0 前言
水泥生产过程中目前被广泛使用的燃料主要是煤炭（烟煤、无烟煤），煤炭是不可再生资源，在现阶段节能减排的大环境下，寻找一种工业废弃物来替代煤炭逐渐得到重视。石油焦作为石化行业所生产的副产物，是延迟焦化装置的原料油在高温下裂解生产轻质油品时的副产物，其低位发热量约为煤的1.5～2倍，其含碳量高，含灰量少，随着石油行业的发展，每年估计约100万t石油焦可供水泥行业使用。本文通过石油焦物理化学特性的分析研究，确定石油焦作为燃料生产优质水泥熟料的技术方案，通过优化工序控制参数及窑系统操作，探讨石油焦作为燃料用于2500t/d熟料生产线的研究，达到降低煤耗、提高熟料品质的目的，具有绿色环保意义。
1 石油焦成分及其特性分析
针对周边石油焦及目前在使用的兆丰烟煤炭进行了工业分析、燃烧特性分析，详见表1,2，图1,2。
表1 工业分析数据汇总%
表2 燃烧特性分析数据汇总
图1兆丰烟煤燃烧特性图
图2 石油焦燃烧特性图
由上可知：石油焦相比丰兆煤固定碳含量较高，灰分较低。从DSC曲线来看，着火温度和燃尽温度相比较高，挥发分和无机杂质少，放热集中。因此，可尝试掺入合适比例的石油焦进行粉磨，得到起燃温度低，放热集中的高性能煤粉。
2 石油焦作燃料在2500t/d熟料生产线试验研究
通过石油焦不同掺入方式（头煤、尾煤）和掺入比例进行理论分析和试验，旨在降低原煤消耗，提高熟料强度。试验方案见表3。
表3 生产实际试验方案%
目前国内用石油焦作燃料的水泥窑并不多，主要原因是石油焦与其他品种燃料相比，价格不具优势，通过试验从性价比的角度，得到合适的石油焦使用方案，使熟料的煤耗成本及强度都达到最佳结果。试验方案：（1）头尾秤全部用石油焦；（2）头尾秤各用50%的石油焦；（3）头秤用煤，尾秤全用石油焦；(4)头秤用煤，尾秤用不同比例的石油焦；（5）头尾秤全部用煤等方案。
2.1 方案1：头尾秤全用石油焦
方案1条件下，根据石油焦的燃烧特性，操作很难控制。主要表现为：（1）虽然热值高，但起火较慢，不易大风大煤，与正常煅烧相违背；（2）火焰长不集中，造成窑前温度低，窑后温度高，导致熟料欠烧，结粒松散，窑头扬尘大；（3）入窑煤粉符合工艺要求，但煤磨粉磨性能差，煤秤下料不稳定，分解炉与C5下料管、出口温度倒挂；窑内易结后圈，对窑的安全运行不利。可见方案1煅烧技术还不成熟，还需要一定时间摸索、总结，长期稳定运行把握性不大。但是每天可节煤耗15t左右。
2.2 方案2:头尾秤各用50%的石油焦
方案2下石油焦、煤的燃烧特性不同，易分级，操作难控制，熟料质量不稳定。主要表现：（1）根据煅烧要求，无法合理使用好风、煤、料的匹配关系，对大窑安全运行不利。（2）煤磨操作困难，易磨性差；入窑煤粉细度、水分难控制，造成煤秤下料不稳，燃料燃烧十分困难，同样易出现系统温度倒挂。（3）熟料结料成“粉状”，进入篦冷机后流动性差，冷却效果不好，加上三次风管塌料频繁，造成二次风温、篦床料层、窑头罩负压波动大，严重破坏了大窑的热工制度，对稳定煅烧十分不利。方案2条件下大窑操作困难，每天节煤7t左右，节煤不明显。
2.3 方案3:头秤用煤，尾秤用焦
此方案中燃料分类进入煤仓，操作方便，根据焦、煤的燃烧特性进行分开操作，易控制，熟料质量较稳定。主要表现：（1）煤磨粉磨系统有两个原煤库和两个原煤秤，根据所需燃料可进行灵活调节，既能保证入窑煤粉符合煅烧要求，又能改善磨的易磨性。同时煤秤下料较稳定，为大窑煅烧创造了良好条件；（2）根据窑的煅烧要求，窑内通风顺畅，温度分布合理，无结圈、结蛋现象；（3）结粒细小均齐，熟料冷却效果好，篦冷机操作稳定，热源利用率高，为燃料燃烧提供了充分条件。可见，方案3熟料质量及节煤都比较理想，但根据煤和石油焦市场价格的变化，不利于用煤成本的灵活调节，只有当石油焦的价格低于煤的价格时，这个方案才很适用。
2.4 方案4：头秤用煤，尾秤用不同比例的石油焦
在生产试验用尾煤中掺不同比例的石油焦的方案煅烧熟料，根据石油焦市场价格的变化，石油焦的比例从80%到20%之间进行调整，2017年9月至10月熟料强度及煤耗见表4。此方案下大窑操作稳定，运行正常，熟料质量也比较稳定，强度较高，吨熟料的煤耗成本也可及时调整。大窑煅烧情况与方案3相同。从吨熟料的性价比看，焦煤价格的状态下，当头秤用煤，尾秤焦用量>64%时，吨熟料燃料成本下降25.0元以上，吨熟料煤成本82元左右，熟料强度增加3～4MPa，磨制水泥时熟料每增加1MPa可多掺0.5%混合材，4MPa可多掺2%混合材，吨水泥成本可降低3.0元（每增加1%的混合材吨水泥成本可降低1.5元），产生了较好的经济效益。
综上所述，采用方案4，用焦比例控制在20%～80%，有利于大窑稳定运行，操作入员技术也比较娴熟，熟料质量稳定，强度也高；当煤价格远高于石油焦价格时，用方案3，这样有利于降低煤耗成本，也能保证熟料质量。
表4 熟料性能统计表
3 结语
（1）石油焦具有固定碳含量较高，灰分较低，燃烧特性优等特点，可作为燃料生产水泥熟料。
（2）通过添加石油焦燃料，能促使火焰更加集中，回转窑热工制度稳定。熟料强度在同等条件下，可提高了约4MPa，吨水泥成本降低3.0元。
作者单位：中国葛洲坝集团水泥有限公司。
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PS：本文对使用石油焦提供了几种对比方案，并进行了总结。但对石油焦的有害成分及使用后的熟料成分变化并未提及，只是简短的对熟料质量进行了描述。请谨慎辨别。
