本發(fā)明屬水泥生產技術領域，尤其涉及水泥窯系統(tǒng)煤粉燃燒助燃技術領域。

背景技術：

水泥工業(yè)是經濟發(fā)展、生產建設和人民生活不可缺少的基礎原材料工業(yè)。在當前形勢下，水泥工業(yè)要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，一方面必須依靠技術進步，選用先進生產方法，降低能耗；另一方面需要提高熟料性能，大量吸納其它工業(yè)產生的固體廢棄物，發(fā)展低碳循環(huán)經濟。

目前國內絕大部分水泥煅燒與石灰石分解采用煤作為燃料，在新型干法水泥生產工藝中，水泥燒成系統(tǒng)的主流是帶窯外預分解的回轉窯系統(tǒng)，其中分解爐起著至關重要的作用，其喂煤量約占系統(tǒng)總需煤量的60％以上。受到企業(yè)成本控制及地域的影響，不同品質的煙煤、無煙煤、褐煤等在水泥窯系統(tǒng)中被廣泛使用，隨著煤礦的逐年開采，優(yōu)質煤逐年減少，低品質煤逐步在水泥窯系統(tǒng)中應用，煤質的優(yōu)劣將會影響到熟料鍛燒、窯系統(tǒng)工況穩(wěn)定性以及能耗高低等，因此要保持良好的煤粉燃燒狀況，就必須使煤粉在分解爐及回轉窯內的快速充分燃燒，而如何提高煤粉燃燒效率、降低煤粉燃燒溫度成為水泥企業(yè)節(jié)能降耗、提高水泥質量的重要因素。

現(xiàn)有水泥生產既要保證水泥窯系統(tǒng)中熟料的煅燒溫度，又要保證分解爐中CaCO₃等礦物的分解率，因此對水泥窯系統(tǒng)中煤粉的燃燒要求很高，特別是低品位煤與劣質煤，燃燒性能相應較差，難以滿足水泥窯系統(tǒng)的需要。如在煤粉中添加助燃劑，能改善煤的燃燒反應、提高煤的燃燒速率、降低著火溫度、提高煤的燃燼率。助燃劑在煤粉的燃燒過程中降低了氣-氣均相和氣-固非均相反應的活化能，從而使煤粉能在較低溫度下氧化燃燒，改善了煤粉燃燒過程，使煤的著火點提前；助燃劑中的部分金屬鹽充當氧的載體，促進氧轉移，加速煤粉燃燼。

一些微量金屬元素對水泥熟料燒成具有礦化作用，這些微量組分的催化作用可歸納為二個方面：其一改變熟料燒成過程中的液相性質，包括降低液相初始形成溫度、改變液相粘度、降低液相表面張力；其二通過固溶作用或改變晶體的晶格完整程度，提高熟料礦物的水化活性。通過在熟料燒成過程中添加微量元素，可對熟料燒成過程中的液相性質或中間礦物相的形成產生有利效果，促進熟料燒成、提高熟料活性，達到節(jié)能降耗、降低生產成本的目的。

將含礦化作用的微量因素原料與助燃劑制成具備雙重作用的煤粉助燃劑，可實現(xiàn)節(jié)約煤粉燃料、提高熟料燒成質量，目前應用的煤粉助燃劑大多采用化工原料制成，使用成本較高。本發(fā)明在相關煤粉助燃劑研究的基礎上，開發(fā)出利用工業(yè)廢渣來制成高效復合煤粉助燃劑，節(jié)約了水泥生產成本，是水泥窯系統(tǒng)綠色環(huán)保、降低能耗的一種較佳的途徑。

技術實現(xiàn)要素：

針對水泥回轉窯中使用的無煙煤、低品位煙煤或褐煤等煤種，本發(fā)明提供了一種高效的水泥窯用復合噴煤助燃劑，來促進低品質煤的燃燒、降低熟料燒成溫度、提高熟料質量。

為了解決以上問題本發(fā)明提供了一種水泥窯用復合噴煤助燃劑，包含的原料及配比為：錳渣25～40％、赤泥15～25％、鉛鋅尾礦20～35％、稀土尾礦5～10％、鎳渣8～20％和工業(yè)高錳酸鹽2～6％。水泥窯用復合噴煤助燃劑原料中工業(yè)高錳酸鹽中的錳酸鹽含量不小于95％。

對煤粉燃燒和熟料燒成起催化作用的氧化物成分包括：Fe₂O₃、CaO、MnO₂、ZnO、NiO、REO。

本水泥窯用復合噴煤助燃劑的一種應用，將上述的原料按比例稱量混合，再與原煤按質量比例一起喂入磨機中，共同粉磨成混合粉體，作為燃料送入水泥窯系統(tǒng)進行煤粉燃燒與助燃。水泥窯用復合噴煤助燃劑中微量金屬元素物質并在回轉窯內起到礦化作用，有利于熟料的煅燒與熟料燒成，進而提高熟料質量。

本水泥窯用復合噴煤助燃劑的另一種應用，將上述的原料按比例稱量混合，在磨機中單獨粉磨成粉體，再與煤粉混合；單獨粉磨時，細度控制為80μm方孔篩篩余≤5％。

在水泥窯用復合噴煤助燃劑實際應用中，添加量可根據不同煤的品質進行調整，當水泥燒成用煤為褐煤時，水泥窯用復合噴煤助燃劑的質量用量為煤質量的0.2-0.6％；當煤為煙煤時，水泥窯用復合噴煤助燃劑的質量用量為煤質量的0.4-0.8％；當煤為無煙煤時，水泥窯用復合噴煤助燃劑的質量用量為煤質量的0.5-1.2％。

本發(fā)明中高錳酸鹽作為煤粉燃燒的氧化劑，高錳酸鹽在煤粉燃燒時發(fā)生分解產生錳酸鹽、二氧化錳和氧氣，可以加速煤的氧化反應，提供了煤炭燃燒初期所必需的氧氣，即使煤的品質不好，通過添加助燃添加劑，也可以保證煤燃燒情況和放熱量，充分利用了煤炭資源。

本發(fā)明中錳渣、鉛鋅尾礦、稀土尾礦、鎳渣中含有的金屬氧化物(Fe₂O₃、MnO₂、ZnO、TiO₂、NiO及REO)能改善煤粉的著火和燃盡特征，提高燃燒速率和固定碳的燃盡率，并使燃燒過程的放熱量不同程度提高。

錳渣、赤泥及鎳渣中含有的MnO₂、Fe₂O₃、NiO、CaO對煤粉中固定碳的燃燒具有較為明顯的催化作用。一方面，金屬離子的供電子能力增加了煤燃燒過程中碳環(huán)或碳鏈活性，有利于煤的燃燒和燃盡；另一方面，部分金屬氧化物在煤著火過程中，充當了氧的活性載體，促進了氧從氣相向表面的擴散，氧轉移的結果使固定炭著火溫度降低、放熱集中，促進了煤的燃燒。另外，金屬離子在提高揮發(fā)分析出的同時，還可以起到提高固定碳表面的活性的作用，從而促進煤的燃燒。

鉛鋅尾礦、稀土尾礦中含有的ZnO、TiO₂及REO的對煤燃燒的催化作用主要體現(xiàn)在能夠催化煤中橋鍵的分解斷裂反應，使氣態(tài)揮發(fā)分較快釋放，增加了易燃的揮發(fā)分含量，從而降低了煤的著火溫度，降低了反應所需的活化能，使反應能在較低的溫度下進行，達到了提高燃燒效率的目的。

通過相關的實驗研究證實，將本發(fā)明中各原料組分單獨摻入或其中幾種按一定比例混合后摻入煤粉中進行煤粉催化燃燒正交試驗，最終得出水泥窯用復合噴煤助燃劑中幾種原料組分按一定比例混摻的助燃效果優(yōu)于單摻，水泥窯用復合噴煤助燃劑中各個氧化物對煤粉的助燃具有一定的協(xié)同作用。

本發(fā)明中含有的微量元素(MnO₂、ZnO、TiO₂等)對水泥燒成具有礦化作用。微量組分除了能改變熟料液相性質，還能改變熔融物出現(xiàn)的溫度及其數(shù)量。Zn能顯著降低液相出現(xiàn)溫度，有利于熟料煅燒。TiO₂對體系的影響主要決定于在體系中的固溶，適量的TiO₂可以促進原料的脫炭和促進氧化鈣的化合，1％的TiO₂可以降低燒成溫度50-100℃和減少游離氧化鈣的含量。

通過在煤粉中添加水泥窯用復合噴煤助燃劑后，能改善煤的燃燒反應、降低煤粉初始的著火溫度、增加煤粉的燃燼率，加速煤粉燃燼；水泥窯用復合噴煤助燃劑中的微量元素可以改變熟料燒成過程中的液相性質，適量增加熟料中硅酸鹽礦物含量，提高熟料品質；此外，應用水泥窯用復合噴煤助燃劑后，對煤及水泥原料的品質要求較寬，低品位的煤、礦石及工業(yè)廢渣在水泥生產中用量加大，降低了水泥生產成本。

具體實施方式

下面對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供了一種水泥窯用復合噴煤助燃劑，包含的原料及配比為：錳渣25～40％、赤泥15～25％、鉛鋅尾礦20～35％、稀土尾礦5～10％、鎳渣8～20％和工業(yè)高錳酸鹽2～6％。水泥窯用復合噴煤助燃劑原料中工業(yè)高錳酸鹽中的錳酸鹽含量不小于95％。

所述水泥窯用復合噴煤助燃劑中對煤粉燃燒和熟料燒成起催化作用的主要氧化物成分如下；Fe₂O₃、CaO、MnO₂、ZnO、NiO、REO。

實施例1：實驗煤為褐煤，熱值為18300kJ/kg，水泥窯用復合噴煤助燃劑(重量百分比)為：錳渣30％、赤泥20％、鉛鋅尾礦28％、稀土尾礦5％、鎳渣13％和工業(yè)高錳酸鹽4％；將以上原料進行混合后，按照0.3％的摻入量與原煤(褐煤)共同進入磨機系統(tǒng)進行粉磨，細度控制在80μm篩余8％以下。將摻水泥窯用復合噴煤助燃劑的煤粉與不摻復合水泥窯用復合噴煤助燃劑的煤粉燃燒對比，可實現(xiàn)褐煤著火溫度由372℃降至361℃、最大燃燒速率對應溫度由435℃降至414℃、燃盡溫度由495℃降至478℃，放熱強度增加，燃盡所需時間縮短，燃燒特性指數(shù)增加，綜合燃燒性能提高。

實施例2：實驗煤為無煙煤，熱值為25200kJ/kg，水泥窯用復合噴煤助燃劑(重量百分比)為：錳渣30％、赤泥20％、鉛鋅尾礦26％、稀土尾礦5％、鎳渣13％和工業(yè)高錳酸鹽6％。據此按照0.8％的摻入量加入原煤(無煙煤)中共同粉磨至80μm篩余5％以下，可實現(xiàn)無煙煤著火溫度由533℃降至515℃、最大燃燒速率對應溫度由587℃降至572℃、燃盡溫度由688℃降至662℃，放熱強度增加，燃盡所需時間縮短，燃燒特性指數(shù)增加，綜合燃燒性能提高。

實施例3：將無煙煤和摻入1.0％的水泥窯用復合噴煤助燃劑的煙煤在1500℃分別煅燒后，按照3.48％的煤灰摻入量配制水泥生料，主要熟料礦物組成為(C₃S含量62.5％、C₂S含量15.2％、C₃A含量7.6％、C₄AF含量10.3％)，兩種生料分別在1350℃下進行試驗室煅燒，摻加水泥窯用復合噴煤助燃劑的煤灰進行配料時，生料中含有微量金屬元素，對熟料煅燒有利，煅燒后熟料中f-CaO含量由2.32％(不摻加水泥窯用復合噴煤助燃劑的煙煤，燃燒后煤灰進行生料配料，然后在試驗室煅燒成熟料，測定f-CaO，以下同)降至1.25％，生料易燒性得到改善，燒成后熟料28d抗壓強度提高了約3MPa。

實施例4：某水泥生產線原燃煤品種為煙煤，熱值23600kJ/kg，熟料燒成熱耗折合標煤約112kg/t·cl，后將燃煤品種更換為無煙煤，熱值26500kJ/kg左右，然而，在現(xiàn)有生產設備條件下，由于無煙煤燃燒特性差異，導致出窯熟料結粒較差、預熱器C5筒出風口溫度高于分解爐出風口、窯尾煙室結皮嚴重、熟料燒成熱耗升高至113～114kg/t·cl、熟料質量下降。針對此問題，在無煙煤中添加水泥窯用復合噴煤助燃劑，水泥窯用復合噴煤助燃劑組成(重量百分比)為：錳渣35％、赤泥20％、鉛鋅尾礦20％、稀土尾礦5％、鎳渣14％和工業(yè)高錳酸鹽6％，水泥窯用復合噴煤助燃劑添加量為煤粉質量的1.0％，水泥窯用復合噴煤助燃劑稱量后通過帶式輸送機與無煙煤混合進入磨機中粉磨后通過煤粉燃燒器進入窯系統(tǒng)中燃燒。通過使用水泥窯用復合噴煤助燃劑，無煙煤著火溫度降低、燃燒性能提高，熟料結粒變好，系統(tǒng)各溫度趨于正常，窯尾煙室結皮狀況改善，熟料燒成熱耗降至標煤110kg/t·cl以下，熟料強度有所提高。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不限制于本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。