水泥廠使用高硫原燃料的生產情況

水泥廠使用高硫原燃料的生產情況

印度某水泥公司的8 000t/d熟料生產線，主要工藝裝備為φ5.8m×85m回轉窯，低NOxPyRoclon分解爐、雙系列預熱器、高效冷卻機等，2008年投產。

生產所需的原料為工廠自備礦山所開采的石灰石（94%）、外購鋁礬土（5.4%）和鐵礦石（0.6%）。煤粉從窯頭主燃燒器、低NOx分解爐燃燒器和分解爐燃燒器噴入。

石灰石內CaO含量的LSF值為80%～120%，SO3含量0.25%～0.45%；而作為生料經混合后的石灰石，LSF值為112%，SO3為0.25%。工廠為擴大石灰石的用量，使用SO3含量為0.33%～0.35%的石灰石。此外，為擴大燃料來源和降低費用，使用含6%硫的石油焦。為此進行高硫原燃料的生產試驗。

在生產試驗前，首先分析硫對熟料煅燒產生的影響。

1　硫化合物循環

硫的化合物主要有K2SO4、Na2SO4、CaSO4等，熔融溫度分別為1 074℃、852℃、1 397℃。復合化合物K2SO4·2CaSO4的熔融溫度＜800℃，兩種以上化合物熔融溫度＜700℃。而硫的化合物中，CaSO4的揮發溫度在1 400℃以上，K2SO4在1 500℃左右。但在還原氣氛的煙氣內，當溫度＞800℃，硫的化合物開始分解，溫度＞1 200℃時，硫的化合物在燒成帶還原煙氣內大量分解，所產生的SO2隨煙氣后逸，與碳酸鈣分解產生的CaO以及原料內的K2O、Na2O相互作用生成CaSO4、K2SO4、Na2SO4等化合物，這些低熔融化合物易在窯尾結圈，上升煙道結皮阻塞，影響通風和生產。此外，在氧化煙氣內，這些化合物隨窯料進入燒成帶成熟料成分，離窯冷卻成熟料。

生產過程中，采用揮發系數ε來表示硫的化合物揮發程度及循環程度。

式中：

ε——硫化物揮發系數

A——熟料內SO3無損失含量

B——熱窯料內SO3含量

2　高硫原燃料的操作措施

高硫原燃料煅燒熟料過程中，減少硫的揮發系數方式有：調整窯料成分、窯內煙氣保持足夠的氧含量、窯內煙氣避免還原工況、為避免還原氣氛采用的其他操作措施等。

2.1調整窯料成分

提高入窯生料的易燒性、減少入窯生料細度、降低硅酸率、避免熟料內fCaO過低等。

保持合適的硫堿分子比0.8～1.2。

硫堿比計算方程式如下：

·熟料內過剩硫的含量一般可接受的數量為250～600g/100kg熟料。

過剩硫Es的數量用100kg熟料的硫含量來表達，其方程式為：

2.2保持窯內足夠的氧含量

窯內還原氣氛對硫的揮發系數有較大影響，此外過剩硫與氧化鈣生成CaSO4時，與窯內煙氣中的氧含量有關。

公式表明，溫度一定時，K為常數，當O2增加時，物料中的CaO和SO2含量減少，CaSO4含量增加，揮發系數ε下降。當O2含量降低時，物料中的CaO和SO2含量增加，CaSO4減少，揮發系數ε上升。

圖1所示為生產過程中，窯尾進料煙室氧含量與硫的揮發系數的關系。

2.3避免窯內煙氣還原氣氛

硫的揮發系數隨窯內煙氣中的C、CO的含量增加而增加，在熟料煅燒過程中，當出現不完全燃燒時，窯料中的硫酸鹽和C、CO作用，生成SO2，其反應方程式如下：為減少硫酸鹽分解和減少SO3循環，需重視下述操作：

至少保持窯尾煙氣O2含量為2%以上，CO含量＜0.1%。

分解爐內未完全燃燒的碳，不能進入窯內。

在燒成帶，避免火焰沖擊窯內物料。

燃燒器煅燒熟料時，盡量減少入燃燒器煤粉數量出現波動。

提高窯速，減少窯料在燒成帶的停留時間，從而減少硫酸鹽分解。

2.4其他操作措施

為減少窯內還原氣氛的其他操作措施為：

表1　使用不同高硫原燃料的生產操作數據

圖1　窯尾進口煙氣內氧的百分數和硫的揮發系數

燒成帶火焰盡量縮短。

調節燃燒器。

合適的燃料細度和穩定的燃料量。

及時清理結皮，以避免系統阻力增加影響入窯空氣數量，當入窯空氣量減少則窯內煙氣氧含量減少，還原煙氣數量增加。

2.5減少粉塵循環

熟料煅燒時，易生成粉塵熟料，當窯內粉塵熟料落入篦冷機內、部分粉塵熟料隨三次空氣經三次風管返入分解爐，影響分解爐操作。部分粉塵熟料隨二次空氣返回窯內，產生粉塵循環，在熟料煅燒時，影響燃燒器火焰形狀和煤粉的不完全燃燒，易造成煙氣呈還原氣氛，產生硫循環。預分解窯粉塵熟料難于避免，此外，硫含量增加，粉塵量相應增多。生產中出現粉塵熟料時，可通過改善生料易燒性、細度和煤粉細度以及調節喂料量和窯速來減少粉塵量。

3　高硫原燃料的操作試驗

正常的生產操作時，石灰石內含SO3為0.25%（入窯物料SO3為0.24%），入窯燃料為含硫6%的石油焦占總量的63%，含硫1%的褐煤占總量的37%，硫過剩量為856g/100kg熟料。

含0.35%SO3石灰石經破碎后在堆場儲存7d的用量，經粉磨后的入窯生料SO3含量為0.33%。燃料混合比例未變，硫過剩量為1 056g/100kg熟料。入窯生料的LSF有所調節以保持所企望的C3S值，結合度沒有改變。

為使高的過剩硫原燃料生產，還需實施如下操作措施。

提高預熱器風機風量，以提升窯進口煙氣內氧含量為2.9%～4%。

燃燒器沖量增至2 450%m/s。增加一臺輸送入窯燃燒器煤粉風機，以避免入窯煤粉波動。

零火焰沖擊，避免煤粉燃燒時掉落至窯料內。

窯速增至最大4.3r/min，以減少硫揮發。

試驗期間，窯可連續運行7d。在窯進料口，結皮數量未增加，人工清理和空氣炮操作次數變化不大。入窯生料含SO30.33%和0.24%的操作數量以及100%的含硫6%的石油焦生產操作數量見表1。

4　高硫原燃料對生產的影響

4.1窯的操作

當窯系統出現高的SO3循環數量時，將會出現操作問題。此時，若將SO3的揮發系數保持在0.5以下，維持足夠的氧含量和采取各項措施以避免窯內煙氣還原工況，可使窯正常生產。在操作中，將出現窯產量隨硫含量增加而有較大幅度下降，單位熟料電耗因預熱器風機風量增大稍有增加，但不同硫過剩的熟料單位熱耗變化不大，產量、電耗、熱耗變化的具體數據見表1。

4.2熟料質量

表1表明，熟料升重和fCaO含量稍有變化。當過剩硫增加，則通過3mm篩網的細顆粒熟料量增大，從45%增至48%，熟料強度下降約2%～4%，通常粉磨水泥的石膏摻入量下降約0.7%。

4.3環保

窯磨系統煙氣中的SO3＜50mg/ m3，低于環保控制值。雖然石油焦的S含量高達6%，但燃燒所生成的SO3均被分解爐內石灰石分解所產生的CaO吸收生成CaSO4成熟料成分，不隨煙氣排至大氣。

5　結語

預分解窯熟料生產過程中，當原、燃料中的硫含量較高時，通過采取合適的措施，保持窯內煙氣氧化氣氛，避免煙氣還原氣氛，可生產出硫含量較高的熟料，但對窯產量和熟料熱耗、電耗及強度均有一定程度的影響。

陳友德羅占仁編譯自

Cement Plant Environmental Handbook（第二版）