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按照GB4915—2004《水泥工业大气污染物排放标准》规定,自2010年1月1日起,现有水泥窑及窑磨一体机S02最高允许排放浓度为200mg/m3,单位产品排放量不得超过0.6kg/t。我国水泥企业众多,很多水泥企业每年S02排污费用高达几百万元。污染物排放情况可见一斑,S02减排任务非常艰巨。笔者建议大家从水泥机械等方面入手进行脱硫。
1SO2的来源与形态
1.1SO2的来源
水泥厂SO2的来源来自两个地方:原料和燃料。主要是由原料和燃料中的无机硫和有机硫氧化生成。
(1)原料中的硫化物
在水泥生产所需要的原料中,除了以铁矿石作为校正型原料的情况外,原料中硫化物含量一般较少。大部分硫化物为黄铁矿和白铁矿(两者均为FeS2),还有一些单硫化合物(如FeS)。当原料中的部分低价硫化物进入预热器时,在400℃左右,就开始氧化并释放出SO2。这个反应主要发生在第一、二级旋风筒。部分硫化物,比如硫铁矿,会在500~600℃发生氧化生成SO2气体,反应主要发生在二级筒。在一、二级筒释放出来的SO2气体,一部分被碱性物料吸收,另一部分则直接通过增湿塔或生料立磨,经除尘后进入窑尾烟囱排放。
原料中的硫酸盐矿物主要包括石膏(CaSO4•2H2O)和硬石膏(CaSO4)。这两种矿物在常温下很稳定。主要用于水泥粉磨,作为水泥的缓凝剂。硫酸盐矿物一般不会用于回转窑系统。
(2)燃料中的硫化物
燃料中硫化物的含量较高,是窑尾烟气中SO2的主要生成源。燃料中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。燃料在分解炉或者回转窑燃烧,低价态的硫化物,一部分直接氧化成SO3,并形成稳定的硫酸盐;另一部分则氧化成SO2。这部分SO2的绝大多数,能够再次与高温的碱性热生料和O2发生反应生成硫酸盐。剩下的少部分S02会与生料中氧化释放出来的SO2汇合,进入烟囱排放。
1.2硫化物存在的主要形态
原料及燃料中的无机硫和有机硫包括多种硫化物,有硫酸盐、也有硫铁矿等,但能氧化生成SO2的主要是低价的硫化物和单质硫。硫化物的主要存在形态详见表1。
2SO2的成因与抑制
2.1SO2的成因
原料及燃料中的硫化物,在回转窑的过渡带和烧成带,大部分会与碱结合生成硫酸盐。未被结合的部分,生成SO2气体,被带进分解炉。在分解炉中,存在大量的活性CaO,同时分解炉内的温度正是脱硫反应发生的最佳温度,因此,烧成带产生的SO2气体,可能在分解炉内被CaO吸收。正常情况下,燃料中的硫很少会影响到硫的排放。但是,下述情况出现时,会导致SO2排放浓度升高:
(1)燃料的燃烧是在还原状态下进行的;
(2)生料易烧性差,烧成带温度被提得很高;
(3)硫碱比明显偏高。
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