新型干法水泥生产工业污染物排放量计算

《新型干法水泥生产工业污染物排放量计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型干法水泥生产工业污染物排放量计算（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、新型干法水泥生产过程气态污染物产排放量核算研究 新型干法水泥生产工艺过程中气态污染物（主要为 NOX 和 SO2 、CO2）只是在生料 在回转窑内烧成熟料的进程中所生成的，这是因为新型干法水泥生产工艺整个生产水泥的 过程中，仅回转窑内需要燃烧燃料，对生料、煤和添加剂的烘干是利用回转窑前后位置废 气所附带的热量对其进行烘干的。因此每生产单位量的熟料，新型干法水泥生产工艺中 NOX、SO2 和 CO2 的产生量和排放量与所选用的生料量和燃料量的多少有关，而且还与 生料和燃料的化学组成有关，另外还与回转窑内的温度和气氛有关。 水泥的生产过程是将石灰石、铁矿石和粘土及一些别的添加剂按一定的比例进行配比

2、、 磨细、均化，然后送入回转窑内进行烧制。根据行业统计，新型干法水泥工艺每生产 1t 熟 料，需要消耗 1.228t 的石灰石、0.276t 的粘土、0.031t 的铁粉，总共需要消耗 1.520t 的生 料，消耗的燃煤量根据生产规模的不同而有所变化，一般生产规模越大，耗煤量越少，但 一般介于 130kg160kg 原煤/t 熟料。为保证生产出来的水泥质量合格稳定以及生产线能正 常持久的运行，根据水泥工厂设计规范 （GB50295-2008）的规范要求，水泥生产原料 和所用燃料煤应满足以下的品质要求：石灰质原料 SO30.5%；硅铝质原料 SO31.00%；煤中硫的含量 2.00% ；煤的低位

3、发热量23000kJ/kg 。下文以此数据进行 气态污染物的计算。 1 二氧化硫排放量的理论计算 水泥厂窑尾排放废气中的 SO2 来源于生料和燃料煤，一般按照新型干法水泥生产工艺 要求，根据实际经验，不同的生产规模会影响生产单位熟料消耗的原煤量的不同，总体来 说每生产 1t 熟料原煤的消耗量为 130kg160kg，一般原煤中硫的含量普遍认为 2%，根据 此计算，可知道每生产 1t 的熟料，原煤中会将 3.2kg 的硫，折算成 SO3 其含量就是 8kg。 一般回转窑内原煤中带入的 SO3 经过折算后不高于水泥生料的 0.3%，当新型干法水泥生 产线产量更大时，由于煤的综合利用效率更高，则这一

4、比例会更一步降低。水泥生料中通 常有一定的碱性物质（Na2O、K2O ） ，由于存在这些碱性物质，生料在回转窑内烧制时系 统会有一定量的结皮产生，这样会对系统的持续正常运行产生不利影响，故而，在对水泥 生料的配制过程中不但要其内含有的碱性物质含量小于 1% ，此外还要使其内 SO3 的摩尔 数与 N2O 的摩尔数的比例（一般称为硫碱比）要控制在 0.60.8 的区间内。一般当生料内 的碱性物质含量为 1% 时，要满足之前区间范围，则生料中 SO3 的含量需是 0.77%1.03%（这其中包含由煤中带入的那一部分） 。燃料煤中含有的硫单独的话无法符合 上述硫碱比，而且一般回转窑内水泥生料所带进的

5、硫含量要大于燃料煤中所带进的含硫量。 为了充分利用硫分含量较高的煤， 水泥工厂设计规范 （GB50295-2008）中规定生产原料 中 SO3 的计算含量要不高于 0.5% 。 煤内硫的存在形式可归纳为四种：单质硫、硫化物内的硫、硫酸盐内的硫、含硫有机 物内的硫。除了硫酸盐内的硫不能发生燃烧反应，其余三种均能发生燃烧反应，后三种称 为可燃性硫，而硫酸盐硫称为非可燃性硫。当可燃性硫发生燃烧反应时，绝大部分会变成 SO2，只有 1%5% 会进一步转化为 SO3 ，此过程发生的主要反应如下： 单质硫燃烧: + 2 2 2 + 2 3 硫铁矿中硫的燃烧： 2 + 2 2 3 + 2 硫醚等有机硫的燃烧

6、: ( 3 2 ) 2 2 + 2 + + 2 4 2 + 2 2 + 2 回转窑内 SO2 的产生主要来源于燃料煤与生料中含有的硫铁矿等含硫物质，有一部分 是这些物质在高温下分解生成的，另外的则是燃烧反应生成的。可是，水泥生产的最主要 原料就是石灰石，其在回转窑内高温条件下会生成 CaO，其对 SO2 会有吸收反应，而且在 回转窑内各个位置都进行着 SO2 的吸收反应，比如 Fe2S 刚进入窑内在顶部旋风筒内燃烧生成的 SO2，大概有 70% 会立即就被 CaO 吸收固定下来。当生料运送到最低级的旋风筒时， 由于温度更高，CaO 的活性更大，SO2 与其反应速度更快，这样窑内气流中的 SO2

7、 绝大部 分被固定下来。由此可见，新型干法水泥生产工艺中熟料在回转窑内的煅烧过程自身就能 有极高的脱硫功能，煤和原料中的硫分最终绝大部分存在于熟料中，只有很少一部分 SO2 没有被固定下来，随废气从窑尾烟囱排出。 新型干法水泥生产工艺中所用的燃料煤无论是从窑头位置还是分解炉位置喷入，其燃烧过 程中生成的 SO2 都要经过分解炉，而在分解炉中会含有非常多的石灰石分解而成的 CaO， 由于 CaO 量非常多，且炉内温度非常高导致其活性非常大，因此 SO2 绝大部分被 CaO 吸 收并进一步氧化生成 CaSO4，变成稳定物质存在于熟料中。只有生料中的 FeS2 产生的 SO2 才有可能存在于预热器的

8、废气中，新型干法水泥生产工艺生产过程中 SO2 的排放量可 认定主要跟原料中的 SO3 含量有关，故而新型干法水泥生产工艺 SO2 的排放量可通过下 式进行推算： 2 = 64/80 熟料耗生料量 3 含量 （1 吸收率） 10 3 / 熟料 如前所述，根据新标准，水泥生料中的 SO3 含量不高于 0.5%；此外，根据普遍的水 泥行业生产经验，新型干法水泥生产过程中回转窑内硫的吸收率介于 92%100%。本计算 中，取生料中 SO3 的含量为最大的 0.5% ，吸收率取最低的 92% ，1t 熟料耗生料量取为普 遍的 1.52t，带入上式可得： 2 = 64 80 1.52 0.5% （1 9

9、2% ） 10 3 = 0.49 2 / 熟料 上面计算结果即为新型干法水泥生产厂如果严格按照水泥工厂设计规范(GB50295- 2008) 要求进行水泥生产时，每生产 1t 熟料理论上所能排放的 SO2 量最多为 0.49kg，小于 标准规定的 0.6kg SO2/t 熟料限值（即水泥行业 SO2 排放标准：200mg/m3 ） 。但当水泥生料 中 SO3 的计算含量较高时，则可能会超出标准限值，不满足达标排放。 由于水泥生产过程中自身的除硫效率就非常高，而且如果窑尾废气收尘装置采用的是 袋除尘装置时，废气通过袋子时，袋上附着的碱性物质能进一步吸收 SO2，其去除效率会 更高。一般窑尾采用电

10、除尘除尘装置的新型干法水泥厂的 SO2 的排放量即为生产过程中的 产生量，而窑尾采用袋除尘装置的新型干法水泥厂的 SO2 的排放量则略小于生产过程的产 生量。综上，可知如果新型干法水泥厂按照标准规范进行生产，并采用袋除尘设施对窑尾 废气进行除尘，则其生产过程中产生的 SO2 完全能够达标排放，无需额外吸收 SO2 设施。 2 NOX 排放量的测算 氮氧化物即 NO 和 NO2 等的混合物，一般写作 NOX。在回转窑内发生的燃烧过程中， 根据不同的机理可将生成的 NOX 分成三种。即前面提到的燃料型 NOX 、热力型 NOX 和 激发型 NOX。根据研究成果，回转窑内这三类 NOX 的产生量与窑

11、内的热力条件有关，随 着热力条件的变化，它们的表现也有区别。燃料性 NOX 和激发型 NOX 随温度的变化自身 生成率变化不大，而热力型 NOX 的生成则与温度变化关系很大。当温度150时，热力 型 NOX 的生成量与燃料型 NOX 的生成量差不多，当温度150时，热力型 NOX 的生成 量则会随着温度的升高，生成率变大。 新型干法水泥工艺中回转窑内主要是产生 NO，只产生很少量的 NO2 ，后者质量占据 不到 NOX 总质量的 5%。由于当 NO 排放到自然界中后，其在光照条件下会被转化为 NO2，而且排放标准中是以 NO2 的折算量作为限量标准，故需要将烟气中的 NO 也折算成 NO2 量

12、进行排放量进行计算。把 NO 的质量去乘 1.53，并把 10%O2 含量最为基准，进行 计算。新型干法水泥生产工艺中燃料要从两个位置喷入回转窑系统，即窑头和分解铝。一般 窑头最高煅烧温度能至少达到 1600，而且烧制过程中产生的废气在该段停留时间也很长。 在分解炉内，喷入的燃料属于无焰燃烧，温度约为 900。根据大量统计结果，对于火电 行业和工业锅炉，当温度一定时，炉内的 NOX 生成量与炉内的燃煤量有直接的关系，当 燃烧温度达到 1600 摄氏度时，每燃烧 1t 的煤将会产生大概 16kg 的 NOX ，而当温度为 900时，煤燃烧 1t 的煤则只会产生大概 7kg 的 NOX 。此外，新

13、型干法水泥生产工艺过程 中一般有 40% 的煤是从窑头喷入回转窑的，60% 的煤是从分解炉进入回转窑的，结合上面 统计数据，则可利用如下计算式，对新型干法水泥生产过程中窑尾 NOX 的产生量做一个 定性计算： 氮 = (0.4 16 + 0.6 7) 0 10 3 / 熟料 当新型干法水泥生产工艺每生产 1t 的熟料将要消耗 160kg 左右的，即 B 0 =160kg/t 熟料， 此时每生产 1t 熟料新型干法水泥生产中将产生的 NOX 量： 氮 = (0.4 16 + 0.6 7) 160 10 3 = 1.696 / 熟料 当新型干法水泥生产工艺每生产 1t 的熟料将要消耗 130kg 左右的，即 B 0 =130kg/t 熟料， 此时每生产 1t 熟料新型干法水泥生产中将产生的 NOX 量： 氮 = (0.4 16 + 0.6 7) 130 10 3 = 1.378 / 熟料 上面两种结算结果均无法满足现行国家标准 1.2kg NOX/t 熟料的限制要求（即 NO2 排 放浓度400mg/Nm3） 。因此必须在新型干法水泥生产过程进行脱氮处理，这样才能满足 国家排放标准。