水泥窑协同处置与替代燃料和原料

2022年05月24日 19 AIShred info@aishred.com

水泥的生产过程:先在窑中加热石灰石和少量其他原料(比如黏土)至1450℃,加热过程需要消耗大量燃料;将所产生的硬质半成品(即熟料)与少量石膏一起研磨成粉状制得普通硅酸盐水泥(OPC);将其它成分,比如飞灰、石灰石,火山灰(天然存在于火山灰中)和高炉矿渣与熟料混合制成复合水泥,复合水泥因所加的原料不同而具有不同性质。普通硅酸盐水泥和复合水泥是最常用的水泥。

依据所用原料及工艺的不同,水泥厂每生产一吨熟料要消耗3000到6500兆焦耳不等的燃料。现在,大多水泥窑均用煤炭和石油焦作为主要燃料,这在一定程度上减少了天然气和燃油的用量。某些燃料的燃烧不仅能够提供能量,而且产生含有二氧化硅和氧化铝化合物(外加其他微量元素)的燃烧灰。以上这些成分与原料构成熟料的组成成分并形成半成品。能源消耗往往占生产成本的30%-40%。

许多其它成分可与熟料混合使用以生产用于不同用途的水泥。这些原材料本身就具有和水泥相似的特性。在普通硅盐水泥中,石膏(用于控制水泥凝固时间)相对熟料的比例约为5%。在复合水泥中,除熟料和石膏外,可按不同比例加入多种原料,如火山灰和石灰石。熟料、石膏及其它成分的性能和比例须严格控制,才能制造出符合要求性能标准或者其它系列标准的产品。

用于制造水泥的各种天然原材料(燃料、泥灰岩及石灰石)均从地下开采得来,不是纯净物质,而是复杂的混合物,含有微量矿物元素,如重金属。

水泥工业可以在许多地方利用其它生产过程中产生的废物和副产品来替代其使用的自然资源,根据废物和副产品的特性,可以用作燃料,原料,或水泥混合材。

替代燃料

若被选择的带有可回收热值的废物和副产品完全符合标准要求,则可以用作燃料,在水泥窑中用来替代部分传统矿物燃料,如煤。有时它们只能在预加工后被加以利用,从而为水泥生产提供“特制”燃料。

大多数时候替代燃料可以在被交付后直接使用,不用进行任何加工。几乎在所有情况下,燃料成分在使用前都会加以混合,确保其成为具有稳定的热力性质的均匀混合物。

替代原料

经选择的废物和副产品含有有用的矿物,如钙,二氧化硅,氧化铝和氧化铁等有用的矿物质,可以用作水泥窑中的原料,替代黏土,页岩和石灰石之类的原料。

某些原料同时包含有用的矿物质和可回收热值,所以有时很难完全区分替代燃料和替代原料。比如,污泥含有的热值虽低却不容忽视,其燃烧后留下的灰渣可以为熟料提供有用的矿物质。

水泥窑废物中矿物和能量回收

水泥窑具有几个特点,使得其特别适合于从废燃料和原料中高效回收矿物质和能量。

  1. 水泥窑温度高,其工艺要求:主燃烧器火焰温度为2,000℃,制造熟料的物料温度为1,450℃,分解炉中温度为1,000 – 1,200℃。
  2. 在高于1,000℃的温度下,燃气在水泥窑中的一般停留时间大于五秒。而气体在普通焚化炉中的停留时间却只有两秒。固体物料的停留时间从十几分钟到一个小时不等,取决于水泥生产工艺。
  3. 生产过程在氧化条件下进行。
  4. 运行良好的水泥窑中稳定的氧化气氛可以保证彻底分解废物中的有机成分。
  5. 水泥窑中的废物与大量的碱性(含碱)物料中和,消除了燃烧过程中产生酸性废气的可能。
  6. 燃烧过程中产生的无机矿物质残渣-包括大部分重金属*-融入熟料和水泥的复杂的晶体结构中。
  7. 矿物质残渣的完全燃烧和融合意味着,在大部分情况下,生产过程中不会有灰渣产生。

在水泥生产过程中,使用这些替代成分极其重要。它们可以减少每吨水泥生产需要的高能耗熟料数量,从而减少生产每吨水泥的CO2排放量。

使用水泥窑处理废物

在一些国家,水泥工业通过处理废物,甚至是具有很少或没有有用能量或矿物含量的废物,来提供公共服务或工业服务。应政府要求或响应地区需求应做到这一点。可以做到这一点是因为,水泥窑具备高温、长停留时间和具有高焚毁去除率的严格控制的工艺过程。但这不属于燃料或原料替代过程的一部分。

日本、挪威和瑞士等一些国家以这种方式利用水泥窑处置废物已经很多年了,这些国家有很少的土地用作填埋场。

使用水泥窑处理废物不如回收或再处理等其他方法受欢迎,但对填埋或倾倒来说却是有用的替代方法。水泥行业将避免效率较低的废物处理方法。

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