脱硫技术


脱硫技术

技术丨水泥窑干法脱硫技术的新突破

日期:2020-05-15 12:29

  水泥窑干法脱硫手艺一般是指将解析炉热生料或外购的CaO、Ca(OH)2等脱硫剂随入窑生料喂入预热器。因投资本钱低,该手艺获得了遍及使用。本文概述了水泥窑干法脱硫手艺及影响其脱硫效用的苛重要素,即温度、脱硫剂孔隙构造、烟气CO2浓度和反当令间等。受到上述要素的影响,现有水泥窑干法脱硫手艺脱硫效用广大偏低。提出了水泥窑热生料高效脱硫手艺,本质使用注脚,该手艺具有脱硫效用高、运转本钱低等出色上风。

  SO2是水泥坐蓐流程中发作的苛重大气污染物之一。邦外里对水泥行业SO2排放水准举行了庄苛局限。欧洲水泥探求院对253条水泥窑调研注脚,SO2均匀排放浓度为219 mg/Nm3[1]。我邦GB 4915—2013《水泥工业大气污染物排放圭表》规矩SO2排放限值为200 mg/Nm3,重心地域为100 mg/Nm3。京津冀等地域对水泥行业SO2排放限值则更为庄苛。这使得个人水泥坐蓐线排放超标;同时,跟着将来含硫较高的劣质原燃资料及替换燃料大范围运用,更众的硫将被带入水泥坐蓐流程,必定会惹起SO2排放水准的一连增高。采用适合的脱硫手艺职掌SO2排放浓度, 是水泥企业面对的首要困难。

  脱硫手艺一般分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。因为水泥坐蓐的分外境遇,大个人水泥坐蓐线],所以水泥行业遍及采用干法脱硫手艺职掌SO2排放水准。与守旧的高温干法脱硫(>800℃)比拟,现有的水泥窑干法脱硫手艺一般是指将解析炉热生料或外购的CaO、Ca(OH)2等脱硫剂随入窑生料沿途通过斗式擢升机喂入预热器。水泥窑干法脱硫手艺一般具有必然的脱硫后果,但分歧企业脱硫参数存正在明显分别。

  个人企业使用解析炉发作的热生料动作干法脱硫剂。Fuller公司De-SOx旋风编制通过将热生料喂入预热器,正在Ca/S摩尔比为5~6时,脱硫效用为25%~30%[4];RMC公司采用热生料外轮回区分喂入最上面两级旋风筒,当Ca/S摩尔比为30驾驭时,脱硫效用能够抵达30%[5]。桑圣欢等人通过将解析炉出口管道烟气直接接入旋风筒出口,职掌Ca/S摩尔比为10~12时,脱硫效用抵达30%驾驭[6]。

  个人企业采用外购的Ca(OH)2动作干法脱硫剂。邦内某5 000 t/d坐蓐线动作脱硫剂,随生料沿途喂入预热器,当Ca(OH)2喂入量为2 t/h时,外面钙硫比约为14.5,此时烟囱SO2排放浓度由260 mg/Nm3消浸到80 mg/Nm3,脱硫效用约70% [7]。

  由以上实行可知,采用解析炉热生料脱硫效用普通为30%驾驭;采用Ca(OH)2脱硫效用可达70%驾驭,但分歧企业Ca/S摩尔比不同非凡大。总体而言,采用热生料脱硫效用较低, 同时其运转本钱普通偏低;采用外购的Ca(OH)2脱硫效用较高,但其运转本钱往往偏高。

  水泥窑干法脱硫响应属于非催化气固响应,本征响应速度随温度缺乏递增。以采用CaO动作脱硫剂为例,脱硫响应除了正在CaO颗粒皮相产生响应外,响应气体还会正在向CaO内部孔隙扩散的流程中与孔隙内皮相产生响应。因为CaSO4的摩尔容积(46.0 cm3/mol)是响应物CaO摩尔容积(16.9 cm3/mol)的2.72倍,跟着响应的举行CaO皮相会慢慢酿成产品层,产品层的发展会慢慢阻塞孔隙,负气态响应物SO2扩散至CaO未响应皮相的阻力快速增大,从而告急影响响应一直举行[8]。所以水泥干法脱硫响应受到温度、CaO孔隙构造、其他气相组分扩散、反当令间等影响。

  (1)温度的影响。温度会同时影响响应的3个首要参数,即响应速度常数K、孔隙扩散率De和产品层扩散率Dp,此三者均可写成以下的景象[9]:

  上式中H代外了响应速度常数K、孔隙扩散率De和产品层扩散率Dp。因其适当Arrhenius定律均会随温度的升高而填补,所以CaO固硫效用应当也会随温度填补而升高。清华大学王爱军[10]、侯波等[11]探求了300~800℃的要求下CaO的固硫特质,注脚脱硫剂钙使用率随温度缺乏上升,但并不适当Arrhenius定律所描画的指数型增加。这注脚脱硫响应最终的举行水准并不取决于脱硫剂与SO2之间的化学响应速度,而正在很大水准上依赖于SO2正在脱硫剂颗粒外部以及内部孔隙中的扩散速率和正在响应皮相产品层中的扩散速率。

  (2)CaO孔隙构造的影响。跟着脱硫响应水准的填补,脱硫效用正在很大水准上依赖于SO2正在CaO颗粒内部孔隙及产品层中的扩散速率。Rasmussen [12-13]使用固定床制备了分歧孔构造CaO样品,注脚CaO固硫效用随比皮相积填补而增大,但正在441~517℃当比皮相积填补到必然值时固硫效用基础褂讪;正在590℃时则不存正在该局面。Shih等[14]、Li等[15]、Ma等[16]的探求也注脚CaO固硫效用会随比皮相积的增大而填补。总体来讲,CaO的孔隙构造与固硫响应速度有较大合联,但分歧温度下该合联存正在分别,苛重受SO2的外扩散阻力、孔隙内部的扩散阻力以及产品层中扩散阻力的归纳影响。

  (3)烟气CO2浓度的影响。因为本质烟气中CO2的浓度一般是SO2浓度的数百倍,正在固硫响应流程中CO2不只会急速与CaO产生碳酸化响应,其响应产品CaCO3还会急速滞碍脱硫剂内部孔隙而且正在响应皮相酿成CaCO3产品层,填补SO2扩散至响应皮相的阻力。王爱军等[10]探求注脚当烟气中CO2浓度为15%时,正在350℃以上能够观看到显着的碳化局面,正在500℃时碳化响应急速填补,使得CaO脱硫效用大大消浸。侯波等[11]探求涌现,正在300~750℃鸿沟内CO2对脱硫剂的有用钙使用率有较大的影响,这种负面效力正在450~650℃时显露得尤为显着。Hu[17]、Cordero等[18]、Galloway等[19]探求注脚CaO硫化响应产品孔隙率较低,使得CaO与SO2响应速度很低;同时,当CO2浓度抵达20%时,CaO会优先与CO2响应,打击脱硫响应。

  (4)反当令间的影响。对任何化学响应而言,跟着反当令间的延迟,响应水准慢慢加紧,干法固硫响应也不破例。Bortz等[20-21]直接把干态钙基接收剂喷入汽锅省煤器区(400~600℃),结果注脚当Ca/S=1.5~2.0时,450℃时SO2的去除率可达50%~70%,延迟停顿时候可填补脱硫效用。

  看待守旧的水泥窑干法脱硫手艺,响应具有如下特质:温度偏低,苛重响应区域正在C1~C2预热器,温度约为300~500℃;CaO本身比皮相积有限,一般为商用CaO或解析炉本身热生料,并没有源委分外打点;CO2浓度偏高,水泥预热器内CO2体积浓度一般高达30%以上,对脱硫响应发作明显影响;反当令间短,因为脱硫响应苛重产生正在C1~C2预热器上升烟道,其有用反当令间一般缺乏1~2 s。基于以上道理,水泥窑干法脱硫响应效用一般偏低,所以仅实用于SO2初始排放浓度较低的水泥企业;当水泥企业SO2排放浓度较高时,守旧的水泥窑干法脱硫手艺往往无法抵达脱硫方向。

  针对守旧的水泥窑干法脱硫手艺存正在的题目,开垦了一种水泥窑热生料高效脱硫手艺。该手艺正在守旧采用解析炉热生料干法脱硫的根本上,通过基于推算流体动力学(CFD)数值模仿等本领,优化了水泥窑干法脱硫编制,明显擢升了脱硫响应效用。全体来讲,该手艺具有如下特质:

  (1)深化了热生料与烟气中SO2的夹杂后果。通过CFD模仿等进步本领,对热生料取料名望、编制优化安排、热生料喂入名望等举行CFD模仿优化,鞭策了热生料与烟气中SO2的夹杂,有助于升高脱硫响应效用。

  (2)延迟了脱硫反当令间。通过对守旧水泥窑干法脱硫编制的优化,明显伸张了有用脱硫响应区域,延迟了脱硫反当令间。使得脱硫反当令间由守旧的1~2 s延迟至8~10 s,从而明显擢升了脱硫响应效用。

  (3)升高了脱硫剂的响应活性。直接从解析炉抽取热生料,其含有未经冷却的CaO、K2O、Na2O等氧化物,具有响应活性高、颗粒内部孔构造繁华、比皮相积大等上风,所以与SO2响应速度更高。

  (1)脱硫效用高。与守旧热生料或CaO干法脱硫比拟,该手艺正在必然钙硫摩尔比根本上,脱硫效用能够抵达80%,当SO2初始排放浓度较低时其脱硫效用更高。看待SO2排放限值正在200 mg/Nm3的地域,实用于SO2初始排放浓度800~1000 mg/Nm3以下的企业;看待SO2排放限值正在100 mg/Nm3的地域,实用于SO2初始排放浓度400~500 mg/Nm3以下的企业。

  (2)运转本钱低。编制采用水泥坐蓐流程发作的热生料动作脱硫剂,且所用热生料量有限;除此编制并没有其他显着的耗电、加热等安装,所以其运转本钱简直为零。

  (3)运转牢靠性高。该手艺承袭了守旧水泥窑干法脱硫手艺的上风,工艺安排纯洁,运转牢靠性高。

  (4)投资本钱低。该手艺具有与守旧水泥窑干法脱硫相当的投资本钱,约为湿法脱硫、半干法脱硫等手艺投资本钱的1/10~1/15。

  (5)对窑编制简直无影响。通过窑编制与脱硫编制优化,正在保障脱硫效用的状况下,该手艺所用热生料量非凡小,对窑编制产量、质料无显着影响,对窑编制满堂热耗简直无影响。

  通过践诺热生料高效脱硫手艺改制,坐蓐中最高可职掌生料SO3含量为0.36%,此时窑尾烟气中SO2<50 mg/Nm3(磨开)和<150 mg/Nm3(磨合)。

  该厂同时坐蓐广泛硅酸盐水泥和特种水泥,正在坐蓐特种水泥时因原料中硫含量较高,导致窑尾烟气中SO2均匀排放浓度约360 mg/Nm3。采用水泥窑热生料高效脱硫手艺改制后,正在坐蓐无别特种水泥时,烟气中SO2均匀排放浓度消浸至50 mg/Nm3驾驭,最低可消浸至0 mg/Nm3。图1为改制前记载的窑尾烟囱烟气排放小时均匀值,SO2均匀排放浓度为365 mg/Nm3;图2为改制后的SO2排放浓度记载外,SO2均匀排放浓度为51 mg/Nm3。

  干法脱硫具有投资本钱低、运转牢靠性高、工艺流程纯洁等上风,但守旧的水泥窑干法脱硫手艺受到温度、脱硫剂孔隙构造、烟气CO2浓度、反当令间等要素的影响,导致脱硫效用偏低。本文先容了一种水泥窑热生料高效脱硫手艺,其基于干法脱硫道理,通过深化脱硫响应夹杂后果、延迟反当令间、升高脱硫剂活性等本领,可完毕SO2减少效用抵达80%,同时具有投资本钱低、运转本钱简直为零、运转牢靠性上等出色上风,为水泥企业展开SO2减排供给了一种新的途径。

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