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        固硫劑在水泥廠的應(yīng)用

        2013-03-13 10:44:39
        水泥技術(shù) 2013年5期
        關(guān)鍵詞:高硫煤窯頭水泥廠

        固硫劑在水泥廠的應(yīng)用

        李小燕,陳昌華,王秀龍

        針對南方某水泥廠使用高硫煤的情況進行了調(diào)研,固硫劑是減輕水泥廠高硫煤帶來的諸多操作問題的有效途徑之一。分析了SO3在水泥熟料中的存在形態(tài)以及在熟料各礦物中的分布情況,探討了固硫劑的作用機理。

        固硫劑;高硫煤;SO3

        1 前言

        水泥廠使用高硫煤做燃料,最突出的問題是:硫在窯系統(tǒng)的循環(huán)富集會導(dǎo)致燒成設(shè)備結(jié)皮堵塞使生產(chǎn)無法連續(xù)進行。盡管從水泥廠的設(shè)計以及生產(chǎn)操作上提出了諸多方案,包括煙室料幕、旁路放風(fēng)、加大窯內(nèi)通風(fēng)、提高窯速、采用合理的配料方案來平衡硫堿比等,也起到了一定的效果,但都沒有從根本上解決問題。據(jù)報道,有些水泥廠使用固硫劑以后可以長期使用全硫含量高達8%的高硫煤,因此有必要對固硫劑的使用效果進行跟蹤。

        2 調(diào)研情況

        南方某生產(chǎn)線燒成窯尾采用單系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器,分解爐為在線型分解爐。分解爐容積較大,氣體停留時間大約為6.0s?;剞D(zhuǎn)窯在最大轉(zhuǎn)速3.98r/min運行。中控操作合理,風(fēng)煤匹配較好,窯內(nèi)通風(fēng)良好,出冷卻機熟料未見黃心料。該廠熟料率值控制指標為:KH=0.92±0.02,SM= 2.7±0.1,AM=1.3±0.1。目前該廠面臨的最大難題是熟料28d強度較低,僅50~55MPa,所取熟料樣品的化學(xué)成分見表1。

        該廠自2012年1月起使用全硫含量在4%~6%之間的無煙煤,所取煤樣的工業(yè)分析和全硫分析見表2。投產(chǎn)初期未使用固硫劑,無法連續(xù)生產(chǎn)。后來使用了固硫劑,生產(chǎn)線運行非常穩(wěn)定,很少出現(xiàn)因工藝事故(結(jié)皮、結(jié)圈等)停窯的情況,一般2h清理一次煙室結(jié)皮,通過伸縮窯頭燃燒器來抑制窯內(nèi)結(jié)圈或長厚窯皮。目前該廠所用固硫劑為液體,通過原煤皮帶秤加入,僅在窯頭用煤中添加固硫劑。根據(jù)燃煤全硫含量,固硫劑加入量為用煤總量的0.1%~0.3%。該廠所在地區(qū),硫含量4%~6%的無煙煤比正常無煙煤價格低約200元/ t,扣除固硫劑的成本,煤價差異使熟料綜合成本節(jié)約25元/t熟料左右,經(jīng)濟效益非常明顯。

        該生產(chǎn)線煙室溫度大約為1050℃,一般不超過1100℃,氧含量0.5%~2.0%,表明窯內(nèi)通風(fēng)正常;分解爐出口氣體溫度大約880℃,氧含量0.5%~2.5%;出窯氣體NOx含量很高。

        該廠煤粉細度控制指標為80μm篩篩余<1%,出磨煤粉80μm篩篩余一般在0.5%左右。煤粉細度較細,燃盡時間則相應(yīng)縮短。一方面避免分解爐未燃盡煤粉在窯尾出現(xiàn)后燃燒,降低煙室溫度,有利于減緩煙室結(jié)皮。另一方面窯頭未燃盡的煤粉落入窯料的概率減小,局部還原氣氛減輕,高溫帶硫酸鹽的揮發(fā)和硫循環(huán)程度減輕。同時該廠煤粉秤運行非常穩(wěn)定,喂煤量波動較小,特別是頭煤秤,喂煤量反饋值一般在0.01t/h范圍以內(nèi)波動,有利于穩(wěn)定窯況。

        表1 熟料化學(xué)成分分析,%

        表2 煤的工業(yè)分析和全硫分析(空氣干燥基)

        圖1 熟料2經(jīng)過SAMX萃取后濾渣的XRD圖譜

        圖2 熟料2的SEM照片

        3 熟料中SO3存在形態(tài)及分布

        熟料的SO3含量<2%(表1),含量較低,通過XRD檢測不到含硫礦物的衍射峰。為了分析熟料中SO3的存在形式,我們進行了選擇性萃取實驗。水楊酸-甲醇萃取法(SAMX)可以溶解阿利特、貝利特以及游離石灰,使研究集中在鋁酸鹽、鐵酸鹽、方鎂石以及堿的硫酸鹽上。選擇表1中的熟料2樣品,SAMX萃取后濾渣的SO3含量達到了8.88%。圖1給出了熟料2經(jīng)過SAMX萃取后濾渣的XRD圖譜。濾渣主要組分是C4AF和C3A,其中硫以鈣明礬石K2SO4· 2CaSO4形式存在。

        借助掃描電鏡與能譜分析,可以更微觀地觀察礦物形貌,并且對熟料各礦物進行元素分析。圖2給出了熟料2的微觀形貌照片。A礦為柱狀、六方片狀,而B礦呈圓球狀,中間相呈碎屑狀分布于A礦與B礦間。能譜分析結(jié)果顯示,熟料2中A礦硫含量達1.77%,B礦硫含量0.55%,中間相硫含量達3.50%。另外,S含量高時K含量也較高,兩者總體趨勢一致。

        4 固硫機理探討

        固硫劑所起的作用有兩方面,一方面是促進煤粉燃燒,即降低煤的著火溫度,加快煤粉的氧化燃燒反應(yīng)速度,縮短煤粒的燃盡時間,降低灰分殘?zhí)肌K捎霉塘騽┑闹甲饔每梢杂醚鮽鬟f理論[1]來解釋,固硫劑有效組分氧化性較強,其在有效組分不斷還原和氧化的循環(huán)過程中,氧原子不斷從高價氧化物向碳原子表面?zhèn)鬟f聚集,實現(xiàn)了煤的快速燃燒。如此一來,窯頭不再出現(xiàn)還原性CO氣氛和未燃盡的焦炭顆粒,高溫帶熟料中CaSO4的分解程度降低,減緩了硫循環(huán)[2]。另一方面,固硫劑中存在的微量過渡元素和稀土元素,有助于硫固化于熟料中,以高溫穩(wěn)定的物相(如鈣明礬石)的形式存在。總而言之,加固硫劑有效消除硫循環(huán)富集的條件,保證了窯況的穩(wěn)定和燒成質(zhì)量的提高。

        [1]朱川,姜英,丁華.國內(nèi)燃煤助燃劑的研究進展[J].煤質(zhì)技術(shù),2010(4):41-44.

        [2]陶從喜,李小燕.高硫煤用于預(yù)分解窯鍛燒的若干問題探討[J].水泥技術(shù),2012(4): 32-35.

        The Application of Sulfur-fixed Agent in the Cement Plant

        LI Xiao-yan,CHEN Chang-hua,WANG Xiu-long
        (Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co.,Ltd, Tianjin,300400)

        A cement plant in southern part of China firing high-sulfur coal was investigated.Sulfur-fixed agent is one of potential solutions to reduce the operating problems related to firing high-sulfur coal. The existing forms of sulfate and its distribution in the clinker mineralswereanalyzed.Mechanism ofsulfur-fixed agentwas discussed.

        sulfur-fixed agent;high-sulfur coal;SO3

        TQ172.625

        A

        1001-6171(2013)05-0021-02

        津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司,天津 300400;

        2013-07-09; 編輯:趙 蓮

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