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【技术】海螺新型干法水泥窑SO2减排技术的研究及应用分析

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2013年12月发布的GB4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》中规定:现有生产线自2015年7月1日开始,熟料生产线SO2排放浓度不得高于200mg/Nm³,重点地区不得高于100mg/Nm³。为了积极响应落实国家环保减排政策,对SO2排放高于200mg/Nm³的部分生产线,海螺集团多次组织技术交流会议,分析排放超标的原因,并与相关高校及研究院所合作交流,开发出了采用分解炉出口取出的CaO为脱硫剂,通过生产线自身脱硫的技术,并在海螺某生产线进行了试点应用,现将实际应用效果介绍如下。

1水泥生产线SO2排放超标的原因

水泥窑系统中的硫是由原料和燃料带入的。原料中的硫以有机硫化物、硫化物或者硫酸盐的形式存在,单质硫可以忽略不计。原料中存在的硫酸盐在预热器系统通常不会形成SO2气体,大体上都会进入窑系统。原料中以其他形式存在的硫,则会在300~600℃被氧化生成SO2气体,主要发生在五级预热器的第二级旋风筒或者六级预热器的第三级旋风筒。在预分解窑系统内,由窑头和分解炉喂入燃料所含的硫均被CaO和碱性氧化物吸收,生成硫酸盐。

一般水泥生产线SO2排放都较低,主要是因为水泥工艺本身具有的脱硫作用,即分解炉内新生成的CaO活性很高,很好地吸收了烟气中的SO2。但部分生产线由于原料中硫化物的量较大,硫化物氧化产生的SO2在通过上级旋风筒时会被部分吸收,其余则随废气一道从预热器排出。如果废气用于烘干原料,则SO2在原料磨中进一步被吸收。但是需要指出的是:在温度低于600℃的情况下,CaCO3对SO2的吸收效率要远低于CaO。上面两级预热器中CaCO3分解率较低且仅有少量CaO被烟气从高温部分带上去,因此吸收效率很低。再加上此时湿度较低以及排放前的停留时间较短,SO2排放浓度可能会较高。

由于SO2能被活性CaO吸收,我们开发了通过生产线自身取CaO,制成一定浓度的浆液,采用喷雾干燥脱硫技术,喷入到生产线合适位置,吸收系统中的SO2。

2.海螺某生产线脱硫改造

海螺水泥某公司5000t/d熟料生产线,由于石灰石原料中硫含量较高,在生料磨停时生产线SO2排放浓度高达600mg/Nm³左右,生料磨开时也高于国家标准200mg/Nm³的排放限值。

2.1SO2减排技改工艺方案简介

从分解炉出口抽取含有高活性CaO的880℃高温气体,通过稀释冷却器冷却至400℃后,经旋风分离器将物料收集下来,通入到40m³的制浆罐中,加水制备成20%~30%的Ca(OH)2浆液,并将制备好的浆液经150t/h循环泵送入20m³的储存罐,再分别通过一台15t/h的泵将浆液喷射到增湿塔和生料磨出口,还原烟气中的SO2。水泥生产线烟气脱硫设备主要包括四个部分,分别是:取料系统、制浆及储存系统、输送系统、喷射系统。取料系统主要是利用现有生产线出分解炉物料含有大量活性CaO的特点,在分解炉出口抽取含料气体,通过稀释冷却机冷却、旋风分离器收尘将物料收集下来。制浆及储存系统主要是将收集下来的物料送入储存罐进行预搅拌并储存,当制浆罐浆液达不到设定浓度时,储存罐向制浆罐输送一部分浆液,制浆罐通过搅拌器配制20%~30%浓度的浆液,储存罐和制浆罐均配制搅拌器和浓度计。输送系统由输送泵组和循环泵组组成,主要是向喷射系统输送浆液。喷射系统由若干组喷枪组成,喷枪具有耐磨、耐腐蚀等特性,且喷射嘴直径及布置角度等与生产工艺密切相关。窑尾烟气脱硫工艺流程见图1,主要工艺设备及参数见表1。

图1

表1

2.2脱硫系统投运调试及运行情况

2014年11月技改完成并初次进行投试,至2015年1月先后进行3个阶段的运行调试,调试时SO2排放量是通过窑尾烟囱上的气体分析仪测定,具体情况如下:

第一阶段:(11月11日~11月17日)由于浓度计及液位计尚未安装,采用相对低浓度浆液对供生料磨及增湿塔系统进行了单路及联合喷浆试验。主要对脱硫系统工艺流程及设备运行状况进行测试,同时初步制定相关操作规程。测试结果:采用增湿塔单路喷浆(流量:6~7m³/h),脱硫效率约20%~30%。

第二阶段:(12月3日~12月10日)浓度计、液位计安装到位,按照设计要求制备20%~30%浓度浆液,对供生料磨及增湿塔系统进行单路及联合喷浆试验。测试结果:采用供增湿塔(流量:6.5~7m³/h)与生料磨(流量:6~6.5m³/h)联合喷浆方案时,脱硫效率约50%~60%。

第三阶段:(12月30~1月10日)根据第一、二阶段运行调试情况,结合调试分析会意见,将增湿塔喷枪由4杆增至13杆,喷头由不锈钢材料改为棕刚玉及碳化硅材质,拆除原料磨出口4杆喷枪,同时对前两次调试存在问题进行整改完善,在浆液浓度(20%~25%)及喷浆量(15m³/h左右)条件下,对喷枪的雾化及脱硫效果进行了试验。脱硫系统运行及脱硫效果趋于稳定,SO2排放浓度由450mg/Nm³下降至150~180mg/Nm³,脱硫效率为60%~66%。

3.结论

通过试点生产线测试结果来看,采用生石灰制备的20%浓度浆液脱硫系统运行稳定,SO2脱硫效率在60%以上,生产线排放浓度完全能控制在国家标准200mg/Nm³的限值以内。后期针对自制浆液时,因存在浆液颗粒物,极易导致枪头堵塞的问题进行了优化,在其他SO2排放超标的生产线上进行了推广应用。

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