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(biāo)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(biāo)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)?。所采用固硫劑的助燃作用可以用氧傳遞理論[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?？偠灾庸塘騽┯行蜓h(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