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水泥厂脱硫技术的研究
2018-05-22 16:48:00 来源:本站 浏览:442

我国是以燃煤为主的能源结构的国家,煤产量已居世界第一位。煤炭占一次能源消费总量的75%左右。燃煤造成的大气污染有粉尘、SO2NOX(氮氧化物)和CO2等,随着煤炭消费的不断增长,其中燃煤排放的SO2连续多年超过2000万吨,已居世界首位,致使我国酸雨和SO2污染日趋严重。

《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915-2013)规定,新建生产企业自201431日起及现有企业自201571日起,水泥窑及窑尾余热利用系统的SO2排放限值为200mg/Nm3(折算到烟气中O2含量10%状态下的排放浓度);重点地区企业执行SO2特别排放限值100mg/Nm3。执行特别排放限值的时间和地域范围由国务院环境保护行政主管部门或省级人民政府规定。这对于处于规定区域的水泥生产线提出了更高的要求。然而,水泥行业的脱硫是一个复杂的系统工程,其运行效率和运行成本的高低直接影响到生产的稳定和水泥企业的经济效益。从生产的全过程出发,采取各种可能的措施降低SO2的排放,并降低实际脱硫的成本是符合水泥行业具体特点及发展方向的。

水泥生产线降低SO2排放的措施有很多,主要分为三类,在水泥生产的煅烧前、煅烧过程以及煅烧后均可以采取措施控制SO2的排放。煅烧前可采取的措施包括使用含硫量低的原、燃料,从源头控制SO2进入系统;煅烧中控制可以通过调整配料、煅烧制度、掺入脱硫剂等措施控制SO2的排放;煅烧后控制主要包括干法、半干法、湿法等烟气脱硫技术。

1        水泥厂SO2排放的机理

水泥窑系统中的硫是由原料和燃料带入的。原料带入的硫主要以难挥发的硫酸盐、中等挥发性的亚硫酸盐和易挥发的硫化物的形式存在,单质硫可以忽略不计。

硫酸盐在高温下是稳定的,原料中存在的硫酸盐大体上都会进入窑系统,最后随熟料一起排出,这部分硫一般不会引起烟气中SO2排放超标。

硫化物主要以FeS2型式存在于黄铁矿或亚稳定的白铁矿物中,在悬浮预热器的条件下,于370420℃(对应于C1C2级预热器)氧化成SO2并释放出来;亚硫酸盐在500600℃(对应于C2级预热器)之间不均衡地转化为硫化物和硫酸盐。总体来讲可以认定硫化物和亚硫酸盐都会分解。上述两种情况下生成的SO2会随废气一道从预热器排出。如果废气用于烘干原料,则SO2在原料磨中进一步被吸收。但是需要指出的是:在温度低于600℃的情况下,CaCO3SO2的吸收效率要远低于CaO。生料中的CaCO3在预热器中最上面两级中几乎没有分解,且仅有很少量的CaO被烟气从高温部分带上去,因此SO2在最上面两级的吸收率很低。再加上此时湿度较低以及排放前的停留时间较短,SO2排放浓度可能很高。这是原料中带入的硫引起的SO2排放超标的主要原因。

燃料中的硫的存在形式和原料中的一样,有硫化物、硫酸盐还有有机硫。燃料在分解炉和回转窑燃烧,由于在分解炉内大量生成的高活性CaO,同时分解炉的温度(800~1100℃)正是太阳亚洲娱乐网站反应发生的最佳范围,因此烧成带产生SO2的气体可以在分解炉被吸收或者在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。也就是说正常情况下燃料中的硫很少会影响到硫的排放,但是以下这些情况会例外:(1)燃料的燃烧是在还原状况下进行的;(2)生料易烧性很差,烧成带温度被提得很高;(3)硫碱比明显偏高。

总之,新型干法水泥生产过程中的SO2排放受原、燃料以及工艺制度的影响很大,尤其与原料中的硫化物的量密切相关,因此采用合适的脱硫措施并降低实际脱硫的成本对水泥行业尤为重要。

2        水泥行业脱硫的最佳可行技术

1. 

2.1    水泥生产过程控制硫排放的技术

2. 

众多因素影响着水泥生产线各工艺的脱硫效果,例如脱硫剂、含水量、反应面积和停留时间等。CaOCa(OH)2的脱硫效果优于CaCO3CaCO3在温度低于600℃的情况下,如果没有水的作用脱硫效果很差。与长窑相比,预热器窑和预分解窑中原料和气体在旋风筒和风管中的接触要充分的多,因此SO2排放量要低得多。关于SO2的治理,目前我国在水泥工业中只是采用在生产过程中尽量减少SO2的产生的方法。如窑磨一体运行和袋式除尘器减排二氧化硫;除了上述方法外,笔者认为还可以通过以下方法降低SO2排放:

1、尽可能少使用高S原、燃料,特别是辅助原料,或者高S原燃料与低S原燃料搭配使用;

2、生料配料控制硫碱比,确保SO3 / 1.2;使S固化到熟料中;

3、通过优化生料的组分和细度降低SO2挥发,因此生料配料要求良好的可烧性,如可以适当的降低率值或提高细度,降低烧成温度;

4、优化窑的操作,要求煅烧必须是氧化环境而且绝不过烧;窑尾O2含量控制在(23%)可以降低挥发组分再循环及结圈的几率。

上述脱硫方法属于通过调整生产工艺参数来控制SO2排放的措施,几乎不需要增加额外的脱硫成本,而且不会对生产有不利影响,在经济上最具有优势,但是通过上述方式脱硫的效果毕竟是有限的,对有的企业来说,原燃料的改变可能也不太现实,同时,上述方法脱硫效果的体现是建立在整个水泥窑系统良好运行的基础上,所以对技术人员的要求也较高。但总体来说,这些措施不失为一种良好的控制硫排放的手段,在实际运用中具有指导意义。

1. 

2.2    中温太阳亚洲娱乐网站技术

2. 

一般认为:太阳亚洲娱乐网站的最佳反应温度区间为850900℃。水泥窑中温太阳亚洲娱乐网站技术是根据水泥窑工艺特点,在400600℃中温区间实施脱硫的一项技术。其工艺流程是,从出分解炉管道中抽取一定比例(5%10%)的烟气直接接到FeS2转变温度的旋风筒出口,由于该烟气中热生料含有大量的活性CaO,通过控制CaO/SO2的摩尔比,可以达到一定的脱硫效率,该过程的主要化学反应为:

4FeS2+ 11O2→2Fe2O3+ 8SO2    1

 CaO+SO2+1/2O2→CaSO4           2

CaCO3+SO2+1/2O2→CaSO4+CO2    3

由方程式可以看出:由原料带入的挥发性硫化物(典型矿物FeS2)在预热器400600℃温度范围内分解出的SO2会被富含CaO的分解炉烟气吸收,吸收的SO2形成硫酸盐或亚硫酸盐又随生料或窑灰回到窑系统,随熟料排出。

中温太阳亚洲娱乐网站效率与气固接触时间,二氧化硫浓度、温度、CaO/SO2的摩尔比等因素有关,通过南京凯盛协同水泥厂开展的实验证明,中温太阳亚洲娱乐网站效率可以达到3050%,对水泥厂低浓度超标排放的SO2脱除,中温太阳亚洲娱乐网站结合水泥厂烧成系统的工艺参数优化可以满足水泥厂SO2排放要求,但是对于排放超过一定浓度(如SO2排放在800mg/Nm3以上)的熟料生产线,此方法可能无法完全解决SO2超标排放问题;同时,采用此方法时,不同原料粉磨系统,磨运行与否,都会引起最终排放的较大变化。但是此方法总的改造工程量少,投资较少,对于SO2排放不严重超标的水泥厂脱硫是比较适合的。

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