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1、高硫煤煅烧3m48m捷克型立筒预热器窑对原燃料中硫碱适应性的探讨作者：向平刘兴华谌洪清伍月山湖南省华中水泥厂1引言我厂以节能、提高水泥质量为目的,于1986年对干法中空窑进行技术改造,该技术改造工艺设计由湖南省建材工业设计院承担,立筒部分由捷克斯洛伐克引进,选用3m48m回转窑与之匹配,该系统于1988年建成投运至今,经历了第一阶段(1988年1995年7月)用砂页岩配料,硫3%的低硫煤煅烧和第二阶段(1995年8月至今)采用黄土配料,混合煤(高硫煤低硫煤=31)煅烧。通过这两个阶段原、燃材料中硫、碱的变化造成立筒结皮、堵塞的情况分析,使我们对捷克普列洛夫型立筒预热器对原、燃材料中硫、碱适应性
2、,有了新的认识,为我厂找到了一条合理利用当地资源的有效途径。2情况简介2.1窑系统工艺流程简介该系统采用国产3m48m回转窑与捷克引进的普列洛夫立筒预热器配套,设计能力15t/h(由于工艺设计、窑通风条件及窑运转率等问题的存在,窑产量未达到设计能力),熟料采用2.8m28m单筒冷却机冷却,煤粉制备采用1.7m2.5m风扫磨,并从窑头抽取热风进行烘干粉磨,出窑废气一部分进入3.2m5.8m风扫生料磨烘干生料,一部分进增湿塔,经增湿、降温后,与生料磨废气汇合,通过一台30m2电收尘器收尘后排入大气,电收尘、增湿塔收下的生料粉尘入搅拌库与出磨生料搅拌均匀后入窑煅烧。工艺流程见图1。图1窑系统工艺流程
3、2.2立筒的外型及热工参数普列洛夫型立筒预热器,由1个圆柱形直筒、一级旋风预热筒(2个)、一级旋风收尘筒(8个)组成,出窑废气经上升烟道(截面尺寸:1400mm1400mm)切线进入立筒,进入立筒的气流呈螺旋上升,经中心风管进入旋风预热筒,出旋风预热筒废气,经旋风收尘筒收尘后,进入高温风机。生料通过气力提升泵送入中心风管,经旋风预热筒预热后,与旋风收尘筒收下的生料一道进入立筒,经撒料器分散后,在气流离心力和自身重力的作用下,呈螺旋状自上而下运动,进行热交换,充分预热好的生料进入立筒锥部,经下料管进入窑内。普列洛夫立筒外型及热工参数见图2。图2普列洛夫立筒外型及热工参数2.3对原、燃材料中硫碱的
4、要求为保证普列洛夫立筒预热器的运行完全可靠,在引进合同中,对原、燃材料中硫、碱提出下列要求:燃料中硫3%;生料中碱含量:(Na2O+K2O)1%;生料中氯含量:0.5%;硫碱比:0.61。3原、燃材料成分及有害成分的计算3.1原、燃材料成分原材料及燃料的成分分别见表1和表2。混合煤中硫含量见表3。表1原材料平均化学成分(%)名称LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCl-石灰石40.005.571.240.7950.700.400.080.700.090.002砂页岩4.3067.0414.054.432.671.310.011.791.51-黄土5.4967.1
5、013.895.951.501.28-1.310.220.019铁粉3.7515.573.7660.046.153.806.54-表2低硫煤、混合煤工业分析及有害成分(%)MAVFCQDW（kJ/kg）sK2ONa2OCl-低硫煤1.3233.9527.5237.21209752.3-混合煤1.5027.7923.0147.70230746.37-表3混合煤中硫含量(%)年.月95.895.995.1095.1195.1296.196.296.396.4硫6.416.376.336.446.476.396.216.056.113.2物料配比根据我厂多年的生产数据统计,熟料热耗为4800kJ/k
6、g熟料。由所列的原料化学成分和低硫煤工业分析,经配料计算,各原、燃材料配比见表4。表4原、燃材料配比(%)石灰石砂页岩铁粉实物煤耗（kg)8213.64.4229由所列的原料化学成分和混合煤工业分析,经配料计算,各原、燃材料配比见表5。表5原、燃材料配比(%)石灰石黄土铁粉实物煤耗(kg)82.113.84.12083.3有害成分的计算3.3.1砂页岩配料、低硫煤煅烧时(第一阶段)有害成分的计算根据所列有害成分K2O、Na2O、SO3的含量和表4各原、燃材料配比,经计算可知:生料中:K2O=0.817%Na2O=0.279%K2O+Na2O=1.096%SO3=0.357%煤带入的=0.53%
7、,折合成SO3=1.325%3.3.2黄土配料、混合煤煅烧时(第二阶段)有害成分的计算根据所列有害成分的含量和表5各原、燃材料的配比,经计算可知:生料中:K2O=0.731%Na2O=0.037%K2O+Na2O=0.768%SO3=0.334%煤带入的=1.33%,折合成SO3=3.325%硫碱比=3.874普列洛夫型立筒和窑运转情况自19881995年7月的第一阶段,采用砂页岩配料,低硫煤(s3.0%)煅烧时，立筒运行情况良好，很少发生因结皮垮落而堵塞立筒，上升烟道结皮也较轻，只要每间隔23d，停窑清理一次上升烟道结皮(大约30min)就能保证窑正常运转，不会引起通风不良。在1993199
8、4年，由于低硫煤资源紧张，且煤质差，发热量低，为降低生产成本，提高烧成带热力强度，我们试着在低硫煤中掺入一定量的高硫煤(在8%10%)，将发热量提到22154kJ/kg煤，在4%6%，此时立筒结皮变化仍然不大，但发现窑长后结圈频繁，影响窑的产量，在第一阶段窑的产量平均在12.5t/h，熟料平均标号56MPa。为了提高窑的产、质量，降低成本，我们于1995年8月，采用易烧性好的黄土代替砂页岩配料、混合煤煅烧，虽然煤中增至6.37%，硫碱比达3.85，但立筒运行仍然良好，仍只需23d打一次窑皮，窑长后结圈的频率也明显减少，台时产量达到14t/h，熟料平均标号达到62MPa。通过近8年的生产实践证明
9、，在燃料中硫和熟料硫碱比已超出捷克要求的条件下，窑仍然能正常运行，说明该立筒对原、燃材料中硫、碱的适应性，特别是对硫的适应性较强。5原因分析引起立筒预热器窑结皮、堵塞的机理,是碱、氯、硫等物质在系统运行过程中,随着温度的不同,它们本身的物相及物理化学性质亦发生变化,在高温地带,这些物料受热挥发,随烟气带往窑后烟道、预热器系统,并凝聚在生料颗粒表面上使生料表面的化学成分改变,其熔融温度降低。当这些物料处于较高温度下(如1000以上),其表面开始部分熔化,产生液相,生成部分低熔化合物,这些含有部分液相的料粉颗粒,特别是悬浮于烟气中的这种颗粒借助于惯性力,被甩向边壁,与温度较低的设备或管道内壁接触时
10、,便可能粘结在器壁上,形成结皮。如果有害成分含量低,温度低,出现的液相就少,结皮的几率就小,粉料即使部分粘结,也可能因气流的冲刷而脱落,皮层不易结厚。反之,碱等有害成分含量多,温度较高,液相多而粘,则容易使料粉层层粘挂,愈结愈厚,尤其是预热器的拐弯或缩口处,因气流速度、方向的改变,其中含有液相的料粉因惯性作用,甩向器壁,动能转化为压力,将使结皮的倾向增加。一般的结皮,层状多孔疏松易碎,但如果在较高温度下,受热时间长,也会变得坚硬。总之,产生结皮的主要因素是有害成分含量的多少,温度的高低;结皮严重点则是气流拐弯处和变径处。普列洛夫型立筒,由于其特定的结构形式,有利于防结皮、防堵,对原、燃材料中有
11、害成分适应性强的原因大致有以下几点。(1)该立筒预热器的上升烟道截面较大(1.4m1.4m),直筒部分为3.1m的圆柱体,没有狭窄管道、缩口和急拐弯,降低了料粒与器壁的接触机会,有利于防结皮、防堵。立筒进风为切线进风,当废气进入立筒旋转一周后,由于与立筒内的生料进行剧烈的热交换,温度降至730左右(实测),附着在生料粒子表面的硫、碱已由熔融态转化为固态,失去粘附力,减少料粒在直筒壁的附着机会,从而减少了筒壁的结皮。(2)立筒预热器窑原料中的挥发组分循环系数为1130,而旋风预热器窑则高达74208。因此,立筒预热器窑结皮几率明显小于旋风预热器窑。(3)从原、燃材料中带入的硫碱在窑内发生一系列化
12、学反应,一部分以化合物的形式进入熟料中被带出;一部分随烟气被带入低温区,冷凝吸附,产生结皮;一部分附着在生料粒子表面,被收集下重新入窑;一部分则随废气排向空中。从图2中所标明的各点废气温度可知,硫、碱的吸附,主要在回转窑、舌头、立筒上升烟道B点之间进行,并产生结皮,结皮塌落时,则由上升烟道直接进入窑内,产生循环,从而减轻了因垮结皮而堵塞下料管的危险。由于立筒内温度较低,所以立筒部分的结皮不会严重,经过多年的生产实践证明,结皮疏松,塌落时易碰碎,不会引起下料管堵塞。(4)第一阶段,生料中碱含量高于第二阶段生料的碱含量0.328%。第二阶段,煤带入的硫比第一阶段多0.8%,而两阶段立筒仍能正常运行
13、,结皮严重程度也差不多。笔者认为:上升烟道的结皮主要是低熔点的K2SO4(880),而比K2SO4熔点高近200的Na2SO4,则主要在上升烟道的始端、窑尾舌头等部位形成结皮,由于两个阶段的K2O含量基本相同,虽然R2O含量不同,上升烟道的结皮应是相同的,由于R2O含量的不同,窑尾、舌头等处的结皮第一阶段比第二阶段严重,所以原料中的K2O对该立筒的危害性不容忽视,通过对立筒上升烟道结皮样分析,也证明了这一论断,结皮分析结果见表6、图3。表6结皮取样点结皮分析结果(%)成分样点LossSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OA1.079.614.144.9838.102.00
14、35.413.360.34B1.0010.564.642.9034.121.1040.602.840.24C0.8510.904.282.9737.961.0038.822.260.22D0.429.203.672.3037.050.7442.601.960.19E0.689.763.642.4939.590.6339.501.770.16F0.458.323.582.5537.840.9543.451.560.12图3上升烟道结皮取样点至于燃料中硫对立筒的危害,从表6中可以看出有两处富集,第一处在上升烟道的拐弯处(D点),由于该处结皮垮落时,由上升烟道掉入窑内,不会引起下料管堵塞。第二处在立筒的F点,由于该点温度较低,形成的结皮疏松、易碎,加上旋转气流的不断冲刷,易脱落,掉入立筒锥部,撞上筒壁后被碰碎,不会引起下料管堵塞。硫对普列洛夫立筒的危害性是较轻的,在原料中R2O含量低,特别是K2O含量低时,采用高硫煤煅烧是可行的。(5)该立筒在易形成结皮的部位,均设有打结皮小孔,结皮清除方便。6经验总结(1)普列洛夫立筒预热器由于其特有的结构形式(上升烟道切线进入立筒,生料经立筒锥部下料管入窑),硫碱的吸附主要在上升烟道,因而对硫、碱的适应性特别是硫的适应性强。笔者认为在生料中R
