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2.2抑制排放的策略
SO2成因的分析可知,如果在回转窑系统中具备适合的条件,可以抑制SO2排放。从生产工艺角度,控制烧成带的CO、CO2含量以及火焰形状,有利于抑制SO2的生成。改变原燃材料中的硫含量和调节硫碱比均可以降低SO2排放。SO2的脱除效率与窑内物料硫碱比、原燃材料中硫的存在形态有很大关系。同时,如果生料粉磨采用预热器废气作烘干热源,会进一步降低SO2排放。脱除效率可达50%~70%。
各企业不同的工艺设计导致不同的运行工况,SO2气体排放浓度会存在较大差异。因此,对水泥厂的脱硫,要有针对性地进行。根据欧洲水泥协会颁布的BAT最佳范例技术推荐,脱硫方案可以分步实施:
(1)优化原料矿点搭配方案,调整原料配料。改进工艺操作,挖掘生产工艺自身的脱硫潜力。
(2)通过自身挖潜,SO2排放仍未能达到排放标准,就需要采用脱硫装置进行脱硫了。
水泥生产线抑制SO2排放的措施很多。主要可分为三类:
(1)利用熟料生产线自身的设备对SO2脱除;
(2)改善熟料生产系统的工艺操作;
(3)采用脱硫装置脱除技术。
3脱硫措施的实施
3.1生产设备的脱硫
3.1.1生料磨
采用立磨粉磨生料。由于粉料在立磨内有较长的停留时间;石灰石(CaCO3)能够持续产生新鲜表面。另外立磨中气体温度通常在200℃以下,具有相对较高的湿度。尽管较低温度会降低脱硫反应速率,但是参与反应的物料拥有巨大的反应面积、较长的停留时间,同时水蒸气也会促进脱硫反应进行。因此,立磨是很好的脱硫设备,对SO2的脱除效率很是可观。资料研究表明,采用立磨可以脱除大约50%的SO2,其脱硫产物是Ca(HSO3)生料,入窑后会被氧化生成H2SO2和CaSO2。有人曾对比过生料立磨开停情况下的SO2排放浓度,数据表明生料磨能够达到脱除60%以上SO2的效果。
3.1.2增湿塔
预热器出口烟气所携带的粉尘浓度很高,当含高浓度碱性粉尘颗粒的热烟气进入增湿塔后,与增湿塔喷枪喷射的水雾汇合;在排风机作用下,形成了固、液、气三相的均匀混合,已经被气化的粉尘颗粒,能够包裹携带部分SO2气体被水汽凝聚。因此,增湿塔对SO2有捕捉作用。而捕捉效率的高低,主要受增湿塔喷水量、喷枪的雾化效果、烟气在增湿塔内的停留时间以及固、液、气三相混合程度的影响。
3.1.3窑系统
(1)预热器。最适宜的脱硫反应温度,一般控制在800~950℃,温度过高或者过低,都不利于该反应的进行。由于和生料磨相比,在预热器内没有新鲜的CaCO3表面产生,而且Ca0和Ca(OH)2的含量较低,1~3级筒的工作温度仅在300~600℃上下,温度和湿度均较低,几方面因素综合作用的结果,导致预热器的1~3级旋风筒脱硫效率很低。
(2)分解炉。
分解炉是干法脱硫反应的理想场所。从热力学和动力学角度,新生成的活性较高的CaO很容易和SO2发生反应。分解炉和四、五级旋风筒的工作温度范围都在800~950℃之间,脱硫反应可以很好地进行。
(3)前过渡带。
脱硫反应在温度高于1050℃后难以进行。在前过渡带中,硫能够被碱或者钙吸收,吸收之后碱的化合物主要会以K2SO4、Na2SO4、3K2SO4•Na2SO4、2CaSO4•K2SO4的形式构成;钙的化合物主要会以CaSO4、2C2S•CaSO4、3CaO•3A12O3•CaSO4(C4A3)的形式存在。但随着温度升高,与碱的硫酸盐相比,钙的化合物稳定性变差,会产生逆向分解反应。因此,前过渡带不利于石灰脱硫的进行。
(4)烧成带。
在回转窑烧成带,热化学反应非常复杂。虽然某些因素会阻碍CaSO4分解反应的进行,例如:窑内SO2气体浓度高,较为充足的供氧,以及物料在烧成带停留时间的缩短,都可以在一定程度上起到固硫作用。但是,硫在窑系统的挥发与循环与很多因素有关。当温度超过1250℃后,CaSO4的分解反应还是会剧烈进行。生料的易烧性差,煅烧温度的提高,物料的硫碱比高,都会促使硫的挥发。因此,尽管回转窑系统自身可以起到一定的固硫作用,但效率毕竟不高。还是应该通过控制回转窑和预热器之间的硫循环进一步降低SO2的排放量。
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