水泥厂使用高硫原燃料的生产情况

水泥厂使用高硫原燃料的生产情况

印度某水泥公司的8 000t/d熟料生产线，主要工艺装备为φ5.8m×85m回转窑，低NOxPyRoclon分解炉、双系列预热器、高效冷却机等，2008年投产。

生产所需的原料为工厂自备矿山所开采的石灰石（94%）、外购铝矾土（5.4%）和铁矿石（0.6%）。煤粉从窑头主燃烧器、低NOx分解炉燃烧器和分解炉燃烧器喷入。

石灰石内CaO含量的LSF值为80%～120%，SO3含量0.25%～0.45%；而作为生料经混合后的石灰石，LSF值为112%，SO3为0.25%。工厂为扩大石灰石的用量，使用SO3含量为0.33%～0.35%的石灰石。此外，为扩大燃料来源和降低费用，使用含6%硫的石油焦。为此进行高硫原燃料的生产试验。

在生产试验前，首先分析硫对熟料煅烧产生的影响。

1　硫化合物循环

硫的化合物主要有K2SO4、Na2SO4、CaSO4等，熔融温度分别为1 074℃、852℃、1 397℃。复合化合物K2SO4·2CaSO4的熔融温度＜800℃，两种以上化合物熔融温度＜700℃。而硫的化合物中，CaSO4的挥发温度在1 400℃以上，K2SO4在1 500℃左右。但在还原气氛的烟气内，当温度＞800℃，硫的化合物开始分解，温度＞1 200℃时，硫的化合物在烧成带还原烟气内大量分解，所产生的SO2随烟气后逸，与碳酸钙分解产生的CaO以及原料内的K2O、Na2O相互作用生成CaSO4、K2SO4、Na2SO4等化合物，这些低熔融化合物易在窑尾结圈，上升烟道结皮阻塞，影响通风和生产。此外，在氧化烟气内，这些化合物随窑料进入烧成带成熟料成分，离窑冷却成熟料。

生产过程中，采用挥发系数ε来表示硫的化合物挥发程度及循环程度。

式中：

ε——硫化物挥发系数

A——熟料内SO3无损失含量

B——热窑料内SO3含量

2　高硫原燃料的操作措施

高硫原燃料煅烧熟料过程中，减少硫的挥发系数方式有：调整窑料成分、窑内烟气保持足够的氧含量、窑内烟气避免还原工况、为避免还原气氛采用的其他操作措施等。

2.1调整窑料成分

提高入窑生料的易烧性、减少入窑生料细度、降低硅酸率、避免熟料内fCaO过低等。

保持合适的硫碱分子比0.8～1.2。

硫碱比计算方程式如下：

·熟料内过剩硫的含量一般可接受的数量为250～600g/100kg熟料。

过剩硫Es的数量用100kg熟料的硫含量来表达，其方程式为：

2.2保持窑内足够的氧含量

窑内还原气氛对硫的挥发系数有较大影响，此外过剩硫与氧化钙生成CaSO4时，与窑内烟气中的氧含量有关。

公式表明，温度一定时，K为常数，当O2增加时，物料中的CaO和SO2含量减少，CaSO4含量增加，挥发系数ε下降。当O2含量降低时，物料中的CaO和SO2含量增加，CaSO4减少，挥发系数ε上升。

图1所示为生产过程中，窑尾进料烟室氧含量与硫的挥发系数的关系。

2.3避免窑内烟气还原气氛

硫的挥发系数随窑内烟气中的C、CO的含量增加而增加，在熟料煅烧过程中，当出现不完全燃烧时，窑料中的硫酸盐和C、CO作用，生成SO2，其反应方程式如下：为减少硫酸盐分解和减少SO3循环，需重视下述操作：

至少保持窑尾烟气O2含量为2%以上，CO含量＜0.1%。

分解炉内未完全燃烧的碳，不能进入窑内。

在烧成带，避免火焰冲击窑内物料。

燃烧器煅烧熟料时，尽量减少入燃烧器煤粉数量出现波动。

提高窑速，减少窑料在烧成带的停留时间，从而减少硫酸盐分解。

2.4其他操作措施

为减少窑内还原气氛的其他操作措施为：

表1　使用不同高硫原燃料的生产操作数据

图1　窑尾进口烟气内氧的百分数和硫的挥发系数

烧成带火焰尽量缩短。

调节燃烧器。

合适的燃料细度和稳定的燃料量。

及时清理结皮，以避免系统阻力增加影响入窑空气数量，当入窑空气量减少则窑内烟气氧含量减少，还原烟气数量增加。

2.5减少粉尘循环

熟料煅烧时，易生成粉尘熟料，当窑内粉尘熟料落入篦冷机内、部分粉尘熟料随三次空气经三次风管返入分解炉，影响分解炉操作。部分粉尘熟料随二次空气返回窑内，产生粉尘循环，在熟料煅烧时，影响燃烧器火焰形状和煤粉的不完全燃烧，易造成烟气呈还原气氛，产生硫循环。预分解窑粉尘熟料难于避免，此外，硫含量增加，粉尘量相应增多。生产中出现粉尘熟料时，可通过改善生料易烧性、细度和煤粉细度以及调节喂料量和窑速来减少粉尘量。

3　高硫原燃料的操作试验

正常的生产操作时，石灰石内含SO3为0.25%（入窑物料SO3为0.24%），入窑燃料为含硫6%的石油焦占总量的63%，含硫1%的褐煤占总量的37%，硫过剩量为856g/100kg熟料。

含0.35%SO3石灰石经破碎后在堆场储存7d的用量，经粉磨后的入窑生料SO3含量为0.33%。燃料混合比例未变，硫过剩量为1 056g/100kg熟料。入窑生料的LSF有所调节以保持所企望的C3S值，结合度没有改变。

为使高的过剩硫原燃料生产，还需实施如下操作措施。

提高预热器风机风量，以提升窑进口烟气内氧含量为2.9%～4%。

燃烧器冲量增至2 450%m/s。增加一台输送入窑燃烧器煤粉风机，以避免入窑煤粉波动。

零火焰冲击，避免煤粉燃烧时掉落至窑料内。

窑速增至最大4.3r/min，以减少硫挥发。

试验期间，窑可连续运行7d。在窑进料口，结皮数量未增加，人工清理和空气炮操作次数变化不大。入窑生料含SO30.33%和0.24%的操作数量以及100%的含硫6%的石油焦生产操作数量见表1。

4　高硫原燃料对生产的影响

4.1窑的操作

当窑系统出现高的SO3循环数量时，将会出现操作问题。此时，若将SO3的挥发系数保持在0.5以下，维持足够的氧含量和采取各项措施以避免窑内烟气还原工况，可使窑正常生产。在操作中，将出现窑产量随硫含量增加而有较大幅度下降，单位熟料电耗因预热器风机风量增大稍有增加，但不同硫过剩的熟料单位热耗变化不大，产量、电耗、热耗变化的具体数据见表1。

4.2熟料质量

表1表明，熟料升重和fCaO含量稍有变化。当过剩硫增加，则通过3mm筛网的细颗粒熟料量增大，从45%增至48%，熟料强度下降约2%～4%，通常粉磨水泥的石膏掺入量下降约0.7%。

4.3环保

窑磨系统烟气中的SO3＜50mg/ m3，低于环保控制值。虽然石油焦的S含量高达6%，但燃烧所生成的SO3均被分解炉内石灰石分解所产生的CaO吸收生成CaSO4成熟料成分，不随烟气排至大气。

5　结语

预分解窑熟料生产过程中，当原、燃料中的硫含量较高时，通过采取合适的措施，保持窑内烟气氧化气氛，避免烟气还原气氛，可生产出硫含量较高的熟料，但对窑产量和熟料热耗、电耗及强度均有一定程度的影响。

陈友德罗占仁编译自

Cement Plant Environmental Handbook（第二版）