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        水泥廠使用高硫原燃料的生產(chǎn)情況

        2015-09-01 09:30:10陳友德,羅占仁
        水泥技術(shù) 2015年5期
        關(guān)鍵詞:窯內(nèi)生料熟料

        水泥廠使用高硫原燃料的生產(chǎn)情況

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

        生產(chǎn)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(nèi)CaO含量的LSF值為80%~120%,SO3含量0.25%~0.45%;而作為生料經(jīng)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(chǎn)試驗。

        在生產(chǎn)試驗前,首先分析硫?qū)κ炝响褵a(chǎn)生的影響。

        1 硫化合物循環(huán)

        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(fù)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(fā)溫度在1 400℃以上,K2SO4在1 500℃左右。但在還原氣氛的煙氣內(nèi),當(dāng)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(nèi)大量分解,所產(chǎn)生的SO2隨煙氣后逸,與碳酸鈣分解產(chǎn)生的CaO以及原料內(nèi)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(jié)圈,上升煙道結(jié)皮阻塞,影響通風(fēng)和生產(chǎn)。此外,在氧化煙氣內(nèi),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(chǎn)過程中,采用揮發(fā)系數(shù)ε來表示硫的化合物揮發(fā)程度及循環(huán)程度。

        式中:

        ε——硫化物揮發(fā)系數(shù)

        A——熟料內(nèi)SO3無損失含量

        B——熱窯料內(nèi)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(fā)系數(shù)方式有:調(diào)整窯料成分、窯內(nèi)煙氣保持足夠的氧含量、窯內(nèi)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(diào)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(nèi)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(nèi)過剩硫的含量一般可接受的數(shù)量為250~600g/100kg熟料。

        過剩硫Es的數(shù)量用100kg熟料的硫含量來表達,其方程式為:

        2.2保持窯內(nèi)足夠的氧含量

        窯內(nèi)還原氣氛對硫的揮發(fā)系數(shù)有較大影響,此外過剩硫與氧化鈣生成CaSO4時,與窯內(nèi)煙氣中的氧含量有關(guān)。

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

        圖1所示為生產(chǎn)過程中,窯尾進料煙室氧含量與硫的揮發(fā)系數(shù)的關(guān)系。

        2.3避免窯內(nèi)煙氣還原氣氛

        硫的揮發(fā)系數(shù)隨窯內(nèi)煙氣中的C、CO的含量增加而增加,在熟料煅燒過程中,當(dāng)出現(xiàn)不完全燃燒時,窯料中的硫酸鹽和C、CO作用,生成SO2,其反應(yīng)方程式如下:為減少硫酸鹽分解和減少SO3循環(huán),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(nèi)未完全燃燒的碳,不能進入窯內(nèi)。

        在燒成帶,避免火焰沖擊窯內(nèi)物料。

        燃燒器煅燒熟料時,盡量減少入燃燒器煤粉數(shù)量出現(xiàn)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(nèi)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(chǎn)操作數(shù)據(jù)

        圖1 窯尾進口煙氣內(nèi)氧的百分數(shù)和硫的揮發(fā)系數(shù)

        燒成帶火焰盡量縮短。

        調(diào)節(jié)燃燒器。

        合適的燃料細度和穩(wěn)定的燃料量。

        及時清理結(jié)皮,以避免系統(tǒng)阻力增加影響入窯空氣數(shù)量,當(dāng)入窯空氣量減少則窯內(nèi)煙氣氧含量減少,還原煙氣數(shù)量增加。

        2.5減少粉塵循環(huán)

        熟料煅燒時,易生成粉塵熟料,當(dāng)窯內(nèi)粉塵熟料落入篦冷機內(nèi)、部分粉塵熟料隨三次空氣經(jīng)三次風(fēng)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(nèi),產(chǎn)生粉塵循環(huán),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(chǎn)生硫循環(huán)。預(yù)分解窯粉塵熟料難于避免,此外,硫含量增加,粉塵量相應(yīng)增多。生產(chǎn)中出現(xiàn)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(diào)節(jié)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(chǎn)操作時,石灰石內(nèi)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(jīng)破碎后在堆場儲存7d的用量,經(jīng)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(diào)節(jié)以保持所企望的C3S值,結(jié)合度沒有改變。

        為使高的過剩硫原燃料生產(chǎn),還需實施如下操作措施。

        提高預(yù)熱器風(fēng)機風(fēng)量,以提升窯進口煙氣內(nèi)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(fēng)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(nèi)。

        窯速增至最大4.3r/min,以減少硫揮發(fā)。

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

        4 高硫原燃料對生產(chǎn)的影響

        4.1窯的操作

        當(dāng)窯系統(tǒng)出現(xiàn)高的SO3循環(huán)數(shù)量時,將會出現(xiàn)操作問題。此時,若將SO3的揮發(fā)系數(shù)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(nèi)煙氣還原工況,可使窯正常生產(chǎn)。在操作中,將出現(xiàn)窯產(chǎn)量隨硫含量增加而有較大幅度下降,單位熟料電耗因預(yù)熱器風(fēng)機風(fēng)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(chǎn)量、電耗、熱耗變化的具體數(shù)據(jù)見表1。

        4.2熟料質(zhì)量

        表1表明,熟料升重和fCaO含量稍有變化。當(dāng)過剩硫增加,則通過3mm篩網(wǎng)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(huán)保

        窯磨系統(tǒng)煙氣中的SO3<50mg/ m3,低于環(huán)??刂浦?。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(nèi)石灰石分解所產(chǎn)生的CaO吸收生成CaSO4成熟料成分,不隨煙氣排至大氣。

        5 結(jié)語

        預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)過程中,當(dāng)原、燃料中的硫含量較高時,通過采取合適的措施,保持窯內(nèi)煙氣氧化氣氛,避免煙氣還原氣氛,可生產(chǎn)出硫含量較高的熟料,但對窯產(chǎn)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)

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