硫含量较高的低挥发分煤在预分解窑系统内的煅烧
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以上情况表明， 在预分解窑系统内， 燃料内所含 的硫在窑头和分解炉内燃烧生成 ＳＯ２， 均被碱性氧化 物和 ＣａＯ 所吸收， 生成硫酸盐。部分硫酸盐在熟料的 煅烧过程中 ， 分 解 释 放 出 ＳＯ２， 然 后 又 被 吸 收 生 成 硫 酸盐， 形成硫循环， 未被分解的硫酸盐随熟料从窑头 落至篦冷机内冷却。其循环如图 ２。
过渡带 ０．８２４ ３．０９ １．５２ １．３４ ２２．０４ ４．３０ ２．８３ ５８．９４ ２．８７ ２．３５ ０．１８ ５．０１ ０．４４２ ２．８５
三次风管 １．１１８ ２．７０ １．６３ １．３０ １３．００ ２．９８ １．８３ ４６．２８ ２．６９ ３．１４ ０．３７ １８．４１ ０．０８１ ６．０２
５ 含硫燃料对熟料质量的影响
含硫燃料煅烧熟料时， 部分硫与碱生成硫酸碱化 合物， 过剩的硫则与 ＣａＯ 生成 ＣａＳＯ４， ＣａＳＯ４ 的熔融 温度一般低于 １ ４００℃， 多数 ＣａＳＯ４ 的复合盐其熔融 温度低于此温度， 因此易生成液相， 熟料易于煅烧。国 内外的一些研究单位对用 ＣａＳＯ４ 作助熔剂 煅烧熟料 进行了研究， 发现熟料中 ＳＯ３ 含量在 ４％～６％时， 熟料 煅烧温度和热耗下降， 水泥性能有所改善， 强度可超 过相应普通水泥的 ３０％； 但当 ＳＯ３ 含量超过 ７％时， 则可能引起残余石膏膨胀， 使水泥强度剧降。
国 内 某 公 司 １ ０００ｔ／ｄ 熟 料 预 分 解 窑 生 产 线 投 产 后， 熟料的平均产量为 １ ０５０ｔ／ｄ 左右， 生产较为正常。 随着原煤价格上涨， 为降低成本， 工厂采购了一批当 地煤矿供应的挥发分仅为 １０％左右的燃煤， 其灰分 超过 ２７％， 全硫含量为 ２．５０％～３．５０％。为保证正常稳 定生产， 公司委托我院解决此类燃煤煅烧水泥熟料的 技术问题。现将有关生产情况介绍如下， 供遇到有关 类似情况的企业参考。
生料的碱、硫和氯含量较为均匀， 其中： Ｋ２Ｏ 为 ０．５６％， Ｎａ２Ｏ 为 ０．１０％， ＳＯ３ 为 ０．１２％， Ｃｌ－ 为 ０．０１４％。 ３．２ 入窑煤粉
水泥熟料生产所用燃煤一般要求硫含量低于 ２．００％， 设计要求控制煤粉硫含量不超过 ２．００％， 故对 煤粉进行了采样分析。结果表明， 生产所用煤粉的硫 含量均超过 ２％， 煤粉的工业分析见表 １。
系统部位
烧成带和 过渡带
分解带
ＳＯ２ 生成反应
燃料内所含的 Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２
硫酸盐
氧
化
物＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
燃料内所含的 Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２ ＣａＳＯ４＋Ｃ ＣａＯ＋ＳＯ２＋ＣＯ
ＳＯ２ 吸收反应
Ｎａ２Ｏ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｋ２Ｏ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
ＣａＯ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｎａ２ＳＯ４ Ｋ２ＳＯ４ ＣａＳＯ４
过剩 ＳＯ３＝总 ＳＯ３－ ０．８５Ｋ２Ｏ－ ０．６５Ｎａ２Ｏ 硫的挥发系数 （ ε） 随窑气中氧含量的增加而降
低。窑内硫的挥发主要来自 ＣａＳＯ４， 其受热分解方程 式如下：
ＣａＳＯ４
ＣａＯ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｋ＝ ［ＣａＯ］［（ＳＯ２］!［Ｏ２］ ［ＣａＳＯ４］
温度一定时 ， Ｋ 为常数， 当 Ｏ２ 含 量增加时 ， 物 料 中的 ＣａＯ 和 ＳＯ２ 含量减少， ＣａＳＯ４ 含量增加， 挥发系 数 ε下降。当Ｏ２ 含量降低时， 物料中的 ＣａＯ 和 ＳＯ２ 含 量增加， ＣａＳＯ４ 减少， 挥发系数 ε增加。实验室对不同 氧含量下 ＳＯ２ 挥发量进行的试验也证实了此过程（ 见 图 ３） 。通常认为 ４％ 的 Ｏ２ 含量是抑制热生料中 ＳＯ２ 的挥发的关键点。
４ 结皮成因分析
４．１ 煤粉灰分沉降 窑头煤wenku.baidu.com燃烧时， 所含的灰分随气流至窑尾沉
降。若煤粉燃烧不完全， 含有炭颗粒的煤灰分沉降在 窑的过渡带后端， 在高温的物料内继续燃烧， 形成局 部高温， 致使部分物料出现液相， 黏附在耐火砖表面 上形成窑皮。不完全燃烧的煤粉颗粒愈多， 煤粉内所 含的灰分量愈大， 结厚窑皮的情况愈严重。减缓的措 施是在煤粉制备时， 根据挥发分的含量来控制煤粉细 度， 以保证煤粉完全燃烧。此外， 在生产时， 尽可能提 高入窑的二次风温， 调节好多风道燃烧器的内外风， 促使煤粉完全燃烧， 使灰分均匀地沉降， 避免物料过 早地出现液相而结后窑皮。 ４．２ 水泥回转窑内硫循环 ４．２．１ 烧成系统内硫的化学反应
消除和减缓结长厚窑皮的重要措施是一方面减
少原燃料中硫的含量； 另一面是减少窑内硫酸盐的挥
发量， 也就是降低硫的挥发系数（ ε） 。硫的挥发系数
（ ε） 与物料中硫碱比值和窑的操作条件有关。
硫碱比的数值愈高， 则挥发系数也愈高。硫碱比
指的是物料中所含的 ＳＯ３ 和 Ｋ２Ｏ 与 Ｎａ２Ｏ 之间的克分 子比值， 若是物料中的 ＳＯ３ 含量低， 意味 着所有的 ＳＯ３ 均与碱的 氧 化 物 生 成 不 易 挥 发 和 分 解 的 硫 酸 碱 盐； 若是物料中 ＳＯ３ 含量过高， 意味着生 成硫酸碱盐 后， 剩余的 ＳＯ３ 则与 ＣａＯ 生成易挥发分解的无水石 膏（ ＣａＳＯ４） 。硫碱比愈高， 则生成的 ＣａＳＯ４ 愈多， 挥发 系数 ε也愈高。过剩 ＳＯ３ 的计算公式如下：
ＣａＯ＋ＳＯ２ ＣａＳＯ３
ＣａＳＯ３＋
１ ２
Ｏ２
ＣａＳＯ４
４．２．２ 回转窑内硫结皮的成因 煤粉含硫过高时， 在窑内过渡带生成的长窑皮主
要过程是： 燃料燃烧时所生成的 ＳＯ２ 与碱性氧化物或
－ ６－
水泥 ＣＥＭＥＮＴ
２００７．Ｎｏ．２
ＣａＯ 作用生成硫酸盐， 在还原状况下此类硫酸盐分解 再次生成 ＳＯ２， 其又与碱性氧化物或 ＣａＯ 反应生成硫 酸盐， 从而形成硫的循环。所生成的硫酸盐可能形成 几种复硫酸盐， 其熔融温度较低（ ６００～９００℃） 。上述硫 酸盐的液相与物料夹杂在一起， 黏附在耐火砖表面 上， 形成窑皮， 黏附的物料愈多， 则窑皮愈厚， 物料中 硫的挥发系数愈高， 则硫的挥发量也愈多， 所生成的 硫酸盐也愈易集中在某一部位， 因而窑皮也愈厚。 ４．２．３ 硫的挥发系数（ ε）
硫不但影响着熟料的水化、硬化过程， 而且还在 煅烧过程中影响着熟料的结构。进入熟料中的硫对矿 物的形成有促进作用， 它能降低液相黏度， 增加液相 量， 有利于 Ｃ３Ｓ 生成。另外， 硫可形成 ２Ｃ２Ｓ·ＣａＳＯ４ 及
无水硫铝酸钙 ４ＣａＯ·３Ａｌ２Ｏ３·ＳＯ３ （ Ｃ４Ａ３Ｓ ） ， Ｃ４Ａ３Ｓ 是一 种早强矿物， 有利于 ３ｄ 强度的提高， 而 ２Ｃ２Ｓ·ＣａＳＯ４ 则对煅烧过程不利。
但在 ２～３ｄ 后， 窑内过渡带后部开始结长窑皮， 且非常 迅速， 影响窑内通风， 当窑皮长到一定厚度时只得停 窑清除。重新点火 ２～３ｄ 后， 长厚窑皮仍然出现， 严重 时， 月停窑次数超过 ７ 次， 影响了窑的正常生产。
３ 物料分析
上述现象具有规律性， 为分析其原因， 对原燃料 及系统内不同部位窑皮和沉积物进行了成分分析。 ３．１ 入窑生料
在回转窑烧成系统内， 燃煤中硫所形成的硫循环 的主要化学反应见表 ４。
表 ４ 烧成系统内硫的化学反应
在烧成带， 火焰温度约为 １ ８００～２ ４００℃， 煤粉燃 烧生成 ＳＯ２。在过渡带， 气流温度约 １ ４００～１ ６００℃， 燃 料燃烧所生成的 ＳＯ２ 与 １ ３００℃以上高温的各种碱性 氧化物和 ＣａＯ 作用生成硫酸盐， 如 Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４ 及 ＣａＳＯ４。此类化合物中的硫酸碱盐一般均较稳定， 不易 分解， 硫酸钙较易分解， 生成 ＳＯ２。
注： 工厂提供的数据。由于过渡带很短， 分解带的取样点有可能是过渡带后部位置。
从 表 １ 看 出 ， 煤 挥 发 分 从 原 来 的 ３０％ 下 降 到 １０％～１２％， 灰分从原来的 １７％上升到 ２５％～２８％， 热 值变化不大， 而硫含量变化较大， 从＜ ０．５０％上升至 ２．２３％～３．２５％， 此数值超过＜ ２．００％的设 计要求， 硫 碱 比较高。此外， 从不同部位窑皮和沉积物的化学成分 来看， 在分解带的 ＳＯ３ 含量高达 １７．１８％， 其硫碱比为 １３．９４； 而从过渡带窑皮和三次风管沉积物来看， 物料 中 ＳＯ３ 含量分别为 ５．０１％和 １８．４１％， 硫碱比分别为 ２．８５ 和 ６．０２。
１ 烧成系统的主要装备
该 生 产 线 窑 尾 系 统 采 用 带 ＴＤＦ 炉 （ 内 径 为 Φ４ ５００ｍｍ） 的 五 级 旋 风 预 热 器 系 统 （ Ｃ５ 内 径 为 Φ５ ４００ｍｍ） ， 为 煅烧低挥发 分煤， 在窑尾 塔架旁 增 设 了流态化预 燃炉与原 有的 ＴＤＦ 分解炉 串 联 使 用 ， 工 艺流程见图 １。
表 ３。硫碱比参照国外公司扣除 Ｃｌ－ 影响的公式计算：
ＳＯ３
硫碱比：
８０
计算。
Ｎａ２Ｏ ＋ Ｋ２Ｏ － Ｃｌ
６２ ９４ ７１
表 ３ 不同部位窑皮和沉积物的化学成分及硫碱比
率值
化 学 成 分／％
取样点
ＫＨ
ＳＭ
ＡＭ
Ｌｏｓｓ
ＳｉＯ２
Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ３
ＣａＯ
ＭｇＯ
Ｋ２Ｏ
Ｎａ２Ｏ
ＳＯ３
硫碱比 Ｃｌ－
分解带 ０．８７６ ２．５８ １．４１ ４．５４ １６．４５ ３．７４ ２．６５ ４７．４４ ３．２４ ４．３０ ０．１８ １７．１８ ２．３６０ １３．９４
表 １ 煤粉工业分析
样品
Ａａｄ ／％
Ｖａｄ ／％
Ｑｎｅｔ，ａｄ ／（ ｋＪ／ｋｇ）
Ｓ／％
原用煤粉
１７．０５
３１．１５
２３ ７９０
＜ ０．５０
煤粉试样 １ ２１．７８
１０．３５
２６ ５１０
２．３３
煤粉试样 ２ ２８．６３
１１．１３
２３ ３７０
３．２５
煤粉试样 ３ ２５．５０
１０．８８
２５ ０００
２．５０
图１ 改造后烧成系统工艺流程
窑规格为 Φ３．２ｍ×５０ｍ， 设计熟料产量 １ ０００ｔ／ｄ， 窑 头 采 用 我 院 设 计 的 冲 量＞１ ０００％·ｍ／ｓ 的 三 风 道 燃 烧器， 加大了一次空气的动量和旋流角度， 强化了煤 粉与高温的二次空气混合， 有利于煤粉的燃烧。
篦冷机采用 ＴＣ８３６ 可控气流篦冷机， 进料口部 位的一、二室为充气梁可控气流篦板， 可控气流的通 风单元面积远低于一室的通风面积， 冷风易于均匀地 透过高温熟料层， 使高温熟料得以较好的冷却， 提高 了入窑二次风和入炉三次风的风温， 风温的提高则有 利于煤的燃烧。
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水泥 ＣＥＭＥＮＴ
２００７．Ｎｏ．２
硫含量较高的低挥发分煤在预分解窑系统内的煅烧
陈友德， 沈序辉， 倪祥平， 白 波 （ 天津水泥工业设计研究院， 天津 ３００４００）
中图分类号： ＴＱ１７２．６２２．２６； ＴＱ１７２．６２５ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １００２－ ９８７７（ ２００７） ０２－ ０００４－ ０４
在分解带， 当气流处于还原状况时， ＣａＳＯ４ 与 Ｃ 作用， 生成 ＣａＯ 和 ＳＯ２。
在分解炉， 物料温度超过 ９００℃时， ＣａＣＯ３ 分解生 成 ＣａＯ 和 ＣＯ２， 此时分解炉内燃料燃烧所生成的 ＳＯ２ 几乎全部被 ＣａＯ 吸收， 生成 ＣａＳＯ４ 并随物料经最低 级预热器由窑尾喂料室进入窑内。
图 ３ 不同氧含量下生料中的 ＳＯ２ 释放量
硫的挥发系数随窑内局部炭（ Ｃ） 的存在而增加， 在窑的过渡带， 当窑内呈现不完全燃烧时， 部分煤粉 落至物料面上， 此时， 物料内的硫酸碱盐和 ＣａＳＯ４ 与 Ｃ 作用生成 ＳＯ２， 其方程式如下：
Ｋ２ＳＯ４＋Ｃ→Ｋ２Ｏ＋ＳＯ２＋ＣＯ ＣａＳＯ４＋Ｃ→ＣａＯ＋ＳＯ２＋ＣＯ 上述反应是吸热反应， 大量反应对窑内热量平衡 有较大影响。 除此之外， 硫的挥发系数还随物料温度的增加及 高温下的停留时间的增加而增加。
不同煤粉煅烧时熟料的 ＳＯ３ 含量见表 ２。
表 ２ 不同煤粉煅烧时熟料中的 ＳＯ３ 含量
ｇ／ｋｇ
原用煤粉
煤粉试样 １
煤粉试样 ２
煤粉试样 ３
１．７６
７．４５
１１．７３
８．４６
２００７．Ｎｏ．２
陈友德， 等： 硫含量较高的低挥发分煤在预分解窑系统内的煅烧
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３．３ 窑皮和沉积物 不同部位窑皮和沉积物的化学成分及硫碱比见
２ 生产中出现的问题
投料后， 熟料产量很快超 过 １ ０００ｔ／ｄ， 生产正常 。
煤粉在窑内燃烧后， 所含的硫全部进入熟料中。
单位熟料中 ＳＯ３ 含量（ ｇ／ｋｇ） 计算公式如下：
ＳＯ３＝Ａ×Ｂ１ ×１０Ｃ×２．５
式中：
Ａ— ——烧成热耗， ｋＪ／ｋｇ；
Ｂ— ——煤粉热值， ｋＪ／ｋｇ；
Ｃ— ——燃料中的 Ｓ 含量， ％。
过渡带 ０．８２４ ３．０９ １．５２ １．３４ ２２．０４ ４．３０ ２．８３ ５８．９４ ２．８７ ２．３５ ０．１８ ５．０１ ０．４４２ ２．８５
三次风管 １．１１８ ２．７０ １．６３ １．３０ １３．００ ２．９８ １．８３ ４６．２８ ２．６９ ３．１４ ０．３７ １８．４１ ０．０８１ ６．０２
５ 含硫燃料对熟料质量的影响
含硫燃料煅烧熟料时， 部分硫与碱生成硫酸碱化 合物， 过剩的硫则与 ＣａＯ 生成 ＣａＳＯ４， ＣａＳＯ４ 的熔融 温度一般低于 １ ４００℃， 多数 ＣａＳＯ４ 的复合盐其熔融 温度低于此温度， 因此易生成液相， 熟料易于煅烧。国 内外的一些研究单位对用 ＣａＳＯ４ 作助熔剂 煅烧熟料 进行了研究， 发现熟料中 ＳＯ３ 含量在 ４％～６％时， 熟料 煅烧温度和热耗下降， 水泥性能有所改善， 强度可超 过相应普通水泥的 ３０％； 但当 ＳＯ３ 含量超过 ７％时， 则可能引起残余石膏膨胀， 使水泥强度剧降。
国 内 某 公 司 １ ０００ｔ／ｄ 熟 料 预 分 解 窑 生 产 线 投 产 后， 熟料的平均产量为 １ ０５０ｔ／ｄ 左右， 生产较为正常。 随着原煤价格上涨， 为降低成本， 工厂采购了一批当 地煤矿供应的挥发分仅为 １０％左右的燃煤， 其灰分 超过 ２７％， 全硫含量为 ２．５０％～３．５０％。为保证正常稳 定生产， 公司委托我院解决此类燃煤煅烧水泥熟料的 技术问题。现将有关生产情况介绍如下， 供遇到有关 类似情况的企业参考。
生料的碱、硫和氯含量较为均匀， 其中： Ｋ２Ｏ 为 ０．５６％， Ｎａ２Ｏ 为 ０．１０％， ＳＯ３ 为 ０．１２％， Ｃｌ－ 为 ０．０１４％。 ３．２ 入窑煤粉
水泥熟料生产所用燃煤一般要求硫含量低于 ２．００％， 设计要求控制煤粉硫含量不超过 ２．００％， 故对 煤粉进行了采样分析。结果表明， 生产所用煤粉的硫 含量均超过 ２％， 煤粉的工业分析见表 １。
系统部位
烧成带和 过渡带
分解带
ＳＯ２ 生成反应
燃料内所含的 Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２
硫酸盐
氧
化
物＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
燃料内所含的 Ｓ＋Ｏ２→ＳＯ２ ＣａＳＯ４＋Ｃ ＣａＯ＋ＳＯ２＋ＣＯ
ＳＯ２ 吸收反应
Ｎａ２Ｏ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｋ２Ｏ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
ＣａＯ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｎａ２ＳＯ４ Ｋ２ＳＯ４ ＣａＳＯ４
过剩 ＳＯ３＝总 ＳＯ３－ ０．８５Ｋ２Ｏ－ ０．６５Ｎａ２Ｏ 硫的挥发系数 （ ε） 随窑气中氧含量的增加而降
低。窑内硫的挥发主要来自 ＣａＳＯ４， 其受热分解方程 式如下：
ＣａＳＯ４
ＣａＯ＋ＳＯ２＋
１ ２
Ｏ２
Ｋ＝ ［ＣａＯ］［（ＳＯ２］!［Ｏ２］ ［ＣａＳＯ４］
温度一定时 ， Ｋ 为常数， 当 Ｏ２ 含 量增加时 ， 物 料 中的 ＣａＯ 和 ＳＯ２ 含量减少， ＣａＳＯ４ 含量增加， 挥发系 数 ε下降。当Ｏ２ 含量降低时， 物料中的 ＣａＯ 和 ＳＯ２ 含 量增加， ＣａＳＯ４ 减少， 挥发系数 ε增加。实验室对不同 氧含量下 ＳＯ２ 挥发量进行的试验也证实了此过程（ 见 图 ３） 。通常认为 ４％ 的 Ｏ２ 含量是抑制热生料中 ＳＯ２ 的挥发的关键点。
４ 结皮成因分析
４．１ 煤粉灰分沉降 窑头煤wenku.baidu.com燃烧时， 所含的灰分随气流至窑尾沉
降。若煤粉燃烧不完全， 含有炭颗粒的煤灰分沉降在 窑的过渡带后端， 在高温的物料内继续燃烧， 形成局 部高温， 致使部分物料出现液相， 黏附在耐火砖表面 上形成窑皮。不完全燃烧的煤粉颗粒愈多， 煤粉内所 含的灰分量愈大， 结厚窑皮的情况愈严重。减缓的措 施是在煤粉制备时， 根据挥发分的含量来控制煤粉细 度， 以保证煤粉完全燃烧。此外， 在生产时， 尽可能提 高入窑的二次风温， 调节好多风道燃烧器的内外风， 促使煤粉完全燃烧， 使灰分均匀地沉降， 避免物料过 早地出现液相而结后窑皮。 ４．２ 水泥回转窑内硫循环 ４．２．１ 烧成系统内硫的化学反应
消除和减缓结长厚窑皮的重要措施是一方面减
少原燃料中硫的含量； 另一面是减少窑内硫酸盐的挥
发量， 也就是降低硫的挥发系数（ ε） 。硫的挥发系数
（ ε） 与物料中硫碱比值和窑的操作条件有关。
硫碱比的数值愈高， 则挥发系数也愈高。硫碱比
指的是物料中所含的 ＳＯ３ 和 Ｋ２Ｏ 与 Ｎａ２Ｏ 之间的克分 子比值， 若是物料中的 ＳＯ３ 含量低， 意味 着所有的 ＳＯ３ 均与碱的 氧 化 物 生 成 不 易 挥 发 和 分 解 的 硫 酸 碱 盐； 若是物料中 ＳＯ３ 含量过高， 意味着生 成硫酸碱盐 后， 剩余的 ＳＯ３ 则与 ＣａＯ 生成易挥发分解的无水石 膏（ ＣａＳＯ４） 。硫碱比愈高， 则生成的 ＣａＳＯ４ 愈多， 挥发 系数 ε也愈高。过剩 ＳＯ３ 的计算公式如下：
ＣａＯ＋ＳＯ２ ＣａＳＯ３
ＣａＳＯ３＋
１ ２
Ｏ２
ＣａＳＯ４
４．２．２ 回转窑内硫结皮的成因 煤粉含硫过高时， 在窑内过渡带生成的长窑皮主
要过程是： 燃料燃烧时所生成的 ＳＯ２ 与碱性氧化物或
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水泥 ＣＥＭＥＮＴ
２００７．Ｎｏ．２
ＣａＯ 作用生成硫酸盐， 在还原状况下此类硫酸盐分解 再次生成 ＳＯ２， 其又与碱性氧化物或 ＣａＯ 反应生成硫 酸盐， 从而形成硫的循环。所生成的硫酸盐可能形成 几种复硫酸盐， 其熔融温度较低（ ６００～９００℃） 。上述硫 酸盐的液相与物料夹杂在一起， 黏附在耐火砖表面 上， 形成窑皮， 黏附的物料愈多， 则窑皮愈厚， 物料中 硫的挥发系数愈高， 则硫的挥发量也愈多， 所生成的 硫酸盐也愈易集中在某一部位， 因而窑皮也愈厚。 ４．２．３ 硫的挥发系数（ ε）
硫不但影响着熟料的水化、硬化过程， 而且还在 煅烧过程中影响着熟料的结构。进入熟料中的硫对矿 物的形成有促进作用， 它能降低液相黏度， 增加液相 量， 有利于 Ｃ３Ｓ 生成。另外， 硫可形成 ２Ｃ２Ｓ·ＣａＳＯ４ 及
无水硫铝酸钙 ４ＣａＯ·３Ａｌ２Ｏ３·ＳＯ３ （ Ｃ４Ａ３Ｓ ） ， Ｃ４Ａ３Ｓ 是一 种早强矿物， 有利于 ３ｄ 强度的提高， 而 ２Ｃ２Ｓ·ＣａＳＯ４ 则对煅烧过程不利。
但在 ２～３ｄ 后， 窑内过渡带后部开始结长窑皮， 且非常 迅速， 影响窑内通风， 当窑皮长到一定厚度时只得停 窑清除。重新点火 ２～３ｄ 后， 长厚窑皮仍然出现， 严重 时， 月停窑次数超过 ７ 次， 影响了窑的正常生产。
３ 物料分析
上述现象具有规律性， 为分析其原因， 对原燃料 及系统内不同部位窑皮和沉积物进行了成分分析。 ３．１ 入窑生料
在回转窑烧成系统内， 燃煤中硫所形成的硫循环 的主要化学反应见表 ４。
表 ４ 烧成系统内硫的化学反应
在烧成带， 火焰温度约为 １ ８００～２ ４００℃， 煤粉燃 烧生成 ＳＯ２。在过渡带， 气流温度约 １ ４００～１ ６００℃， 燃 料燃烧所生成的 ＳＯ２ 与 １ ３００℃以上高温的各种碱性 氧化物和 ＣａＯ 作用生成硫酸盐， 如 Ｋ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４ 及 ＣａＳＯ４。此类化合物中的硫酸碱盐一般均较稳定， 不易 分解， 硫酸钙较易分解， 生成 ＳＯ２。
注： 工厂提供的数据。由于过渡带很短， 分解带的取样点有可能是过渡带后部位置。
从 表 １ 看 出 ， 煤 挥 发 分 从 原 来 的 ３０％ 下 降 到 １０％～１２％， 灰分从原来的 １７％上升到 ２５％～２８％， 热 值变化不大， 而硫含量变化较大， 从＜ ０．５０％上升至 ２．２３％～３．２５％， 此数值超过＜ ２．００％的设 计要求， 硫 碱 比较高。此外， 从不同部位窑皮和沉积物的化学成分 来看， 在分解带的 ＳＯ３ 含量高达 １７．１８％， 其硫碱比为 １３．９４； 而从过渡带窑皮和三次风管沉积物来看， 物料 中 ＳＯ３ 含量分别为 ５．０１％和 １８．４１％， 硫碱比分别为 ２．８５ 和 ６．０２。
１ 烧成系统的主要装备
该 生 产 线 窑 尾 系 统 采 用 带 ＴＤＦ 炉 （ 内 径 为 Φ４ ５００ｍｍ） 的 五 级 旋 风 预 热 器 系 统 （ Ｃ５ 内 径 为 Φ５ ４００ｍｍ） ， 为 煅烧低挥发 分煤， 在窑尾 塔架旁 增 设 了流态化预 燃炉与原 有的 ＴＤＦ 分解炉 串 联 使 用 ， 工 艺流程见图 １。
表 ３。硫碱比参照国外公司扣除 Ｃｌ－ 影响的公式计算：
ＳＯ３
硫碱比：
８０
计算。
Ｎａ２Ｏ ＋ Ｋ２Ｏ － Ｃｌ
６２ ９４ ７１
表 ３ 不同部位窑皮和沉积物的化学成分及硫碱比
率值
化 学 成 分／％
取样点
ＫＨ
ＳＭ
ＡＭ
Ｌｏｓｓ
ＳｉＯ２
Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ３
ＣａＯ
ＭｇＯ
Ｋ２Ｏ
Ｎａ２Ｏ
ＳＯ３
硫碱比 Ｃｌ－
分解带 ０．８７６ ２．５８ １．４１ ４．５４ １６．４５ ３．７４ ２．６５ ４７．４４ ３．２４ ４．３０ ０．１８ １７．１８ ２．３６０ １３．９４
表 １ 煤粉工业分析
样品
Ａａｄ ／％
Ｖａｄ ／％
Ｑｎｅｔ，ａｄ ／（ ｋＪ／ｋｇ）
Ｓ／％
原用煤粉
１７．０５
３１．１５
２３ ７９０
＜ ０．５０
煤粉试样 １ ２１．７８
１０．３５
２６ ５１０
２．３３
煤粉试样 ２ ２８．６３
１１．１３
２３ ３７０
３．２５
煤粉试样 ３ ２５．５０
１０．８８
２５ ０００
２．５０
图１ 改造后烧成系统工艺流程
窑规格为 Φ３．２ｍ×５０ｍ， 设计熟料产量 １ ０００ｔ／ｄ， 窑 头 采 用 我 院 设 计 的 冲 量＞１ ０００％·ｍ／ｓ 的 三 风 道 燃 烧器， 加大了一次空气的动量和旋流角度， 强化了煤 粉与高温的二次空气混合， 有利于煤粉的燃烧。
篦冷机采用 ＴＣ８３６ 可控气流篦冷机， 进料口部 位的一、二室为充气梁可控气流篦板， 可控气流的通 风单元面积远低于一室的通风面积， 冷风易于均匀地 透过高温熟料层， 使高温熟料得以较好的冷却， 提高 了入窑二次风和入炉三次风的风温， 风温的提高则有 利于煤的燃烧。
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水泥 ＣＥＭＥＮＴ
２００７．Ｎｏ．２
硫含量较高的低挥发分煤在预分解窑系统内的煅烧
陈友德， 沈序辉， 倪祥平， 白 波 （ 天津水泥工业设计研究院， 天津 ３００４００）
中图分类号： ＴＱ１７２．６２２．２６； ＴＱ１７２．６２５ 文献标识码： Ｂ 文章编号： １００２－ ９８７７（ ２００７） ０２－ ０００４－ ０４
在分解带， 当气流处于还原状况时， ＣａＳＯ４ 与 Ｃ 作用， 生成 ＣａＯ 和 ＳＯ２。
在分解炉， 物料温度超过 ９００℃时， ＣａＣＯ３ 分解生 成 ＣａＯ 和 ＣＯ２， 此时分解炉内燃料燃烧所生成的 ＳＯ２ 几乎全部被 ＣａＯ 吸收， 生成 ＣａＳＯ４ 并随物料经最低 级预热器由窑尾喂料室进入窑内。
图 ３ 不同氧含量下生料中的 ＳＯ２ 释放量
硫的挥发系数随窑内局部炭（ Ｃ） 的存在而增加， 在窑的过渡带， 当窑内呈现不完全燃烧时， 部分煤粉 落至物料面上， 此时， 物料内的硫酸碱盐和 ＣａＳＯ４ 与 Ｃ 作用生成 ＳＯ２， 其方程式如下：
Ｋ２ＳＯ４＋Ｃ→Ｋ２Ｏ＋ＳＯ２＋ＣＯ ＣａＳＯ４＋Ｃ→ＣａＯ＋ＳＯ２＋ＣＯ 上述反应是吸热反应， 大量反应对窑内热量平衡 有较大影响。 除此之外， 硫的挥发系数还随物料温度的增加及 高温下的停留时间的增加而增加。
不同煤粉煅烧时熟料的 ＳＯ３ 含量见表 ２。
表 ２ 不同煤粉煅烧时熟料中的 ＳＯ３ 含量
ｇ／ｋｇ
原用煤粉
煤粉试样 １
煤粉试样 ２
煤粉试样 ３
１．７６
７．４５
１１．７３
８．４６
２００７．Ｎｏ．２
陈友德， 等： 硫含量较高的低挥发分煤在预分解窑系统内的煅烧
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３．３ 窑皮和沉积物 不同部位窑皮和沉积物的化学成分及硫碱比见
２ 生产中出现的问题
投料后， 熟料产量很快超 过 １ ０００ｔ／ｄ， 生产正常 。
煤粉在窑内燃烧后， 所含的硫全部进入熟料中。
单位熟料中 ＳＯ３ 含量（ ｇ／ｋｇ） 计算公式如下：
ＳＯ３＝Ａ×Ｂ１ ×１０Ｃ×２．５
式中：
Ａ— ——烧成热耗， ｋＪ／ｋｇ；
Ｂ— ——煤粉热值， ｋＪ／ｋｇ；
Ｃ— ——燃料中的 Ｓ 含量， ％。