1980年的文章-关于挥发性物质、煅烧气氛等
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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。
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偶尔看到了
1980年
第7届ICCC会议上的一篇文章[S.Sprung. Effect of the Burning Process on the Formation and Properties of the Clinker]，现将其中关于挥发性物质、煅烧气氛等描述进行摘译，供大家参考。虽然文章是40年前的，但仍然有借鉴意义。[]内的话是我加入的，供大家参考。
生料在流动过程中会和烟气逆向接触，这些烟气不仅含有N2、CO2、水蒸气、O2等，还含有粉尘、其它气态或蒸汽化合物。
气体中还含有碱、硫、氯和氟化合物
，来源于原燃料组分的蒸发和离解(dissociated)。当这些物质和入窑生料反应或者再次冷凝到窑内较冷的位置，就形成了
内部的循环
。
外部的循环
指的是将电收尘收集的含有这些挥发性物质的灰再次加入到生料中，并喂入窑内。如果
不
把这部分灰加入窑内，外部循环就会终止
。
在1971年VDZ大会上综述了窑内挥发性组分的反应情况。最重要的论述是，
碱和硫主要结合为硫酸碱，并存在于熟料和粉尘中
。因此当碱和硫化学计量相匹配时，SO2排放将会比较低[考虑当时的窑型主要是湿法窑、干法窑、立波尔窑、预热器窑等，由于硫酸碱分解形成SO2的量可能会比较可观，对于预分解窑这个结论则不成立]。当硫过剩或者煅烧中出现还原气氛，将会导致更高的SO2排放。这和R.Frankenberger研究等一致，
过剩硫还会促进灰硅钙石spurrite[C2S·CaSO4]结皮的形成。
和挥发性较小的硫酸碱相反，
氯化碱更容易挥发
。只有少量的氯化碱会存在于熟料中。
熟料中氯含量平均为大约0.01%。对于液相含量较高的熟料，熟料氯含量可能最高达到0.03%
。因此氯化碱会通过内部循环形成结皮，必要的时候需要旁路放风移除。对于预热器窑的研究表明，
当生料氯含量超过0.015%，K2O含量超过2%，就需要旁路放风
[当时替代燃料用的并不多]。
入窑[热生料]氯含量可能会达到1%-2%[应该是针对预热器窑]，如此高的氯富集容易导致
下部预热器结皮和回转窑内结圈的形成
。对于立式预热器，研究表明即使碱含量达到2%，氯含量是预热器窑五倍多，结皮风险也很小。
在这些研究中，氯化碱的输出<输入，这表明部分KCl随烟气排放了
。
氯化物的排放效果类似于旁路放风，因为其阻止了循环。
这和后来P.Rosner等研究一致，该研究发现即使生料氯含量达到了0.05%，入窑热生料中氯含量也不高于1%-2%，允许窑稳定运行[不知道其窑型如何，但氯化物排放走，也会变相减小循环]
与和硫反应相反，
回转窑内氯和水蒸气会增加碱的挥发性。
因此，通过增加氯，可能会增加碱的挥发，从而通过旁路放风来移除碱，并减小熟料的碱含量。R.Bohmann测试了该方法，但发现
增加CaCl2，会导致相对高的运行成本
；除此，旁路放风的氯化碱会降低电收尘的效率，增加粉尘排放[应该指的是旁路放风电收尘]。
降低熟料中碱含量的其它方式从技术角度更容易实现，这就是将窑系统产生的碱含量较高的粉尘全部移除。特殊情况下，可将全部烟气不与生料接触（100%旁路）。
水泥中少量的碱和硫酸碱导致28d强度有所增加。[这和目前普遍的认知相反，不过作者表述含量时用了minor，不知道minor到底指多少？]
除了碱、硫和氯外，氟和一些重金属也会发生循环。
发现大部分的氟化物会结合到熟料中，气态氟化物并没有排出，排出的氟化物主要是以CaF2形式存在于粉尘中的
。
重金属存在于生料和燃料中，但含量较小。通过使用替代燃料，更多的重金属被喂入窑系统。目前，仅有铅和锌在窑内的反应得到了研究。表明，根据窑系统，
80%-95%的Zi结合在熟料中，5%-20%结合在粉尘中
。Pb在熟料中结合比例相对较少，表明其内部循环会增加，当氯含量较高时，该现象更为明显。
经验表明，为了保证熟料质量其煅烧需要氧化气氛，特别是在烧成带和冷却带。不能通过简单的方法来控制烧成带的氧气含量。
1%-2%的
烟室氧气含量通常并不能保证烧成带没有还原条件。
烧成带还原条件主要取决于火焰形状、燃料雾化[液态燃料]、
和生料接触前
燃料完全燃烧。
Sylla在实验室系统研究了1450℃，30分钟下，在空气、CO2和CO气氛下煅烧熟料。还原气氛下煅烧的熟料最明显特点就是黄心（brown color）。然而，
只有在熟料缓慢冷却到1200℃以及还原气氛下，才会出现黄心现象
。还原气氛及较慢冷却煅烧的
熟料凝结时间较短，同时终期强度显著偏低
，早期强度的影响则没有那么明显。
快速凝结的原因是熟料中更高的C3A含量
，原因是部分铁被还原，这部分铁不能形成C4AF，从而导致铝更多结合到C3A中。强度的损害则主要是由于在煅烧中，二价铁占据了C3S的晶格，导致其不稳定。在1450-1200℃范围内，熟料的缓慢冷却加剧了C3A含量增加、C3S含量降低的现象。
结论就是，在正常生产条件下，熟料质量并不会受到损坏。
偶尔出现的还原煅烧条件，同时出现窑内冷却带长，即熟料不能快速冷却，才会影响熟料性质。
40年前的研究已经非常深入了，现在的研究如果没有新的工具和方法，自然不会有新的结果；
每个时代的研究应该为那个时代的使命服务
，目前的使命就是碳减排。
一些厂家使用替代燃料后，出现了窑尾漏料现象，
主要原因就是窑后圈的形成，氯化碱可能是结圈的主要成分
；如果能增加氯化物的排放，其效果就相当于旁路放风，但如何增加氯化物的排放呢？教科书上出现的一些数据可能最早来源于这个阶段的研究，比如入窑生料氯含量不超过0.015%。
煅烧气氛的描述让我想起了之前遇到的一个案例，该厂
熟料凝结时间变短；熟料出现黄心料，这样看来这两个现象是互相关联的
；通过烟室O2含量，甚至CO含量有时并不能判断窑内，尤其是烧成带气氛，SO2含量的在线检测非常重要；单纯的还原气氛通常并不会导致黄心料，
通常只有还原气氛+冷却较慢（除了单纯的冷却外，还有更加致密的熟料颗粒，影响空气扩散到颗粒内部）才会导致黄心料
。
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