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含硫的高水分原料的生料立磨粉磨及废气处理系统的设计

日期:2017-10-20    来源:《水泥》  作者:徐兵波等

国际节能环保网

2017
10/20
11:21
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关键词: 废气处理 SO2排放 水泥厂

   立式辊磨烘干能力强,广泛应用于高水分原料的粉磨。然而在一些地区水泥生产用的原料不仅水分高,而且含有酸性化合物,这些化合物通常含有硫和氯。这就对生料磨废气处理系统设计造成很大的困难,首当其冲就是酸腐蚀的防治。在国外某水泥厂的提产改造项目中就遇到这种情况,原料的特点为水分高(最高10%),含有0.214%硫铁矿(FeS2),燃料为石油焦(硫含量为5.6%),加之项目所在地区气候寒冷,给项目的设计带来巨大困难,本文将针对这种极端情况下的生料磨废气处理系统的排放指标计算、流程选择、露点温度计算等进行详细的介绍。
 
  1原燃料情况
 
  原料的水分见表1,配比见表2,原燃料中SO3含量见表3。
 


 
  2SO2排放量估算
 
  生料在预热器的加热过程中,生料中的有机硫和FeS2将会被氧化而产生SO2,见图1。有机硫和FeS2氧化反应的温度为300~600℃,对应预热器的位置为C1和C2。由于窑尾废气被用来烘干生料,SO2会部分被生料所吸附,因而在烟囱处的SO2排放浓度会有所降低。燃料中的硫在分解炉几乎被全部吸收[1]。
 
  对于生料中的FeS2,有研究者认为其氧化产生的SO230%~50%会随废气排出预热器,但是烟囱处的SO2的排放量是生料中以非硫酸盐形式存在硫的15%~30%[1]。
 
  按照Sankey的硫循环模型(见图2),在无旁路放风的情况下,燃料中的硫对SO2排放量没有贡献。故仅考虑生料中含有的0.214%FeS2产生的SO2排放即可。
 
  按照FeS2氧化产生的SO2的30%~50%会排出预热器计算,此排放比例主要受硫碱比的影响,因生产熟料品种较多(常规熟料品种Ⅰ型或Ⅱ型,低碱熟料品种Ⅰ型或Ⅱ型),硫碱比变化较大。
 
  C1出口的SO2的量为:
 
  M■=1.06~1.769g/kg熟料(按料耗1.55计算)。
 
  转入熟料中的SO3为1.769~2.477g/kg熟料。
 
  按不采用旁路放风,计算系统硫平衡见表4。





 

  正常情况下,熟料中SO3为<16g/kg熟料,因此需要设置旁路放风系统,放出的SO3为5.915~6.8g/kg熟料,放风比例为25%~28%。
 
  按30%旁路放风,计算系统硫平衡见表5。
 
  由此估算各点SO2的排放浓度如下:
 
  旁路放风烟囱出口最大浓度:6.8×0.8=5.44g/kg熟料;最小浓度:5.915×0.8=4.732g/kg熟料;
 
  折合到10%O2的最大排放浓度为:5.44×0.8/(64/22.4)/0.931/1000=1636×10-6;最小排放浓度为:4.732×0.8/(64/22.4)/0.931/1000=1423.2×10-6;
 
  (注:1kg熟料放风废气量,折合到10%O2为0.931Nm3/kg熟料,假定除尘器、骤冷室合计的吸收效率为20%);
 
  C1出口SO2最大浓度为:1.769/(64/22.4)/1.42/1000=436×10-6;最小浓度为:1.06/(64/22.4)/1.42/1000=261×10-6;
 
  (注:1kg熟料产生废气量按1.42Nm3计算)。
 
  3原料废气处理流程的设计
 
  不同的窑系统会具有不同配置的排气系统,进而为腐蚀提供不同的条件和控制措施。
 
  预热/预分解窑的全部窑气通过生料磨,见图3;预热/预分解窑的部分窑气通过生料磨,其余被旁路,见图4。
 
  在大多数情况下,窑气体会全部通过辊式磨,由于窑尾废气和磨内的原料和气体的密切接触,烟气中含有硫和氯的化合物会被清洗掉。在这种情况下,由于缺乏酸性化合物,即使袋除尘器在很低的温度下(80~100℃)运行,腐蚀的速度也会比较慢。
 
  在部分窑尾烟气的旁路过生料磨系统中,旁路过生料磨的窑尾烟气中的酸性化合物没有被生料磨清洗掉。在这种情况下,旁路过生料磨的烟气和出磨的低温气体混合后,气体的温度会在酸露点以下,这就会造成腐蚀。
 
  针对此次原料的特性,宜选择图3所示流程。
 
  4酸露点的计算
 
  从1950年起,开始对高硫燃料电厂的酸露点的计算进行研究。经过多年的实验模型及现场数据得到许多经验公式。针对本次生料磨废气处理系统的设计,由于原料水分较高,窑尾废气量无法满足在最高水分下的烘干要求,需要热风炉来补充热量。因此露点计算的准确性,直接关系到热风炉的规格和热耗,需要格外重视。此次计算采用Verhoff&Banchero公式来计算酸露点。该公式如下[2]:
 
  tD=10000/[15.13-0.2943ln(P■)-0.858ln(CP■)+0.062{6.633-ln(CP■)}{6.633-ln(CP■)}]-273.15(1)
 
  式中:
 
  tD——露点温度,℃;
 
  P■——在标准大气压下,H2O的分压,atm;
 
  P■——在标准大气压下,SO2的分压,atm;
 
  C——SO2转化为SO3的体积转化率,取6%。
 
  计算结果见表6。
 
  根据以上计算结果,考虑到除尘器局部壁面温度的影响,除尘器进口温度宜控制高于酸露点温度30℃。计算系统热平衡时,除尘器进口温度按160℃考虑。
 
  5袋除尘器的防腐措施
 
  考虑到系统调试及开机阶段,除尘器进口温度会在酸露点以下,特别是在调试阶段,这种情况会经常出现,因此也要对除尘器的选材上要特殊设计,具体措施如下:
 
  1)除尘器内部采用防腐蚀涂层。
 
  2)采用耐酸性更好的滤袋,滤袋的覆膜使用抗酸的覆膜。
 
  3)滤袋的配件使用特殊的合金,如反吹风除尘器滤袋的支撑环,脉冲喷吹除尘器的袋笼和滤袋的其他附件。
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