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澳门皇冠水泥生产的SO2排放和立磨制备生料的脱

发表时间:2019-02-25 13:11
 

  北极星大气网讯: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80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40%左右。SO2污染和形成的酸雨危害居民健康,澳门皇冠腐蚀建筑材料、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SO2一般限值为200mg/Nm,特别排放限值减至100mg/Nm。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。

  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。

  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2CaSO4K2SO4,2C2SCaSO4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)

  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%。

  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3200kJ左右,所使用的燃煤低位热值在22000kJ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:

  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CaO结合,形成硫酸盐矿物,SO2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。

  原料带入的硫化合物有易发挥的硫化物、中等挥发性的亚硫酸盐和难挥发的硫酸盐。硫化物主要以FeS2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500℃~600℃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,澳门皇冠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。

  1台窑的SO2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SO2的吸收率。SO2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SO2全部吸收。SO2与碱化合物或钙化合物反应需要一定的O2浓度,在窑尾废气中要求O2的最低浓度为2%~4%,SO2在800℃~850℃的温度区可与CaO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CaO、碱、Al2O3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。

  对旋风预热器窑检测,在各台窑最下级旋风筒中没有测出SO2,也就是说即使在窑内产生一些SO2,在碳酸盐分解区也都被新生成的CaO所吸收了,由于煤燃烧产生的SO2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的论述。

  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%~100%都能以不同形式的硫酸盐结合到熟料中,以SO2形式排放的不多,排放率最高为12%。假定原燃料中硫化合物的12%以SO2形式排入大气,生料中SO3含量为1%时,生产每kg熟料排入大气的SO2量为:

  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2.0Nm,按此计算,废气中O2浓度为720mg/Nm。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/Nm可以认为是新型干法水泥生产SO2排放的最值。

  通常,水泥生料的SO3为0.4%~0.8%,平均系统吸收率往往超过95%,若取为95%,SO2的排放量为(0.240~0.480)g/kg熟料,以生产每kg熟料排入大气的废气量约2.0Nm计算,排放废气中SO2浓度为(120~240)mg/Nm,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200mg/Nm,即超标。大部分水泥生产企业难于满足特别排放限值减至100mg/Nm的要求。

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