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水泥行业烟气多种污染物“超低排放”整体解决方案

北极星环保网来源:中国水泥 彭长寿2018/5/28 9:44:42我要投稿
  关键词:超低排放 SNCR 水泥行业

水泥生产中减少SO2排放有下列几种措施:

(1)改变原料,降低原料中硫含量和调节原料硫碱比均可以降低SO2排放,但改变原料通常在经济上是不可行的。

(2)水泥生产线自身的SO2脱除,水泥窑系统中存在合适的条件可以脱除SO2,脱除效率与生料硫碱比、原料中硫的存在形态有很大关系。同时如果生料磨采用预热器废气来烘干原料,会进一步脱除50%~70%的SO2。从工艺角度来讲,控制烧成带的CO、O2含量及火焰形状有利于降低SO2排放。

目前我国水泥工业采用的只是在生产过程中尽量减少SO2产生的一些方法,其中最简单有效的方法就是新型干法生产线选择合适的硫碱比;同时采用窑磨一体运行和袋收尘器除尘。采用窑磨一体的废气处理方式。把窑尾废气引入生料粉磨系统。在生料磨内,由于物料受外力的作用,产生大量的新生界面,具有新生界面的CaCO3有很高的活性,在较低的温度下,能够吸收窑尾废气中的SO2;同时生料磨中,由于原料中水分的蒸发,有大量水蒸汽存在,加速了CaCO3吸收SO2的过程,把SO2转变成CaSO4,使窑尾废气中的20%~70%的SO2固定在物料中。由于袋收尘器的滤袋表面捕集的碱性物质与试图通过滤袋的SO2、NOx酸性物质能结合成盐类。从而使酸性气体的浓度可削减30%~60%。可见袋除尘器可成为治理水泥工业粉尘和有害气体的多功能设备。

对于部分水泥企业SO2无法达到超低排放要求,可以采用额外脱硫技术思路。

①干反应剂喷注法。干反应剂喷注法是指将熟石灰喷入预热器系统适当位置。Nielsen报道将熟石灰加入最上面两级旋风筒之间的连接管道,钙硫比在2.5和4的情况下,脱硫效率可以分别达到50%和70%。RMCPacific公司曾经将干的Ca(OH)2喂入上面两级旋风筒之间的连接管道和出顶级预热器后的废气管道,钙硫比在40~50之间,脱硫效率在55%~65%之间。当将熟石灰喷入生料磨时,可以达到最高的脱硫效率80%。Polysius公司开发了一种Polydesox系统,即将熟石灰喂入上面两级旋风筒之间的连接管道或者喂入第二级旋风筒,该公司报道脱硫效率可达到85%。

②热生料喷注法。热生料喷注法是指将已分解生料喂入预热器系统适当位置。Fuller公司的De-SOx旋风系统便属于此类,该旋风除尘器安装在上面两级旋风筒之间的连接管道附近,从分解炉出口引出一部分废气进入旋风除尘器,然后将收集下的粉尘喂入上面两级旋风筒之间的废气管道。热生料中包含大量的活性Ca0,在钙硫比为5~6的情况下,脱硫效率可以达到25%~30%。对原料中硫铁矿含量高的水泥厂而言,大约5%~10%分解炉废气即可满足要求。另外RMC公司也作过类似尝试,将窑尾下料处已分解生料喂入上面两级旋风筒之间的连接管道或者喂入出顶级预热器后的废气管道,钙硫比在30左右,脱硫效率分别可以达到30%和40%。

③喷雾干燥脱硫法。喷雾干燥脱硫法是一种湿法与干法相结合的脱硫方法,石灰消化后形成的浆液由喷雾装置喷入吸收塔,脱硫效率可以达到50%~90%。RMC公司曾将石灰消化后喷入增湿塔。增湿塔中有9个喷雾嘴,分为两组,一组用来喷入石灰浆液,另一组用来喷入冷却水。被雾化成细小液滴的脱硫剂与烟气中的S02发生化学反应,从而脱除烟气中的S02。烟气中未反应的石灰颗粒和反应生成物等随烟气带出增湿塔,进入除尘器被收集下来。该脱硫系统存在两个控制回路,一个用来控制增湿塔出口气体温度,另一个用来控制烟囱S02排放浓度。Envirocare公司也是利用水泥厂的增湿塔引入脱硫剂,该脱硫剂浆液中悬浮着很多微细Ca(0H)2颗粒(通常在3~10μm),SO2气体易溶于浆液并与其发生反应,与此同时,浆液中的水分在热烟气作用下蒸发,脱硫效率超过90%。这两种方法中,收集下来的含硫化合物的窑灰进入生料磨,不存在废物处理的问题。

④湿式脱硫法。湿式脱硫法已广泛应用于很多行业像电力、冶金行业,目前国内有多家水泥厂也采取了该方法。科行公司的湿法脱硫成套设备安装在除尘器后面,并以正压工作。气体进口设在吸收塔下部,吸收塔顶部装有成组雾化喷嘴。用20%的石灰石和80%的水在浆液池制成石灰石液浆,进入吸收塔底部的沉淀槽,然后被泵入喷嘴。在石灰石稀浆沿吸收塔下降过程中,与烟气形成逆流接触,脱除烟气中的硫,生成的CaS02和CaS02进入沉淀槽。沉淀槽底部鼓入空气,将CaS02强制氧化生成石

膏。生成的石膏进入水力旋流器,再通过离心机,这样可以得到含水10%-15%的石膏,此种质量的石膏可以部分替代水泥粉磨过程中使用的石膏。当水和石膏分离出来后,水再返回浆液池。石灰石料浆与气体中的SO2反应是在接近露点条件下进行的,经过吸收塔的气体需要通过除雾器除去悬浮水滴和颗粒物,然后再从烟囱排出。

尽管干反应剂喷注法的脱硫效率较高,但其成本较高,主要是购置熟石灰的费用。喷雾干燥脱硫法投资低于湿法工艺,可以通过对水泥厂增湿塔进行改进来实现,其优点是脱硫效率较高,不存在脱硫产物的处理问题,但石灰浆液喷注过程中管路、阀门、喷头、预热器风机的堵塞问题比较严重,检修维护工作量较大;脱硫剂浆液固体含量超过13%将造成喷嘴雾化困难,这一系列的操作问题给其在水泥行业的应用提出了挑战。湿式脱硫法效果较好,脱硫效率可以达到80%~95%,浆液固体含量可达到30%,堵塞和维修问题较少,但设备投资、运行费用和技术要求高;但脱硫石膏还可以作为水泥的缓凝剂。

4.3NOx排放治理

NOx在水泥窑炉污染气体中占有重要地位。水泥窑NOx排放的主要成分是NO和NO2,其中NO占氮氧化合物总量的95%左右,NO2大约为5%左右。燃料燃烧过程中主要存在3种氮氧化合物形成方式,即热力型(ThermalorZeldovichNO)、瞬态型(PromptorFenimoreNO)和燃料氮型(FuelNO)。一般来说,在水泥生产过程中,瞬态型氮氧化合物可以忽略。NOx的危害性主要表现在环境酸化、人体健康损害和光化学烟雾及温室效应等方面。NOx(氮氧化物)包括一氧化氮NO、二氧化氮NO2和一氧化二氮N2O(笑气)等,氮氧化物不仅是光化学烟雾的主要成分,也是形成酸雨的重要物质,对农业、林业、全球气候、自然环境及人类身体健康都具有极大的危害。因此,水泥生产线应采取必要措施降低NOx排放浓度。

依据现有的水泥窑NOx排放现状,若没有采取技术措施,大部分水泥企业排放的NOx都会超过800mgNO2/(Nm3@10%O2)。

如采用SNCR脱硝装置,从科行环保承担全国200多条水泥窑SNCR脱销效率都不低于50%,即从800mgNO2/(Nm3@10%O2)降低至400mgNO2/(Nm3@10%O2)以下的排放水平。

延伸阅读:

水泥窑SCR脱硝技术的应用与调试

GB49152013水泥工业大气污染物排放标准

水泥窑SCR烟气脱硝催化剂的选型与应用

专家浅议水泥生产的脱硝问题

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