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不同位置的结皮物是什么?

时间:2023-03-12 来源: 浏览:

不同位置的结皮物是什么?

原创 cement wang 水泥窑炉与污染物减排
水泥窑炉与污染物减排

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水泥窑炉煅烧与污染物减排的背后原理,如何应用这些原理指导生产。近期重点介绍替代燃料相关知识。

收录于合集
#替代燃料 19
#水泥化学 2
随着替代燃料使用量越来越多,水泥生产中的产生的结皮必然会越来越多 。那么不同位置的结皮物是什么成分?有什么规律可循吗?
本文介绍一篇国外期刊上的文章“ Full-scale investigations of initial deposits formation in a cement plant co-fired with coal and SRF ”,翻译过来就是“对于烧煤和固体衍生燃料水泥厂初始沉积物形成的全面调研”。文章里面不仅研究了初始的沉积物(通过把一个钢管放到分解炉、预热器等不同部位,分析不同持续时间段下钢管上沉积的物料的成分),还研究了之前收集到的’成熟"结皮物(mature deposit)的成分。这里我们 主要看之前收集的不同位置的结皮物的成分。
作者是在 分解炉烧煤和SRF的时候收集的结皮 ,取结皮的位置包括: C5的中部(检修门)、C5下料管、分解炉中部、烟室中部和底部,同时也取了C5下料管和C4下料管的样品 。对这些样品进行了定量和定性分析,包括XRD、SEM-EDS、ICP等。与短期收集的沉积物相比,成熟的结皮物是非常密实、坚硬的。
作者对比了 不同位置结皮物的成分,如下图所示。不同颜色表示了不同的取样位置,淡绿色是C5中部和下料管、绿色是分解炉中部、深绿色是烟室、红色斜杠是C5和C4下料管生料。
可以看出, 1)不同位置样品化学成分的差距很大,尤其是Ca(10%-45%)、Cl(2%-25%) ,其中烟室结皮物的Ca含量是最大的,达到了45%; Cl含量最高的结皮物位于C5,最高达到了25% ,而烟室、C5、C4取样管的则相对较低; K含量的变化趋势和Cl相同,但是含量要小于Cl 。2)这表明 Cl的沉积主要发生在温度相对较低的部位,如C5、分解炉中部,其温度通常在870℃以内,由于烟室底部温度高,Cl的沉积相对较少 ;3)除了KCl外,还存在其它的氯化物,这是导致氯含量比钾高很多的原因。

由于ICP只能检测出元素的含量,作者进一步对样品进行了XRD的分析, 以辨别元素对应的矿物是什么 ,结果如下图。XRD主要辨别出了六种矿物,包括 CaCO3CaOCa(OH)2KClSiO2Ca5(SiO4)2CO3灰硅钙石 。不同矿物用不同数字进行了表示,不同位置结皮物画在了不同的图上,从上到下分别是C5中部和下料管、分解炉中部、烟室中部和底部、C5和C4样品。
可以看出, 所有结皮物中主要的矿物有三种,CaCO3KCl灰硅钙石 。1)C4样品中峰值最高的是CaCO3,即没有分解的生料;C5样品中峰值最高的是CaO; 2)KCl峰值波动较大,峰值最强的是分解炉和C5(中部和下料管),这和元素分析结果一致,表明由于这两个位置温度相对较低,导致了显著的KCl冷凝 ;3) 灰硅钙石存在于所有的结皮物中,其形成是由于在KCl作为矿化剂,长期高温的条件下,CaCO3和SiO2反应,或者CaO和SiO2、CO2反应形成 。Ca(OH)2的峰可能是由于样品在取样、储存中吸水,水化所致。

作者进一步基于C5下料管的成分对氯的平衡分布进行了模拟计算,如下图。可以看出, 在温度超过875℃后,KCl都是以气体成分存在;750-875℃之间,KCl大量以液体成分存在;低于750℃,KCl主要以固体形式存在 。由于 烟室气体温度>875℃,KCl将会完全以气体形式存在;在分解炉和C5,温度通常介于850-875℃,在靠近壁面附近局部温度将会更低,较低的温度促进了KCl(液态)沉积在颗粒、壁面上 ,除此, 液相的存在使得颗粒变得很黏,进一步促进了其黏附在壁面上。

总之, KCl在结皮的形成中非常重要,当有温差存在时,如高温烟气和冷的壁面(沉积物表面),挥发性组分(如KCl)和 小的颗粒(如小的生料颗粒)将会在热泳及冷凝作用下形成结皮物
[热泳: 是指由于温度梯度对颗粒产生的效应,它会造成颗粒从一个高温区移动至低温区 ]
还有一点, 这个研究里面C5热生料Cl含量为1.2%,C4为0.57%,C5的Cl含量较C4偏大,这和之前部分厂家测出来的结果可能有差异 具体C5中的氯多还是C4氯多可能取决于氯的具体含量、温度分布、和氯结合的K含量等因素,不能一概而论。
参考资料:Anne Juul Damø 等, Full-scale investigations of initial deposits formation in a cement plant co-fired with coal and SRF[J]. Fuel,344(2023) 128058. 

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