水泥生产的SO_2排放和立磨制备生料的脱硫作用_袁凤宇

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
Research & Application 应用研究
水泥生产的SO2排放和立磨 制备生料的脱硫作用
袁凤宇
(合肥水泥研究设计院,安徽 合肥 230051)
中图分类号:TQ172;X701 文献标识码:B 文章编号:1671-8321(2016)03-0073-03
工业生产中SO2过量地排入大气,使环境空气中SO2 浓度超标城市不断增多,严重危害人体呼吸系统。由SO2 排 放引起 的酸雨 范围 不断扩大,已由上世 纪8 0 年 代初的 西 南局 部 地 区 扩展 到 西 南、华中、华 南 和 华 东的 大 部 分 地区,目前年平均降水PH值低于5.6的地区已占全国面积 的4 0 %左 右。S O 2污染和 形成的酸雨危 害居民 健 康,腐蚀 建筑材料、破坏生态系统、造成很大经济损失,已成为制 约社会经济发展的重要因素之一。为防止大气污染,《水 泥工业大气污染物排放标准》(GB4015-2013)加严了水 泥制造污染物排放限值,其中,水泥窑及窑尾余热利用系 统 排 放 S O 2一 般 限 值 为 2 0 0 m g / Nm 3,特 别 排 放限 值 减 至 100mg/Nm3。本文介绍新型干法水泥生产SO2排放和立式 磨制备生料的脱硫作用,供水泥生产企业参考,根据企业 原料和产品,采用相应生产工艺,确保SO2排放达标。
因为原料带入的硫化合物,在较低温度下分解后,氧 化和吸收反应速度变慢,物料温度越低、吸收的SO2量越 少,使出预热器含尘气体中的SO2浓度,随预热器级数的 增多,即随生料粉加料点气体温度的降低而升高。
一般 地说 原 燃 料 带入 水泥窑中的硫化合 物,在氧化 气氛煅烧工况下88%~10 0%都能以不同形式的硫酸盐 结合到熟料中,以S O2形式 排 放的不多,排 放率最高为 1 2%。假 定 原 燃 料 中 硫化合 物 的1 2%以 S O 2 形式 排入 大 气,生料 中 S O 3含 量 为1% 时,生 产 每 k g 熟 料 排入大 气 的 S O 2 量 为:
1.5×1 000×1%×1 000×12%×64/80=1 440mg (1.5为料耗、64为SO2分子量、80为SO3分子量)
74 中国水泥 2016.3
目前,新型干法水泥 生 产 线 生 产每kg 熟 料 排入大 气的废 气 量 约 2 . 0 Nm 3,按此计 算,废 气中S O 2浓 度为 7 2 0 m g / Nm 3。由于以上计 算生料中碱 含 量、硫 碱比 排 放 率 均取了高 值,这 时 得出的废气中SO2浓度720mg / Nm3可 以认为是新型干法水泥生产SO2排放的最值。
产中一般控制碱含量在1%以下,原料中应有一定的硫化 物,控制硫、碱比为0.6~0.8。
若生料中碱含量为1%、硫碱比为0.8,那么生产每kg熟 料生料中SO3含量为:(生料耗为1.50,生料中碱以Na2O计)
1.50×0.8×80/62×1 000×1%=15.48g (其中0.8=SO3摩尔数/Na2O摩尔数 ,62为Na2O分子 量 ,80为SO3分子量) 生料中SO3含量为1.0%。 即:为保证生产合格水泥熟料,控制生料中碱含量小 于1%,在有合适的硫碱比情况下,这时生料中SO3含量不 大于1.0%。 1.2 燃料对水泥生产中SO3的影响 目前水泥 工业 生 产中,燃 料 基 本采用 煤 炭。按 新 型 干法生产工艺计算,生产每kg熟料所需热量为3 200kJ左 右,所使用的燃煤低位热值在22 000kJ以上,若燃煤中全 硫含量为2%,生产1kg熟料。燃料所带入的S计算如下: 3 200/22 000×2%×1 000=2.9g 折算为SO3为:2.9×80/32=7.25g 我国水泥工业90%的企业所用燃料煤含硫量在1.5% 以下,通过以上计算,其带入的硫折算为SO3小于水泥生 料中碱含量为1%时,硫、碱比为0.8的SO3含量。从数量上 说明生料对SO2排放起主要作用。 燃料中的硫在燃烧时形成的SO2要经过回转窑、分解 炉、预热器才能排出,这个路径中除和Na2O、K2O结合外, 还与大 量的新生 成 C a O 结合,形成 硫 酸 盐矿物,S O 2来 不 及进入预热器而被吸收了。可见目前水泥工业SO2排放的 多少,在现行水泥生产用煤达到用煤标准情况下,与燃煤 中S含量的多少关联不大。 1.3 原料中硫化物含量是水泥生产中SO2排放多少的关键 原 料 带入 的 硫化合 物 有易发 挥 的 硫化 物、中等 挥发
通常,水泥 生料 的 S O 3为 0 . 4 %~0 . 8 %,平均系 统 吸收率 往 往 超 过 9 5 %,若 取 为 9 5 %,S O 2的 排 放 量 为 (0 . 2 4 0~0 . 4 8 0)g / k g 熟 料,以 生 产 每 k g 熟 料 排入 大气的废 气 量 约2 . 0 Nm 3计 算,排 放 废气中S O 2浓度为 (1 2 0~2 4 0)mg / Nm3,若后续无SO2吸收措施,水泥生产 实测SO3排放浓度有可能超过一般限值20 0mg / Nm3,即 超标。大部分水泥生产企业难于满足特别排放限值减至 10 0 m g / Nm 3的要求。
2 立磨制备生料窑磨一体运行的脱硫作用
所 谓窑磨 一 体运行,是 指在 水泥生 产中烧 成系统 所产生的废气引入 生料粉磨系统,使 废气的余 热 烘干 生 料 中的 水分,窑 和 磨 同 时 运 行、废 气合 并 处 理 的 生 产 方式。生产实践发现,窑磨一体运行生产方式所排废气 中SO2的量远低于水泥窑废气不经生料磨直接排放的 SO2的量。事实说明生料粉磨对入磨水泥窑废气具 有脱 硫作用。 2.1 窑磨一体运行对水泥窑废气脱硫的机理
含 有 S O 2的 窑尾 废 气 进 入 生 料 磨后,与wk.baidu.com 料 中的 CaCO3在O2的参与下发生如下反应:
2SO2+2CaCO3+O2=2Ca SO4+2CO2 通常 情况下这 种反 应十分 缓 慢,但 是 在 生料 磨内由 于原料带入的水分被蒸发而含有大量水蒸气;窑尾废气 具 有一定的 温 度;物料 在 粉磨 过 程中大 量 新的C a C O 3 界 面的产生,使 其反 应 加速 进 行。这 样一 来 S O 2 和 C a C O 3及 O2结合成CaSO4从而被固定下来。SO2吸收率与原料湿含 量、磨内气体氧含量、磨内温度和在磨内停留时间、物料 循 环量 及 生料粉 磨 细 度 有关 。据国 外资 料 介 绍,受 工 况 影响,窑磨一体运行时,SO2吸收率为20%~70%。可见, 水泥生产中窑磨一体运行不仅可以有效利用窑尾废气中 的热能,还是消减窑尾废气中SO2的工艺措施,值得提倡 和推广。 2.2 立磨粉磨生料利于对水泥窑废气的脱硫 窑磨 一 体运 行中,磨 机部 分根 据工 艺 要求可以选 用 尾 卸 烘干磨、中 卸 烘干磨、风 扫 烘干磨 等 球 磨和立 磨, 四川、浙 江等地 多 家 水泥 厂使 用 立 磨 粉 磨 生料,窑磨 一
1台窑的 S O 2 排 放 量 除与生料粉 中的 硫化合 物 含 量 有关,还 有一 些因素 影 响系统 对 S O 2 的吸收率。S O 2 在 窑 系统内首先与挥发的碱金属氧化物(也包括极少量重金 属)形成 硫 酸 碱 。硫化 物 的 吸收 率 与 窑内 气 氛 有关,在 一定的氧化气 氛下 若 硫 / 碱比合 适,便 有可能 将S O 2全 部 吸收 。S O 2 与碱化合 物 或钙 化合 物反 应 需 要 一定 的 O 2 浓 度,在窑尾废气中要求O2的最低浓度为2%~4%,SO2在 8 0 0℃~8 5 0℃的 温 度区可与C a O发 生最 强的化合反 应 生 成硫酸钙。若SO2浓度高,碱含量相对较少,即硫 / 碱比 高,则除生 成 硫 酸碱 外还 会 生 成含有C a O、碱、A l 2 O 3和 / 或SiO2的其它类硫酸盐,可通过烧成带随熟料带出窑外。 硫/碱比过高将有剩余SO2。
2016.3 CHINA CEMENT 73
应用研究 Research & Application
性的亚硫 酸 盐和 难 挥发 的硫 酸 盐。硫化 物主 要以Fe S 2 形 式存在于黄铁矿或亚稳定的白铁矿矿物中,在悬浮预热 器的条件下,于370℃~420℃氧化成SO2并释放出来。亚硫 酸 盐在5 0 0℃~6 0 0℃之间不均衡 地转化为硫化物和硫酸 盐。硫酸盐在高温下是稳定的,并存留在物料中。硫化物 和亚硫酸 盐在 水泥 生 产的预热阶段 都 会分 解,此 时 没有 活性CaO与之反应,会逃逸出悬浮预热器,排入大气即造 成污染。因此,原料带入的硫化合物是造成SO2排放量增 大的主要根源。
对旋风预热 器 窑检测,在各台窑最下级旋风筒中 没有 测出S O 2,也 就 是 说 即 使 在 窑内产生一 些 S O 2,在碳 酸 盐 分 解区也 都 被 新生 成的 C a O所 吸收了,由于 煤 燃 烧 产生的 S O 2发 生在该气体到达碳 酸 盐 分 解区 之前 或 在 碳 酸 盐 分 解之中,从而 在碳 酸 盐 分 解区被 吸收,直 接印 证了前述 水泥 生 产 S O 2 排 放 的多 少,在 现 行 水泥 生 产用 煤 达 到 用 煤 标 准 情 况 下,与 燃 煤 中 S 含 量 的多 少 关 联 不 大的论述。
1 水泥生产SO2排放量分析
水泥生产中熟料烧成的物料分解和燃料燃烧都会产 生SO2,SO2产生的量主要与原料、燃料带入硫化合物的多 少,与其它化合物比例,烧成气氛和窑型有关。 1.1 水泥生产需要一定的含硫氧化物
水泥生产原料中往往含有一定的氧化钾、氧化钠。这 些氧化物在高温下挥发后到低温区又重新凝聚,在窑系 统内处于闭路循环状态,在新型干法生产中,这种循环引 起预热器内结皮、堵塞、料斗不畅;严重时引起窑内结皮 和大块,严重影响烧成系统正常运行。当原料中含有一定 硫的情况下,在烧成系统硫和碱化合形成硫酸碱,其中部 分固熔于熟料中,随熟料排出窑外,从而减少R2O在预热 系统因富集形成的结皮,但当硫含量超过一定数量,将与 生料中的CaO 形成 2 Ca S O 4·K 2 S O 4,2 C 2 S·Ca S O 4 结皮,而 且十分坚固,对烧成系统也不利。因此在新型干法水泥生
图1 立磨的结构和运行原理图
体运行,S O2吸收率可达 50%~8 0 %,远高于使 用球磨 的窑磨 一 体生料制备系统。其差 别在于立 磨的结 构和 其对物料内外循环的工艺系统。立 磨的结 构和运行原 理 见图1。
立磨采取磨盘带动磨辊转动,物料在磨盘和磨辊之 间被碾碎,碾碎的物料从磨盘被甩入风环,小颗粒在风环 上方 被 来自进 风口的热 风 吹 起,大 颗 粒落入 风 环 下方 并 被排出磨外,经外循环提升机提升后重新经锁风喂料机 喂 入 磨内,再 次 粉磨。被 热 风 吹 起 的细 颗 粒 被 带 进 立 磨 内部的选粉机,不合格的颗粒落回磨盘,继续粉磨;合格 颗粒随气流进入窑尾废气处理系统被收集,成为生料。 粉磨所用的热风即含有SO2的窑尾废气,在立磨生料制备 系统中,窑尾废气一入磨机,就始终与生料细颗粒相随, 直至窑尾除尘器才分离,给予了生料粉吸收SO2的时间。 由于立磨允许通入大量窑尾废气,具有较高温度,物料烘 干增加了气体含湿量,并漏入部分新鲜空气,使磨内气体 含氧量提高,有利于新生界面碳酸钙吸收SO2化学反应的 进行,同时立磨的磨内选粉方式使得物料循环量增大,增 加了物料与SO2接触的机会,为SO2在粉磨过程中吸收创 造了有利条件。不言而喻,上述工作原理决定了立磨脱硫 作用比球磨脱硫效果更好。
3 水泥生产SO2排放现状和对策
2 012年水泥 工业大气污染物 排 放 标准修订开展 的 抽 样 调 查 中,共 获 得1 5 3 个有 效 的 水 泥 窑 S O 2排 放 样 本,平均 排 放 浓 度 5 9 . 6 m g / m 3,较 2 0 0 3 年 调 查 的 159.2mg /m3有显著降低,其 根本原因是 水泥窑型发生
相关文档
最新文档