氯对水泥熟料煅烧的影响（下）

陈友德，罗占仁，申毅，赵艳妍，林莉，韩艳梅



氯对水泥熟料煅烧的影响（下）

Effect of Chlorine on Clinker Burning（Ⅱ）

陈友德1，罗占仁2，申毅3，赵艳妍1，林莉1，韩艳梅1

通讯地址：1天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400；2河北燕新建材有限公司，河北廊坊065202；3天津水泥实业公司，天津300400

（接第一期）

3.2有机氯化物的结皮堵塞

有机氯化物形成的部位温度较低，在一些含氯量较高的烧成系统，在顶部低温的一级、二级预热器，有时会出现氯化物结皮堵塞，此外系统的高温风机、机壳内部表面积灰、风机叶片粘挂物料、袋收尘器内部也会出现物料堵塞。因温度低、粘度低，处置相对方便，而高温风机、收尘器因装备难于开启，长期运行产生的结皮堵塞处置较困难。

4氯化物对耐火衬体、金属部件的损坏

熟料煅烧过程中，氯化物对耐火衬体、金属部件产生腐蚀，而上述腐蚀往往与硫碱一起进行，致使金属损坏。

4.1对金属部件腐蚀

（1）低温腐蚀

露点以下的电化学反应：Cl2、SO2等气体在水气存在的条件下，与水作用生成酸性气体，在露点以下，生成的酸性气体形成不同浓度的酸溶液，酸溶液与金属作用生成盐，致使金属腐蚀，反应方程式如下：

Fe+Cl2→FeCl2（5）

（2）高温腐蚀

系统内温度＜500℃，Cl2和HCl对金属铁和氧化铁产生腐蚀，反应方程式为：

Fe+Cl2→FeCl2（5）

Fe2O3+4HCl→2FeCl2+2H2O+O2（6）

当温度＞500℃时，碱氯化合物和硫酸盐的低熔点共熔体对铁、铬、镍及其氧化物产生腐蚀，由于反应方程式较为复杂，不予罗列。值得注意的是，近年来的资料称：Cl2与高铬钢中的Cr起化学反应，生成CrCl3，造成高铬钢损坏。

4.2对耐火材料的损坏

有机氯化物因温度低，对耐火材料损坏较少。无机氯化物熔融温度一般＜900℃，对耐火材料有所腐蚀，但程度较轻。而这些损坏是与碱、硫结合在一起进行的，腐蚀损坏情况与碱硫比的比值有关，可通过碱硫比的比值来判断，限于篇幅，从简。

其中，ASR为碱硫比。

表7　硫碱比比值

5减缓氯对熟料煅烧及装备影响的措施

5.1减缓熟料煅烧影响的措施

（1）减少入窑原燃料中的氯、硫、碱含量

氯对熟料煅烧和装备损坏的影响均与碱、硫结合在一起，减缓的措施是尽可能减少进入系统的生料和燃料中的氯、硫、碱等有害物的含量，一些公司均制定了控制值：

德国KHD、Polysius公司和我国的一些设计公司采用控制生料、燃料中碱、氯、硫的含量的方法，控制值为：

碱：K2O+Na2O<1%（8）

氯：Cl＜0.015%～0.020%（9）

硫：生料和燃料的硫碱比

（2）合适的硫、碱比

为控制结皮，在生料和燃料设计时，尽量考虑合适的硫碱比，比值一般为0.8～1.2。当硫碱比为1时，所有的硫、氯化物均与碱生成不易挥发的硫酸盐（K2SO4、Na2SO4）和氯化物（KCl、NaCl），这些化合物将存在于窑料中，挥发温度高于熟料煅烧温度的化合物作为熟料成分，挥发温度低于熟料煅烧温度的化合物则产生循环；而当硫碱比在0.8～1.2范围以外时，则会出现游离硫和游离碱，存在于窑气内随窑气运行，与其他元素生成一些低熔融温度化合物，如化合物中的KCl、NaCl的熔融温度分别为772℃、801℃，此类化合物中两种或两种以上的化合物的熔融温度更低，当与窑料中的C2S、2C2S、CaCO3或2C2S·CaSO4在一起时，会在预热器系统内结皮堵塞，所结的皮一般较疏松也好清理。在温度较高的进料室等部位，硫化物、氯化物与灰硅钙石（2C2S·CaCO4）、钙明矾石（2CaSO4·K2SO4）、C2S、硫灰硅钙石（2C2S· CaSO4）、MgO和11CaO·7Al2O3·CaCl2等窑料在一起，此类物料结皮较致密，很难清理。

（3）控制窑内烟气气氛，保持窑内足够的氧含量

图5表明，热料中的Cl富集量与SO3含量对结皮有直接关系，通过控制窑内烟气气氛，避免和减少窑料中硫酸盐分解，将热窑料中的硫酸盐固定在熟料内排至窑外，必将减少窑尾烟气和热料中SO3含量，相应减缓了结皮结圈的条件，减少结皮、结圈。

（4）控制原燃料均化

为避免原燃料内氯、硫、碱成分不匀，造成熟料煅烧的工艺操作变化，应尽量做好原燃料均化，有利于熟料煅烧。

（5）旁路放风

原文有三层意思，“稳是大局”，“要稳增长、保就业、防风险”，和“要守住底线”。首先，“稳是大局”是整句话的总说，是后面内容的总概括，因此可以单独译为一句。“稳增长、保就业、防风险”是排比句式，在内容上更为紧凑，所以也应该单独译为一句。“守住金融、民生和环保等方面的底线，才能确保经济社会稳定”也表达了一个完整的意思。所以汉语长句可以分译为三个英语句子。分译法也是从读者角度出发，以读者理解为前提的翻译方法。在进行汉英翻译的时候，将长句根据意思层次划分为若干短句，再译为对应的英语，更易于读者理解，这也符合目的论的目的原则。

若原燃料中氯含量过高，在长期的熟料煅烧过程中必然富集，从而造成严重的结皮堵塞，只有设置旁路放风排氯，将系统内的氯含量控制在正常的生产范围内，才能保持连续生产。

早期的预热器、预分解窑系统设置旁路放风时，放风均从窑尾进料室抽取。大致情况是，氯富集量高，2% ～5%的窑尾烟气放风就能打破系统氯循环，而钾或硫在系统内富集3～5倍，高温时约65%以上挥发或随熟料离窑，因而需要15%～30%的窑气放风，才能打破系统内硫、碱循环，而碱循环，钠富集仅2倍。高温时20%～30%挥发则需＞50%的窑尾烟气放风，才能打破系统内的碱循环。放风损失的热量大致是，一般1%的窑尾烟气放风，预热器窑热损失4.18 （3～4）kJ/kg·熟料，而预分解窑为4.18 （1.5～2）kJ/kg·熟料。

随着技术进步，人们认识到硫循环可通过窑内烟气氧化气氛将硫固定在熟料内离窑，从而减缓系统内硫循环的数量，相应减少硫的放风量。而碱循环可通过碱硫平衡来缓和，也可减缓碱循环，相应减少放风量，而氯因其化合物熔融温度处在预热器系统内，再加上协同处置塑料等工业废物将氯带入系统，可用少量放风排气来保持正常生产。

国外某水泥生产线生产过程中，熟料中的氯含量达到3.2%，硫含量为3.2%，出现了严重的结皮堵塞。为此设置了氯的放风措施，将熟料中的氯含量从3.2%降至0.4%，硫含量从3.2%降至2.2%。结皮、堵塞现象大幅下降，生产正常（图6）。

图6　结皮状况和减少措施

一家水泥公司在印度的一台预分解窑上进行了新型氯旁路放风的实践（图7）。从图7来看，旁路放风点从窑尾移至5级预热器出口，除冷却和收尘系统外，还设置了粗粉收尘装置。

其原因是：窑尾造成结皮堵塞的产物主要是硫碱化合物、氯碱化合物及其复合化合物，两种化合物的熔融温度不一致（表8）。

表8表明，硫化物的熔融温度较氯化物高得多，在同一个部位抽取烟气来排硫又排氯有一定的难度。

随着技术进步，分解炉进一步完善，入窑物料的温度和分解率逐步提高，窑尾进料室的烟气和物料温度已不适合放风排氯，一些专业公司将排氯抽风部位移至温度稍低的5级预热器烟气出口部位。

图7　除氯旁路放风工艺布置图

表8　硫氯化合物的熔融温度，℃

系统工艺流程是，从5级预热器出口抽热风，入混合室与冷风混合，冷却后的废气进入一台旋风收尘器收尘，将粗粉收下，带细颗粒的废气最终进入收尘器，将细颗粒收集后排至大气。

生产数据大致是：抽取的热风温度约850℃，风速4～6m/s，抽取量约5%～10%，混合室经冷风冷却后的废气温度约200℃以下，旋风筒收下的粉尘量约595kg/h，而收尘器收下的细颗粒含氯量约5.2%。改造后生产运行正常，没有出现碱氯结皮堵塞事故。

该设计公司的一篇文章介绍，从5级预热器进风口部位抽取的热风所收下的粉尘为石灰（碳酸钙分解后所生成的氧化钙），各条生产线原料中含氯量不一，粗颗粒视其成分后进行处置。

5.2减缓氯对装备和耐火材料损坏的措施

5.2.1减缓无机氯化物对装备损坏的措施

（1）减缓化学腐蚀

a金属壳体热面（内表面）露点温度的合理选择

长期以来，水泥熟料煅烧常规的原燃料中，硫氯的含量均不高，水汽露点在45～65℃之间。在设计中，筒体内表面温度选用65℃，以保持烧成系统内烟气不结露。随着燃料中氯、硫含量的增加，筒体内表面温度提高至70℃以上（图8）。

在氯硫严重侵蚀的部位，露点温度接近180℃，筒体温度过高，将增加筒体散热损失，建议生产厂家结合所用的原燃料状况，采用符合烟气不结露的温度，也就是适当提高筒体内表面温度，避免氯对金属的腐蚀。

图8　常规原燃料筒体内表面温度

b合理选用含铬金属

氯对铬能起化学反应，在高含氯的原燃料生产线上，如预热器内筒，应尽量选用满足工况温度、含铬量低的高温钢，可选用金属陶瓷。

5.2.2减缓有机氯化物对装备损坏的措施

有机氯化物熔融温度低，在低温部位富集，对金属及耐火材料损坏不多，但堵塞影响烟气和物料流通，影响系统通风，造成还原气氛，致使熟料产、质量降低，不利生产，解决的途径是加强装备检查，及时清理。此外在收尘袋上，也可选用抗氯侵蚀的材质。

5.3减缓对耐火材料损坏的措施

氯呈酸性且所在的部位温度低，所设置的耐火材料宜选适用于酸性烟气和物料的酸性耐火材料。在低温部位选用含Al2O3低及SiO2含量稍高的耐火材料；在较高温度部位，选用SiC耐火材料。上述材料遇碱性的钾、钠后，表面会生成一层玻璃状保护层，阻止氯化物侵蚀，延长耐火材料的使用周期。

6　结语

氯广泛地存在于原燃料中，常规的原燃料生产线因氯含量低对生产的影响不大，但对少量原料中含氯较高的生产线确有较大影响，随着工业废弃物作代用燃料的增加及环保要求进一步严格，氯对水泥熟料煅烧及废气排放必然会产生影响，应引起人们重视。

［1］陈友德.水泥预分解窑工艺与耐火材料技术［M］.北京：化学工业出版社，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文献标识码：A

1001-6171（2016）02-0025-03

2015-11-24；编辑：吕光