高固气比型预热预分解系统高温固硫物相及其形成机理研究

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1、西安建筑科技大学研究生学位论文选题报告学号研究生姓名杨康学院材料学院学科专业材料学攻读学位工学硕士导师姓名徐德龙院士嵇鹰副教授2010年12月16日18一、课题名称：高固气比型预热预分解系统高温固硫物相及其形成机理研究国家级科研项目省（部）级科研项目横向课题自选课题二、课题研究的目的意义（包括在我国应用的前景）、国内外研究现状及水平。1．课题研究的目的意义一直以来，水泥工业都被看作是资源、能源消耗高，污染严重的产业。但由于水泥工业本身独特的原料系统和生产工艺流程，又使其具有明显的废物利用的先天优势和节能减排的巨大潜力。要使得这些潜力得以

2、充分的发挥，从而实现生态水泥、循环经济和“四零一负”[1]的发展战略，采用先进的生产理论和工艺技术就显得尤为重要。徐德龙院士提出的高固气比悬浮预热预分解技术[2]（以下简称高固气比系统）理论在节能减排方面效果明显。本课题组张红波从固硫效率影响因素方面及系统中硫循环方面对高固气比系统二氧化硫减排特性进行了研究。其研究结果表明：高固气比系统的入窑热物料和熟料含硫量比普通型的高50%以上，特别是有害气体SO2的排放降低了80%[3]。本课题组周蕊进一步对高固气比系统的固硫效果及硫对熟料显微结构的影响机理进行了探讨，并通过分析不同含硫量水泥熟料

3、水化产物和水化热，研究了硫对水泥熟料水化产物及水化性能的影响[4]。但以上的研究都未对高固气比系统高温固硫物相及其形成的机理进行深入系统的探讨。因此本论文准备在这方面做更深入一步的工作，一来为了完善高固气比系统SO2减排效应理论。二来为高固气比系统利用高硫煤作燃料提供一定的理论依据。2．国内外研究现状及水平2.1对水泥生料自固硫行为及固硫效果的研究水泥工业的SO218排放主要由燃煤中硫化物和原料中的含硫物在一定温度下分解氧化而产生。但由于水泥生料以石灰石为主要原料，而石灰石（包括其分解的氧化钙）是目前脱硫技术的主要脱硫剂，因此水泥工业的

4、脱硫具有其先天的优势，在煅烧过程中产生的二氧化硫在同一过程中就被生料粉吸收而以硫酸钙（CaSO4）、硫酸盐（RSO4)的形式固定在水泥熟料中。谢峻林，邱小波等[5]通过实验研究发现：水泥生料自身有一定的固硫能力，且比单纯的CaCO3的固硫效果要好。水泥生料中有一定量的CaCO3、SiO2、Fe2O3、Al2O3、MgO等，应是很好的复合脱硫剂。在水泥预热预分解技术固硫过程中，一方面因生成硫酸盐使硫固定到热生料中；另一方面，在一定温度下硫酸盐又会发生分解使固硫效率降低，所以固硫过程实际上是硫酸盐的生成速率和分解速率之间相互竞争的过程。因此

5、在水泥工业中，原燃料的硫要稳固留在水泥熟料里，悬浮预热预分解系统中形成一定量的硫酸盐物质也非常关键。嵇鹰，张红波等[6]采用自配制的模拟烟气和工业现场选用的水泥生料，在悬浮电阻炉内进行固硫试验，研究了固气比、烟气流速、温度等对水泥生料固硫反应的影响，发现：固硫效率随固气比的增加而增加，呈非线性上升的趋势；在固气比一定的条件下，水泥生料的固硫效率随着温度的增加而增加，但在不同的温度段增加的幅度却大不相同；并对水泥生料固硫效率进行了正交试验，在试验条件范围内发现，温度和固气比对水泥生料的固硫效率影响最为显著。谢峻林，赵改菊等[7]通过设计水

6、泥生料的燃烧固硫试验，对水泥生料的固硫行为进行了研究，试验发现：水泥生料具有很好的固硫效果，1300℃时固硫效率仍在86%以上。可能是由于水泥生料中富含的SiO2、Al2O3与燃煤固硫过程中生成的部分CaO、CaSO4在高温下生成了耐高温的复合矿物Ca5（SiO4）2SO4、3CaO·3Al2O3·CaSO4，使固硫矿物不再以高温稳定性差的活性CaSO4形式存在；另一方面，硅酸盐化合物中固溶的SO3使其在高温下很容易产生强烈的熔融，与以玻璃态铁氧化物为主的耐热物相一起将固硫产物的表面包裹，抑制其高温分解，使得SOx的析出量减少，但也没有

7、得到确切的证明。有关资料研究表明，钙基固硫后的产物（主要是CaSO4）在高温下可以再与Si、Al的氧化物反应生成耐高温的复合矿物。谢峻林，赵改菊等[8]的研究表明，水泥生料在850℃～1350℃时有较高的固硫率，对不同煤种均存在一个最佳的固硫范围；复合矿物Ca5（SiO4）2SO4、3CaO·3Al2O3·CaSO4的形成及高温下硅酸盐矿物与铁相物质对CaSO4物相的包裹，决定了水泥生料在较宽温度范围内具有较好的固硫效果，但Ca5（SiO4）2SO4和3CaO·3Al2O3·CaSO418等复合矿物在1300℃以上温度又会分解，使水泥生

8、料的固硫效率下降。所以，高温段固硫物相的热稳定性是影响水泥生料固硫效率的决定因素。为进一步探索高温稳定的固硫产物的存在形式，国内外已经有部分学者开展了相关研究。2.2有关高温稳定物硫铝酸盐的研究大量研究资料