根 治 环 境 污 染 的 目 的 。1.1 固 体 废 弃 物 的 性 能天 原 公 司 内 部 用 于 水 泥 生 产 的 固 体 废 弃 物 主 要 有 电 石 渣 和 煤 渣 ，其 中 电 石 渣 每 年 的 排 放 量 约 为 25 万 t， 煤 渣 每 年 的 产 出 量 约 8万 t， 利 用 电 石 渣 生 产 水 泥 项 目 基 本 上 可 以 吸 收 集 团 内 部 所 产 生 的全 部 电 石 渣 和 煤 渣 ， 此 外 还 可 处 理 外 购 的 硫 酸 渣 约 9 000t 和 一定 量 的 粉 煤 灰 。电 石 渣 是 用 乙 炔 法 生 产 聚 氯 乙 烯 产

5、生 的 工 业 废 渣 ， 主 要 成 分 为Ca(OH)2。 天 原 公 司 电 石 渣 的 化 学 成 分 中 ， CaO 含 量 达 66%以上 ， 有 害 成 分 含 量 低 ， 优 于 水 泥 生 产 对 钙 质 原 料 的 要 求 。天 原 公 司 电 石 渣 的 化 学 分 析 结 果 见 表 1。煤 渣 是 天 原 公 司 自 备 电 厂 燃 煤 排 出 的 炉 渣 ， 有 火 山 灰 质 活 性 ，可 作 为 混 合 材 掺 入 熟 料 磨 制 水 泥 ， 也 可 作 为 硅 铝 质 原 料 参 加 原 料 配料 。 其 化 学 成 分 见 表 2。由 于 煤 渣 中 的 S

6、iO2 含 量 较 低 ， 在 生 料 中 的 配 合 比 较 低 ， 因而 作 为 原 料 的 煤 渣 每 年 的 耗 量 仅 约 5 000t， 其 余 都 用 作 粉 磨 水泥 的 混 合 材 料 。1.2 天 原 公 司 电 石 渣 制 水 泥 熟 料 生 产 工 艺 （ 780t/d 水 泥 熟 料 ）天 原 公 司 电 石 渣 制 水 泥 熟 料 生 产 流 程 采 用 箱 式 压 滤 机 使 料 浆 脱水 至 约 40%后 喂 入 ?准 4m150m 回 转 窑 内 煅 烧 ， 其 工 艺 流 程 见图 1。该 熟 料 烧 成 系 统 具 有 以 下 特 点 ：（ 1） 针 对

7、天 原 公 司 电 石 渣 产 量 大 的 特 点 ， 采 用 电 石 渣 100%代替 石 灰 石 配 料 ， 从 而 可 以 最 大 限 度 的 利 用 生 产 聚 氯 乙 烯 产 生 的 电 石渣 。（ 2） 电 石 渣 配 制 的 生 料 浆 经 压 滤 机 脱 水 后 ， 再 入 窑 煅 烧 ， 从而 大 幅 度 地 降 低 了 烧 成 热 耗 。该 熟 料 生 产 线 建 成 以 来 ， 产 量 高 于 设 计 产 量 780t/d， 熟 料烧 成 热 耗 远 低 于 设 计 值 ， 除 吸 收 公 司 内 产 生 的 废 弃 物 外 ， 还 年 增 利润 2 171 万 元 。1

8、.3 天 原 公 司 资 源 利 用天 原 公 司 电 石 渣 利 用 工 程 资 源 流 动 过 程 见 图 2。由 图 2 可 以 看 出 ， 天 原 公 司 电 石 渣 利 用 工 程 中 生 产 水 泥 主 要是 固 体 废 弃 物 ， 只 使 用 了 少 量 的 原 生 矿 物 资 源 （ 砂 岩 、 石 膏 ） ， 利用 了 二 次 资 源 （ 自 有 的 电 石 渣 、 煤 渣 、 粉 煤 灰 和 外 购 的 硫 酸 渣 ） 生产 出 合 格 的 水 泥 。对 于 天 原 公 司 的 电 石 渣 利 用 工 程 而 言 ， 水 泥 项 目 的 实 施 有 效 的解 决 了 厂 区

9、 内 的 电 石 渣 污 染 问 题 ， 并 在 此 基 础 上 可 有 效 的 降 低 厂 内的 另 一 类 污 染 物 煤 渣 的 量 。 对 于 电 石 资 源 而 言 ， 原 来 化 工厂 仅 使 用 水 解 后 的 乙 炔 气 ， 而 另 一 种 水 解 产 物 电 石 渣 则 不 能 得 到 有效 的 利 用 ， 而 水 泥 项 目 的 实 施 正 利 用 了 电 石 渣 ， 从 而 使 电 石 资 源 得到 完 全 的 应 用 ， 因 而 在 资 源 的 利 用 率 上 天 原 公 司 对 电 石 资 源 的 利 用率 得 到 提 高 。 另 一 方 面 ， 由 于 煤 渣 和

10、粉 煤 灰 也 是 电 厂 用 煤 而 产生 的 废 弃 物 ， 也 是 一 种 资 源 未 完 全 应 用 的 产 物 ， 在 电 厂 或 是 天 原公 司 的 其 它 工 业 过 程 中 不 能 得 到 利 用 的 ， 在 水 泥 厂 中 的 利 用 则 是 典型 的 资 源 二 次 利 用 。 因 此 ， 我 们 可 以 说 水 泥 项 目 的 实 施 使 得 天 原 公司 的 电 石 和 煤 资 源 得 到 更 为 彻 底 的 利 用 。由 于 天 原 公 司 电 石 渣 的 产 量 较 大 ， 采 用 全 干 法 或 湿 磨 干 烧 熟 料 烧 成系 统 不 足 以 吸 收 该 公

11、司 的 电 石 渣 ， 因 而 采 用 湿 法 窑 工 艺 烧 成 热 耗 仍然 较 高 ， 但 较 传 统 的 电 石 渣 直 接 入 窑 煅 烧 工 艺 热 耗 仍 有 大 幅 的 降 低 。如 电 石 渣 量 较 小 则 可 采 用 干 法 或 湿 磨 干 烧 工 艺 将 更 为 合 理 ， 目 前 ，成 都 建 材 料 设 计 研 究 院 已 成 功 开 发 了 电 石 渣 制 水 泥 湿 磨 干 烧 工 艺 ，并 在 多 个 项 目 中 得 以 成 功 实 施 。天 原 公 司 电 石 渣 利 用 工 程 建 成 后 ， 每 年 可 消 耗 电 石 渣 约 25万 t、 煤 渣 8

12、万 t， 完 全 吸 收 了 公 司 内 部 所 产 生 的 两 种 主 要 的 固 体废 弃 物 ， 并 且 可 大 量 回 收 电 石 渣 浆 中 的 废 水 以 供 化 工 生 产 循 环 使 用 ，而 水 泥 工 业 的 主 要 原 料 、 不 可 再 生 资 源 石 灰 石 却 没 有 得 到 任 何 消 耗 。该 工 程 一 方 面 极 大 地 改 善 了 环 境 污 染 问 题 ， 节 约 了 原 生 矿 物 资 源 的消 耗 ， 同 时 也 降 低 了 企 业 营 运 成 本 。 企 业 发 展 的 同 时 ， 也 履 行 了 其社 会 责 任 ， 真 正 实 现 了 企 业

13、和 社 会 的 双 赢 。2 鸿 鹤 化 工 股 份 有 限 公 司 综 合 利 用 环 保 技 改 工 程 （ 1 000t/d水 泥 熟 料 ）鸿 鹤 化 工 股 份 有 限 公 司 （ 以 下 称 鸿 鹤 化 工 ） 是 一 个 以 联 碱 和氯 碱 生 产 为 主 体 的 大 型 股 份 制 企 业 。 鸿 鹤 化 工 有 自 备 电 厂 1 座 ，每 年 排 出 约 7 万 t 的 粉 煤 灰 ， 加 上 即 将 新 建 的 15MW 机 组 ， 预计 排 出 量 将 达 到 10 万 t/a。 由 于 目 前 厂 内 没 有 吸 收 粉 煤 灰 的 工 业 ，因 此 粉 煤 灰 主

14、 要 靠 外 排 处 理 。 此 外 ， 目 前 公 司 生 产 纯 碱 需 要 的CO2 依 靠 4 座 石 灰 窑 提 供 ， 每 年 排 出 石 灰 将 近 8 万 t， 因 石 灰市 场 销 售 较 差 ， 在 厂 内 堆 存 ， 又 形 成 新 的 污 染 。通 过 对 水 泥 工 艺 的 认 真 分 析 和 与 化 工 生 产 工 艺 的 对 比 ， 为 进 一步 降 低 生 产 成 本 和 实 现 循 环 经 济 ， 鸿 鹤 化 工 决 定 新 建 一 条 水 泥 生 产线 。 这 可 达 到 三 个 目 的 ： (1)将 粉 煤 灰 和 石 灰 掺 与 原 料 和 水 泥 配

15、料 ，从 而 降 低 粉 煤 灰 和 石 灰 处 理 成 本 ， 减 少 环 境 污 染 ； (2)利 用 窑 尾余 热 生 产 蒸 汽 以 供 化 工 厂 使 用 ； (3)利 用 熟 料 烧 成 系 统 窑 尾 废 气 中的 CO2， 采 用 CO2 浓 缩 工 艺 以 供 纯 碱 生 产 使 用 。2.1 鸿 鹤 化 工 固 体 废 弃 物 的 性 能鸿 鹤 化 工 目 前 的 固 体 废 弃 物 主 要 是 粉 煤 灰 ， 此 外 石 灰 因 不 能 及时 的 销 售 出 去 ， 也 成 了 固 体 废 弃 物 ， 这 两 种 废 弃 物 的 化 学 成 分 分 析见 表 3。根 据

16、上 表 的 数 据 ， 粉 煤 灰 基 本 满 足 作 硅 铝 质 原 料 的 要 求 ， 同时 也 是 极 佳 的 水 泥 混 合 材 料 ， 在 本 工 程 中 粉 煤 灰 将 作 为 硅 铝 质 原 料和 水 泥 粉 磨 混 合 材 料 同 时 使 用 。石 灰 由 于 含 钙 量 高 ， 因 而 可 以 作 为 钙 质 原 料 ， 经 我 院 试 验 研 究表 明 在 石 灰 配 合 比 小 于 20%时 ， 完 全 可 以 顺 利 烧 成 合 格 的 水 泥 熟料 。 资 料 表 明 ， 只 用 石 灰 作 钙 质 原 料 将 会 对 水 泥 熟 料 的 生 产 工 艺 操作 产 生

17、 较 大 的 影 响 ， 在 未 作 进 一 步 研 究 的 情 况 下 ， 本 工 程 使 用 石 灰石 作 为 主 要 钙 质 原 料 与 石 灰 搭 配 使 用 。考 虑 到 水 泥 熟 料 烧 成 系 统 投 产 后 ， 用 于 制 纯 碱 的 CO2 只 需从 水 泥 熟 料 系 统 提 纯 即 可 ， 石 灰 窑 系 统 将 停 产 ， 因 而 石 灰 的 量 将 会逐 步 减 少 ， 到 时 只 需 采 用 三 组 分 配 料 即 可 。2.2 鸿 鹤 化 工 综 合 利 用 环 保 技 改 工 程 （ 1 000t/d 水 泥 熟 料 ） 工艺 流 程鸿 鹤 化 工 综 合 利

18、 用 环 保 技 改 工 程 工 艺 流 程 图 见 图 3。该 工 艺 流 程 主 要 特 色 在 于 其 对 烧 成 系 统 的 余 热 的 充 分 利 用 和CO2 提 纯 后 用 于 制 造 纯 碱 。 具 体 工 艺 设 计 特 点 如 下 ：（ 1） 本 工 程 利 用 大 量 废 渣 作 为 原 料 ， 每 年 可 消 耗 大 量 的 石 灰和 粉 煤 灰 。（ 2） 充 分 利 用 窑 系 统 余 热 ， 窑 尾 不 设 增 湿 塔 ， 预 热 器 排 出 的废 气 一 部 分 用 作 煤 磨 烘 干 热 源 ， 其 它 的 通 过 余 热 锅 炉 降 温 后 再 进袋 收 尘

19、 器 ， 窑 尾 余 热 锅 炉 可 为 化 工 生 产 系 统 提 供 一 定 数 量 的 蒸 汽 ，作 为 化 工 生 产 的 烘 干 热 源 ； 窑 头 篦 式 冷 却 机 排 出 的 废 气 进 生 料 磨烘 干 原 料 ， 烘 干 降 温 后 的 废 气 通 过 除 尘 设 备 净 化 后 再 排 入 大 气 中 。（ 3） 窑 尾 袋 收 尘 器 排 出 的 含 一 定 CO2 浓 度 （ 25%） 的 气体 经 提 纯 后 进 入 化 工 生 产 系 统 使 用 ， 最 大 限 度 减 少 了 废 气 排 放 量 。（ 4） 生 料 磨 和 水 泥 磨 掺 入 的 粉 煤 灰 均

20、 不 入 磨 ， 直 接 与 出 磨物 料 配 料 并 混 合 后 喂 入 选 粉 机 。鸿 鹤 化 工 水 泥 厂 项 目 建 成 后 ， 日 产 水 泥 熟 料 1 000t， 年 处理 粉 煤 灰 10 万 t， 石 灰 6 万 t， 生 产 蒸 汽 7.2 万 t， 回 收CO21.4 亿 Nm3， 利 润 3 200 万 元 。2.3 鸿 鹤 化 工 资 源 综 合 利 用对 鸿 鹤 化 工 综 合 利 用 环 保 工 程 而 言 ， 这 种 资 源 的 合 理 化 应 用相 对 于 天 原 公 司 得 到 进 一 步 加 强 。 采 用 工 业 废 渣 作 原 料 生 产 高 品

21、质水 泥 ， 既 彻 底 根 治 了 废 渣 对 环 境 的 污 染 ， 又 可 变 废 为 宝 ， 与 常 规 配料 方 案 相 比 还 可 节 约 熟 料 烧 成 热 耗 约 20 ； 水 泥 熟 料 烧 成 系 统排 出 的 废 气 经 除 尘 净 化 和 SP 锅 炉 热 交 换 后 又 分 别 提 供 了 化 工 系统 生 产 所 需 的 CO2 气 体 以 及 烘 干 热 源 ， 废 气 和 余 热 得 到 了 充 分 利用 。 因 此 ， 本 项 目 具 有 环 保 和 节 能 双 重 效 应 。原 生 产 纯 碱 所 使 用 的 CO2 主 要 由 石 灰 窑 产 出 ， 而

22、石 灰 窑 的产 物 石 灰 由 于 市 场 的 问 题 不 能 及 时 销 售 而 在 厂 内 成 为 固 体 废 弃 物 ，因 而 对 石 灰 石 资 源 而 言 其 利 用 率 极 低 。 粉 煤 灰 也 同 样 是 对 煤 资 源 不完 全 使 用 的 产 物 。 新 建 水 泥 厂 则 正 好 提 高 了 鸿 鹤 化 工 对 煤 及 石 灰 石资 源 的 利 用 率 ， 进 而 减 轻 了 环 境 压 力 。鸿 鹤 化 工 综 合 利 用 环 保 工 程 水 泥 项 目 的 实 施 不 仅 从 治 理 固 体 废弃 物 污 染 上 具 有 积 极 的 意 义 ， 在 资 源 的 综

23、合 利 用 上 表 现 得 更 加 出 色 。水 泥 项 目 不 仅 作 为 处 理 固 体 废 弃 物 的 场 所 ， 同 时 利 用 CO2 提 纯技 术 直 接 吸 收 水 泥 熟 料 烧 成 窑 尾 废 气 中 的 CO2 作 为 纯 碱 生 产 原料 ， 使 得 水 泥 生 产 成 为 纯 碱 生 产 的 一 个 重 要 环 节 ， 将 二 者 有 机 地 整合 起 来 。 由 于 水 泥 项 目 的 实 施 ， 在 水 泥 系 统 稳 定 生 产 后 ， 石 灰 窑 将会 停 止 运 行 ， 因 而 大 大 地 节 约 了 资 源 。 而 提 纯 后 的 CO2 不 仅 足以 维

24、持 纯 碱 的 生 产 ， 还 将 有 较 大 的 剩 余 量 （ 约 总 量 的 65%） ，这 部 分 可 以 进 一 步 处 理 为 食 品 级 CO2 或 生 产 二 氧 化 碳 基 全 降 解塑 料 ， 这 样 将 大 大 拓 宽 水 泥 生 产 废 气 的 使 用 途 径 。在 能 量 利 用 上 ， 鸿 鹤 化 工 综 合 利 用 环 保 工 程 的 能 量 利 用 不 仅 停留 在 水 泥 生 产 中 ， 而 将 其 同 化 工 系 统 结 合 起 来 综 合 考 察 。 如 窑尾 采 用 四 级 预 热 器 系 统 ， 使 得 出 一 级 筒 的 废 气 温 度 增 高 ，

25、同 时 用余 热 锅 炉 回 收 废 气 余 热 生 产 蒸 汽 ， 用 作 化 工 系 统 的 烘 干 热 源 。 从 单个 的 水 泥 生 产 系 统 上 看 ， 这 种 高 温 尾 气 将 会 使 熟 料 烧 成 热 耗 上 升 ，是 一 种 不 经 济 的 工 艺 ， 然 而 从 整 个 化 工 生 产 系 统 而 言 ， 由 于 出 余 热锅 炉 的 废 气 温 度 却 低 于 200 ， 较 先 进 的 现 代 干 法 生 产 线 的280 更 低 ， 因 而 废 气 带 走 的 热 更 少 ， 因 而 也 是 更 科 学 的 生 产 工 艺 。由 于 生 料 粉 磨 使 用 窑

26、头 废 气 ， 也 减 小 了 窑 头 废 气 带 走 的 热 量 ， 提高 了 系 统 的 能 量 利 用 率 。鸿 鹤 化 工 综 合 利 用 环 保 工 程 资 源 在 生 产 系 统 中 的 流 动 见 图 4。图 中 的 虚 框 表 示 为 石 灰 窑 煅 烧 石 灰 的 过 程 ， 在 水 泥 熟 料 生 产 线 运 行时 石 灰 窑 停 止 运 行 。 在 资 源 的 流 动 上 ， 考 虑 到 未 来 将 使 石 灰 窑 停 产 ，生 产 纯 碱 的 CO2 将 全 部 来 自 熟 料 烧 成 系 统 ， 其 资 源 的 流 动 将 更 加的 合 理 。鸿 鹤 化 工 综 合

27、利 用 环 保 工 程 在 资 源 的 利 用 上 较 单 纯 的 水 泥 厂 更加 合 理 ， 由 于 有 了 较 为 成 熟 的 CO2 提 纯 技 术 ， 因 而 对 石 灰 石 的利 用 上 更 加 彻 底 ， 同 时 能 大 大 降 低 水 泥 生 产 系 统 的 温 室 气 体 的 排 放量 。 在 能 量 的 利 用 上 ， 能 从 整 个 生 产 系 统 的 全 局 上 加 以 把 握 ， 因 而能 量 的 利 用 率 大 大 提 高 。 从 原 料 的 使 用 上 ， 由 于 主 要 使 用 废 渣作 为 原 料 ， 因 而 有 利 于 改 善 环 境 。 从 这 几 点 上

28、 来 说 ， 鸿 鹤 化 工1 000t/d 熟 料 生 产 线 工 程 是 真 正 意 义 上 的 绿 色 工 业 。3 水 泥 工 业 提 高 资 源 利 用 率 的 途 径从 水 泥 工 业 形 成 以 来 ， 技 术 进 步 日 新 月 异 ， 发 展 到 当 代 ， 从 单一 的 水 泥 生 产 过 程 中 实 现 资 源 和 能 量 的 进 一 步 节 约 的 潜 力 越 来 越 小 ，在 这 种 情 况 下 ， 如 能 同 其 它 的 工 业 生 产 过 程 相 结 合 （ 如 化 工 生 产 过程 ） ， 利 用 彼 此 的 能 量 和 资 源 利 用 的 互 补 性 来 提

29、高 资 源 的 利 用 率 将会 是 一 种 有 效 的 途 径 。水 泥 烧 成 系 统 对 原 料 的 适 应 性 较 强 ， 烧 成 温 度 高 且 物 料 在窑 系 统 停 留 时 间 较 长 ， 因 而 该 系 统 能 够 消 化 吸 收 很 多 种 废 弃 物 ；而 水 泥 粉 磨 系 统 则 需 要 大 量 的 混 合 材 料 ， 许 多 现 在 使 用 的 混 合 材料 在 以 前 也 都 是 废 弃 物 ， 因 而 开 发 混 合 材 料 新 种 类 也 是 吸 收 废 弃 物的 重 要 途 径 。 从 社 会 资 源 的 节 约 的 角 度 出 发 ， 在 水 泥 工 业 吸 收 废 弃物 是 一 种 节 约 资 源 的 有 效 途 径 。 而 工 业 废 弃 物 则 是 来 源 稳 定 、 成 分固 定 的 二 次 资 源 ， 适 合 应 用 于 水 泥 工 业 ， 并 通 过 废 弃 物 将 水 泥 工 业同 其 它 工 业 联 系 起 来 ， 从 而 构 成 了 各 个 工 业 过 程 相 互 关 联 的 资 源 利用 分 配 网 ， 实 现 资 源 的 高 效 使 用 。 在 本 文 中 所 讨 论 的 两 个 厂 就 是 吸收 工 业 废 弃 物 的 典 型 范 例 。