氯對水泥熟料煅燒的影響（下）

陳友德，羅占仁，申毅，趙艷妍，林莉，韓艷梅

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氯對水泥熟料煅燒的影響（下）

Effect of Chlorine on Clinker Burning（Ⅱ）

陳友德1，羅占仁2，申毅3，趙艷妍1，林莉1，韓艷梅1

通訊地址：1天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；2河北燕新建材有限公司，河北廊坊065202；3天津水泥實(shí)業(yè)公司，天津300400

（接第一期）

3.2有機(jī)氯化物的結(jié)皮堵塞

有機(jī)氯化物形成的部位溫度較低，在一些含氯量較高的燒成系統(tǒng)，在頂部低溫的一級、二級預(yù)熱器，有時(shí)會出現(xiàn)氯化物結(jié)皮堵塞，此外系統(tǒng)的高溫風(fēng)機(jī)、機(jī)殼內(nèi)部表面積灰、風(fēng)機(jī)葉片粘掛物料、袋收塵器內(nèi)部也會出現(xiàn)物料堵塞。因溫度低、粘度低，處置相對方便，而高溫風(fēng)機(jī)、收塵器因裝備難于開啟，長期運(yùn)行產(chǎn)生的結(jié)皮堵塞處置較困難。

4氯化物對耐火襯體、金屬部件的損壞

熟料煅燒過程中，氯化物對耐火襯體、金屬部件產(chǎn)生腐蝕，而上述腐蝕往往與硫堿一起進(jìn)行，致使金屬損壞。

4.1對金屬部件腐蝕

（1）低溫腐蝕

露點(diǎn)以下的電化學(xué)反應(yīng)：Cl2、SO2等氣體在水氣存在的條件下，與水作用生成酸性氣體，在露點(diǎn)以下，生成的酸性氣體形成不同濃度的酸溶液，酸溶液與金屬作用生成鹽，致使金屬腐蝕，反應(yīng)方程式如下：

Fe+Cl2→FeCl2（5）

（2）高溫腐蝕

系統(tǒng)內(nèi)溫度＜500℃，Cl2和HCl對金屬鐵和氧化鐵產(chǎn)生腐蝕，反應(yīng)方程式為：

Fe+Cl2→FeCl2（5）

Fe2O3+4HCl→2FeCl2+2H2O+O2（6）

當(dāng)溫度＞500℃時(shí)，堿氯化合物和硫酸鹽的低熔點(diǎn)共熔體對鐵、鉻、鎳及其氧化物產(chǎn)生腐蝕，由于反應(yīng)方程式較為復(fù)雜，不予羅列。值得注意的是，近年來的資料稱：Cl2與高鉻鋼中的Cr起化學(xué)反應(yīng)，生成CrCl3，造成高鉻鋼損壞。

4.2對耐火材料的損壞

有機(jī)氯化物因溫度低，對耐火材料損壞較少。無機(jī)氯化物熔融溫度一般＜900℃，對耐火材料有所腐蝕，但程度較輕。而這些損壞是與堿、硫結(jié)合在一起進(jìn)行的，腐蝕損壞情況與堿硫比的比值有關(guān)，可通過堿硫比的比值來判斷，限于篇幅，從簡。

其中，ASR為堿硫比。

表7　硫堿比比值

5減緩氯對熟料煅燒及裝備影響的措施

5.1減緩熟料煅燒影響的措施

（1）減少入窯原燃料中的氯、硫、堿含量

氯對熟料煅燒和裝備損壞的影響均與堿、硫結(jié)合在一起，減緩的措施是盡可能減少進(jìn)入系統(tǒng)的生料和燃料中的氯、硫、堿等有害物的含量，一些公司均制定了控制值：

德國KHD、Polysius公司和我國的一些設(shè)計(jì)公司采用控制生料、燃料中堿、氯、硫的含量的方法，控制值為：

堿：K2O+Na2O<1%（8）

氯：Cl＜0.015%～0.020%（9）

硫：生料和燃料的硫堿比

（2）合適的硫、堿比

為控制結(jié)皮，在生料和燃料設(shè)計(jì)時(shí)，盡量考慮合適的硫堿比，比值一般為0.8～1.2。當(dāng)硫堿比為1時(shí)，所有的硫、氯化物均與堿生成不易揮發(fā)的硫酸鹽（K2SO4、Na2SO4）和氯化物（KCl、NaCl），這些化合物將存在于窯料中，揮發(fā)溫度高于熟料煅燒溫度的化合物作為熟料成分，揮發(fā)溫度低于熟料煅燒溫度的化合物則產(chǎn)生循環(huán)；而當(dāng)硫堿比在0.8～1.2范圍以外時(shí)，則會出現(xiàn)游離硫和游離堿，存在于窯氣內(nèi)隨窯氣運(yùn)行，與其他元素生成一些低熔融溫度化合物，如化合物中的KCl、NaCl的熔融溫度分別為772℃、801℃，此類化合物中兩種或兩種以上的化合物的熔融溫度更低，當(dāng)與窯料中的C2S、2C2S、CaCO3或2C2S·CaSO4在一起時(shí)，會在預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)結(jié)皮堵塞，所結(jié)的皮一般較疏松也好清理。在溫度較高的進(jìn)料室等部位，硫化物、氯化物與灰硅鈣石（2C2S·CaCO4）、鈣明礬石（2CaSO4·K2SO4）、C2S、硫灰硅鈣石（2C2S· CaSO4）、MgO和11CaO·7Al2O3·CaCl2等窯料在一起，此類物料結(jié)皮較致密，很難清理。

（3）控制窯內(nèi)煙氣氣氛，保持窯內(nèi)足夠的氧含量

圖5表明，熱料中的Cl富集量與SO3含量對結(jié)皮有直接關(guān)系，通過控制窯內(nèi)煙氣氣氛，避免和減少窯料中硫酸鹽分解，將熱窯料中的硫酸鹽固定在熟料內(nèi)排至窯外，必將減少窯尾煙氣和熱料中SO3含量，相應(yīng)減緩了結(jié)皮結(jié)圈的條件，減少結(jié)皮、結(jié)圈。

（4）控制原燃料均化

為避免原燃料內(nèi)氯、硫、堿成分不勻，造成熟料煅燒的工藝操作變化，應(yīng)盡量做好原燃料均化，有利于熟料煅燒。

（5）旁路放風(fēng)

原文有三層意思，“穩(wěn)是大局”，“要穩(wěn)增長、保就業(yè)、防風(fēng)險(xiǎn)”，和“要守住底線”。首先，“穩(wěn)是大局”是整句話的總說，是后面內(nèi)容的總概括，因此可以單獨(dú)譯為一句。“穩(wěn)增長、保就業(yè)、防風(fēng)險(xiǎn)”是排比句式，在內(nèi)容上更為緊湊，所以也應(yīng)該單獨(dú)譯為一句。“守住金融、民生和環(huán)保等方面的底線，才能確保經(jīng)濟(jì)社會穩(wěn)定”也表達(dá)了一個(gè)完整的意思。所以漢語長句可以分譯為三個(gè)英語句子。分譯法也是從讀者角度出發(fā)，以讀者理解為前提的翻譯方法。在進(jìn)行漢英翻譯的時(shí)候，將長句根據(jù)意思層次劃分為若干短句，再譯為對應(yīng)的英語，更易于讀者理解，這也符合目的論的目的原則。

若原燃料中氯含量過高，在長期的熟料煅燒過程中必然富集，從而造成嚴(yán)重的結(jié)皮堵塞，只有設(shè)置旁路放風(fēng)排氯，將系統(tǒng)內(nèi)的氯含量控制在正常的生產(chǎn)范圍內(nèi)，才能保持連續(xù)生產(chǎn)。

早期的預(yù)熱器、預(yù)分解窯系統(tǒng)設(shè)置旁路放風(fēng)時(shí)，放風(fēng)均從窯尾進(jìn)料室抽取。大致情況是，氯富集量高，2% ～5%的窯尾煙氣放風(fēng)就能打破系統(tǒng)氯循環(huán)，而鉀或硫在系統(tǒng)內(nèi)富集3～5倍，高溫時(shí)約65%以上揮發(fā)或隨熟料離窯，因而需要15%～30%的窯氣放風(fēng)，才能打破系統(tǒng)內(nèi)硫、堿循環(huán)，而堿循環(huán)，鈉富集僅2倍。高溫時(shí)20%～30%揮發(fā)則需＞50%的窯尾煙氣放風(fēng)，才能打破系統(tǒng)內(nèi)的堿循環(huán)。放風(fēng)損失的熱量大致是，一般1%的窯尾煙氣放風(fēng)，預(yù)熱器窯熱損失4.18 （3～4）kJ/kg·熟料，而預(yù)分解窯為4.18 （1.5～2）kJ/kg·熟料。

隨著技術(shù)進(jìn)步，人們認(rèn)識到硫循環(huán)可通過窯內(nèi)煙氣氧化氣氛將硫固定在熟料內(nèi)離窯，從而減緩系統(tǒng)內(nèi)硫循環(huán)的數(shù)量，相應(yīng)減少硫的放風(fēng)量。而堿循環(huán)可通過堿硫平衡來緩和，也可減緩堿循環(huán)，相應(yīng)減少放風(fēng)量，而氯因其化合物熔融溫度處在預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)，再加上協(xié)同處置塑料等工業(yè)廢物將氯帶入系統(tǒng)，可用少量放風(fēng)排氣來保持正常生產(chǎn)。

國外某水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)過程中，熟料中的氯含量達(dá)到3.2%，硫含量為3.2%，出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)皮堵塞。為此設(shè)置了氯的放風(fēng)措施，將熟料中的氯含量從3.2%降至0.4%，硫含量從3.2%降至2.2%。結(jié)皮、堵塞現(xiàn)象大幅下降，生產(chǎn)正常（圖6）。

圖6　結(jié)皮狀況和減少措施

一家水泥公司在印度的一臺預(yù)分解窯上進(jìn)行了新型氯旁路放風(fēng)的實(shí)踐（圖7）。從圖7來看，旁路放風(fēng)點(diǎn)從窯尾移至5級預(yù)熱器出口，除冷卻和收塵系統(tǒng)外，還設(shè)置了粗粉收塵裝置。

其原因是：窯尾造成結(jié)皮堵塞的產(chǎn)物主要是硫堿化合物、氯堿化合物及其復(fù)合化合物，兩種化合物的熔融溫度不一致（表8）。

表8表明，硫化物的熔融溫度較氯化物高得多，在同一個(gè)部位抽取煙氣來排硫又排氯有一定的難度。

隨著技術(shù)進(jìn)步，分解爐進(jìn)一步完善，入窯物料的溫度和分解率逐步提高，窯尾進(jìn)料室的煙氣和物料溫度已不適合放風(fēng)排氯，一些專業(yè)公司將排氯抽風(fēng)部位移至溫度稍低的5級預(yù)熱器煙氣出口部位。

圖7　除氯旁路放風(fēng)工藝布置圖

表8　硫氯化合物的熔融溫度，℃

系統(tǒng)工藝流程是，從5級預(yù)熱器出口抽熱風(fēng)，入混合室與冷風(fēng)混合，冷卻后的廢氣進(jìn)入一臺旋風(fēng)收塵器收塵，將粗粉收下，帶細(xì)顆粒的廢氣最終進(jìn)入收塵器，將細(xì)顆粒收集后排至大氣。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)大致是：抽取的熱風(fēng)溫度約850℃，風(fēng)速4～6m/s，抽取量約5%～10%，混合室經(jīng)冷風(fēng)冷卻后的廢氣溫度約200℃以下，旋風(fēng)筒收下的粉塵量約595kg/h，而收塵器收下的細(xì)顆粒含氯量約5.2%。改造后生產(chǎn)運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)堿氯結(jié)皮堵塞事故。

該設(shè)計(jì)公司的一篇文章介紹，從5級預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)口部位抽取的熱風(fēng)所收下的粉塵為石灰（碳酸鈣分解后所生成的氧化鈣），各條生產(chǎn)線原料中含氯量不一，粗顆粒視其成分后進(jìn)行處置。

5.2減緩氯對裝備和耐火材料損壞的措施

5.2.1減緩無機(jī)氯化物對裝備損壞的措施

（1）減緩化學(xué)腐蝕

a金屬殼體熱面（內(nèi)表面）露點(diǎn)溫度的合理選擇

長期以來，水泥熟料煅燒常規(guī)的原燃料中，硫氯的含量均不高，水汽露點(diǎn)在45～65℃之間。在設(shè)計(jì)中，筒體內(nèi)表面溫度選用65℃，以保持燒成系統(tǒng)內(nèi)煙氣不結(jié)露。隨著燃料中氯、硫含量的增加，筒體內(nèi)表面溫度提高至70℃以上（圖8）。

在氯硫嚴(yán)重侵蝕的部位，露點(diǎn)溫度接近180℃，筒體溫度過高，將增加筒體散熱損失，建議生產(chǎn)廠家結(jié)合所用的原燃料狀況，采用符合煙氣不結(jié)露的溫度，也就是適當(dāng)提高筒體內(nèi)表面溫度，避免氯對金屬的腐蝕。

圖8　常規(guī)原燃料筒體內(nèi)表面溫度

b合理選用含鉻金屬

氯對鉻能起化學(xué)反應(yīng)，在高含氯的原燃料生產(chǎn)線上，如預(yù)熱器內(nèi)筒，應(yīng)盡量選用滿足工況溫度、含鉻量低的高溫鋼，可選用金屬陶瓷。

5.2.2減緩有機(jī)氯化物對裝備損壞的措施

有機(jī)氯化物熔融溫度低，在低溫部位富集，對金屬及耐火材料損壞不多，但堵塞影響煙氣和物料流通，影響系統(tǒng)通風(fēng)，造成還原氣氛，致使熟料產(chǎn)、質(zhì)量降低，不利生產(chǎn)，解決的途徑是加強(qiáng)裝備檢查，及時(shí)清理。此外在收塵袋上，也可選用抗氯侵蝕的材質(zhì)。

5.3減緩對耐火材料損壞的措施

氯呈酸性且所在的部位溫度低，所設(shè)置的耐火材料宜選適用于酸性煙氣和物料的酸性耐火材料。在低溫部位選用含Al2O3低及SiO2含量稍高的耐火材料；在較高溫度部位，選用SiC耐火材料。上述材料遇堿性的鉀、鈉后，表面會生成一層玻璃狀保護(hù)層，阻止氯化物侵蝕，延長耐火材料的使用周期。

6　結(jié)語

氯廣泛地存在于原燃料中，常規(guī)的原燃料生產(chǎn)線因氯含量低對生產(chǎn)的影響不大，但對少量原料中含氯較高的生產(chǎn)線確有較大影響，隨著工業(yè)廢棄物作代用燃料的增加及環(huán)保要求進(jìn)一步嚴(yán)格，氯對水泥熟料煅燒及廢氣排放必然會產(chǎn)生影響，應(yīng)引起人們重視。

［1］陳友德.水泥預(yù)分解窯工藝與耐火材料技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［2］Kare Helge Karstensen.Formaton and control of dioxins in modern preheater / precalciner dry-process kilns［J］.Cement Plant Environmental Handbook 143-145.

［3］ARVIVD Kumar PanDey.Revolutionising the Bypass System.World Cement . Com［1810］［May.11］161-163.

TQ172.18文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1001-6171（2016）02-0025-03

2015-11-24；編輯：呂光