固硫劑在水泥廠的應用

固硫劑在水泥廠的應用

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：硫在窯系統的循環富集會導致燒成設備結皮堵塞使生產無法連續進行。盡管從水泥廠的設計以及生產操作上提出了諸多方案，包括煙室料幕、旁路放風、加大窯內通風、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 調研情況

南方某生產線燒成窯尾采用單系列五級旋風預熱器，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。回轉窯在最大轉速3.98r/min運行。中控操作合理，風煤匹配較好，窯內通風良好，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，所取煤樣的工業分析和全硫分析見表2。投產初期未使用固硫劑，無法連續生產。后來使用了固硫劑，生產線運行非常穩定，很少出現因工藝事故（結皮、結圈等）停窯的情況，一般2h清理一次煙室結皮，通過伸縮窯頭燃燒器來抑制窯內結圈或長厚窯皮。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，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約25元/t熟料左右，經濟效益非常明顯。

該生產線煙室溫度大約為1050℃，一般不超過1100℃，氧含量0.5%～2.0%，表明窯內通風正常；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，燃盡時間則相應縮短。一方面避免分解爐未燃盡煤粉在窯尾出現后燃燒，降低煙室溫度，有利于減緩煙室結皮。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和硫循環程度減輕。同時該廠煤粉秤運行非常穩定，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范圍以內波動，有利于穩定窯況。

表1 熟料化學成分分析，%

表2 煤的工業分析和全硫分析（空氣干燥基）

圖1 熟料2經過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速度，縮短煤粒的燃盡時間，降低灰分殘碳。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過程中，氧原子不斷從高價氧化物向碳原子表面傳遞聚集，實現了煤的快速燃燒。如此一來，窯頭不再出現還原性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[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富集的條件，保證了窯況的穩定和燒成質量的提高。

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

[2]陶從喜,李小燕.高硫煤用于預分解窯鍛燒的若干問題探討[J].水泥技術,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

津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400；

2013-07-09； 編輯：趙 蓮