固硫剂在水泥厂的应用

固硫剂在水泥厂的应用

李小燕，陈昌华，王秀龙

针对南方某水泥厂使用高硫煤的情况进行了调研，固硫剂是减轻水泥厂高硫煤带来的诸多操作问题的有效途径之一。分析了SO3在水泥熟料中的存在形态以及在熟料各矿物中的分布情况，探讨了固硫剂的作用机理。

固硫剂；高硫煤；SO3

1 前言

水泥厂使用高硫煤做燃料，最突出的问题是：硫在窑系统的循环富集会导致烧成设备结皮堵塞使生产无法连续进行。尽管从水泥厂的设计以及生产操作上提出了诸多方案，包括烟室料幕、旁路放风、加大窑内通风、提高窑速、采用合理的配料方案来平衡硫碱比等，也起到了一定的效果，但都没有从根本上解决问题。据报道，有些水泥厂使用固硫剂以后可以长期使用全硫含量高达8%的高硫煤，因此有必要对固硫剂的使用效果进行跟踪。

2 调研情况

南方某生产线烧成窑尾采用单系列五级旋风预热器，分解炉为在线型分解炉。分解炉容积较大，气体停留时间大约为6.0s。回转窑在最大转速3.98r/min运行。中控操作合理，风煤匹配较好，窑内通风良好，出冷却机熟料未见黄心料。该厂熟料率值控制指标为：KH=0.92±0.02，SM= 2.7±0.1，AM=1.3±0.1。目前该厂面临的最大难题是熟料28d强度较低，仅50～55MPa，所取熟料样品的化学成分见表1。

该厂自2012年1月起使用全硫含量在4%～6%之间的无烟煤，所取煤样的工业分析和全硫分析见表2。投产初期未使用固硫剂，无法连续生产。后来使用了固硫剂，生产线运行非常稳定，很少出现因工艺事故（结皮、结圈等）停窑的情况，一般2h清理一次烟室结皮，通过伸缩窑头燃烧器来抑制窑内结圈或长厚窑皮。目前该厂所用固硫剂为液体，通过原煤皮带秤加入，仅在窑头用煤中添加固硫剂。根据燃煤全硫含量，固硫剂加入量为用煤总量的0.1%～0.3%。该厂所在地区，硫含量4%～6%的无烟煤比正常无烟煤价格低约200元/ t，扣除固硫剂的成本，煤价差异使熟料综合成本节约25元/t熟料左右，经济效益非常明显。

该生产线烟室温度大约为1050℃，一般不超过1100℃，氧含量0.5%～2.0%，表明窑内通风正常；分解炉出口气体温度大约880℃，氧含量0.5%～2.5%；出窑气体NOx含量很高。

该厂煤粉细度控制指标为80μm筛筛余＜1%，出磨煤粉80μm筛筛余一般在0.5%左右。煤粉细度较细，燃尽时间则相应缩短。一方面避免分解炉未燃尽煤粉在窑尾出现后燃烧，降低烟室温度，有利于减缓烟室结皮。另一方面窑头未燃尽的煤粉落入窑料的概率减小，局部还原气氛减轻，高温带硫酸盐的挥发和硫循环程度减轻。同时该厂煤粉秤运行非常稳定，喂煤量波动较小，特别是头煤秤，喂煤量反馈值一般在0.01t/h范围以内波动，有利于稳定窑况。

表1 熟料化学成分分析，%

表2 煤的工业分析和全硫分析（空气干燥基）

图1 熟料2经过SAMX萃取后滤渣的XRD图谱

图2 熟料2的SEM照片

3 熟料中SO3存在形态及分布

熟料的SO3含量＜2%（表1），含量较低，通过XRD检测不到含硫矿物的衍射峰。为了分析熟料中SO3的存在形式，我们进行了选择性萃取实验。水杨酸-甲醇萃取法（SAMX）可以溶解阿利特、贝利特以及游离石灰，使研究集中在铝酸盐、铁酸盐、方镁石以及碱的硫酸盐上。选择表1中的熟料2样品，SAMX萃取后滤渣的SO3含量达到了8.88%。图1给出了熟料2经过SAMX萃取后滤渣的XRD图谱。滤渣主要组分是C4AF和C3A，其中硫以钙明矾石K2SO4· 2CaSO4形式存在。

借助扫描电镜与能谱分析，可以更微观地观察矿物形貌，并且对熟料各矿物进行元素分析。图2给出了熟料2的微观形貌照片。A矿为柱状、六方片状，而B矿呈圆球状，中间相呈碎屑状分布于A矿与B矿间。能谱分析结果显示，熟料2中A矿硫含量达1.77%，B矿硫含量0.55%，中间相硫含量达3.50%。另外，S含量高时K含量也较高，两者总体趋势一致。

4 固硫机理探讨

固硫剂所起的作用有两方面，一方面是促进煤粉燃烧，即降低煤的着火温度，加快煤粉的氧化燃烧反应速度，缩短煤粒的燃尽时间，降低灰分残碳。所采用固硫剂的助燃作用可以用氧传递理论[1]来解释，固硫剂有效组分氧化性较强，其在有效组分不断还原和氧化的循环过程中，氧原子不断从高价氧化物向碳原子表面传递聚集，实现了煤的快速燃烧。如此一来，窑头不再出现还原性CO气氛和未燃尽的焦炭颗粒，高温带熟料中CaSO4的分解程度降低，减缓了硫循环[2]。另一方面，固硫剂中存在的微量过渡元素和稀土元素，有助于硫固化于熟料中，以高温稳定的物相（如钙明矾石）的形式存在。总而言之，加固硫剂有效消除硫循环富集的条件，保证了窑况的稳定和烧成质量的提高。

[1]朱川,姜英,丁华.国内燃煤助燃剂的研究进展[J].煤质技术,2010(4)：41-44.

[2]陶从喜,李小燕.高硫煤用于预分解窑锻烧的若干问题探讨[J].水泥技术,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

津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400；

2013-07-09； 编辑：赵 莲