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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硫作用。
2.1窑磨一体运行对水泥窑废气脱硫的机理
含有SO2的窑尾废气进入生料磨后,与生料中的CaCO3在O2的参与下发生如下反应:
2SO2+2CaCO3+O2=2CaSO4+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CaCO3界面的产生,使其反应加速进行。这样一来SO2和CaCO3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,窑磨一体运行,SO2吸收率可达50%~80%,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
2012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153个有效的水泥窑SO2排放样本,平均排放浓度59.6mg/m³,较2003年调查的159.2mg/m³有显著降低,其根本原因是水泥窑型发生了显著变化,之前SO2排放较多的湿法窑、机立窑已被新型干法窑替代。
所有水泥窑(约98%)都能符合(200mg/m³)的要求,78%的水泥窑可控制在100mg/m³以下,65%的水泥窑可控制在50mg/m³以下,这固然是因为水泥窑本身就是性能优良的固硫装置,水泥窑中大部分的S都以硫酸盐的形式保留在水泥熟料中,SO2排放不多,特别是预分解窑,因分解炉内有高活性CaO存在,它们与SO2气固接触好,可大量吸收SO2,排放浓度相应较低。另一个因素是采用了窑磨一体运行生产工艺,将窑尾废气送入正在运行中的生料磨(窑磨一体机),获得额外的SO2吸收能力(可能高达80%)。表2为生料磨开启、停运时的SO2排放浓度对比,采用窑磨一体运行,作为SO2的污染削减装置十分有效。
目前一些水泥企业技改,甚至新建生产线,忽视了SO2排放,没有装备以立磨为主机的窑磨一体运行生料制备系统,甚至不具备窑尾废气入磨的条件,或窑磨同步率较低,出现SO2排放超标现象,应引起重视。为保证达标排放,建议:
(1)生料制备首选立磨为主机,窑磨一体运行,充分吸收窑尾废气中SO2。
(2)合理调配窑磨产量,提高窑磨同步率,避免窑单独运行超标排放。
(3)在出预热器窑尾废气管道上设立生料粉或石灰石粉喷洒装置,在磨不运行时启动,增强废气碱性,吸收SO2。
(4)调换挥发性S含量很高的原料或采取高效附加措施。
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