新型干法水泥生產(chǎn)工業(yè)污染物排放量計算

1、新型干法水泥生產(chǎn)過程氣態(tài)污染物產(chǎn)排放量核算研究新型干法水泥生產(chǎn)工藝過程中氣態(tài)污染物（主要為NOX和SO2、CO2）只是在生料在 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成熟料的進(jìn)程中所生成的，這是因為新型干法水泥生產(chǎn)工藝整個生產(chǎn)水泥的過程 中，僅回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要燃燒燃料，對生料、煤和添加劑的烘干是利用回轉(zhuǎn)窯前后位置廢氣所附 帶的熱量對其進(jìn)行烘干的。因此每生產(chǎn)單位量的熟料，新型干法水泥生產(chǎn)工藝中NOX、SO2 和CO2的產(chǎn)生量和排放量與所選用的生料量和燃料量的多少有關(guān)，而且還與生料和燃料的 化學(xué)組成有關(guān)，另外還與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度和氣氛有關(guān)。水泥的生產(chǎn)過程是將石灰石、鐵礦石和粘土及一些別的添加劑按一定的比例進(jìn)行配比、 磨細(xì)、均化，然

2、后送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行燒制。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，新型干法水泥工藝每生產(chǎn)1t熟 料，需要消耗1.228t的石灰石、0.276t的粘土、0.031t的鐵粉，總共需要消耗1.520t的生料， 消耗的燃煤量根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同而有所變化，一般生產(chǎn)規(guī)模越大，耗煤量越少，但一般介 于130kg160kg原煤/t熟料。為保證生產(chǎn)出來的水泥質(zhì)量合格穩(wěn)定以及生產(chǎn)線能正常持久的 運行，根據(jù)水泥工廠設(shè)計規(guī)范（GB50295-2008）的規(guī)范要求，水泥生產(chǎn)原料和所用燃料 煤應(yīng)滿足以下的品質(zhì)要求：石灰質(zhì)原料SO3V0.5%；硅鋁質(zhì)原料SO3V1.00%；煤中硫的含 量2.00%；煤的低位發(fā)熱量N23000kJ/kg。下文以此數(shù)據(jù)進(jìn)

3、行氣態(tài)污染物的計算。1二氧化硫排放量的理論計算水泥廠窯尾排放廢氣中的SO2來源于生料和燃料煤，一般按照新型干法水泥生產(chǎn)工藝 要求，根據(jù)實際經(jīng)驗，不同的生產(chǎn)規(guī)模會影響生產(chǎn)單位熟料消耗的原煤量的不同，總體來說 每生產(chǎn)1t熟料原煤的消耗量為130kg160kg，一般原煤中硫的含量普遍認(rèn)為2%，根據(jù)此計 算，可知道每生產(chǎn)1t的熟料，原煤中會將3.2kg的硫，折算成SO3其含量就是8kg。一般 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)原煤中帶入的SO3經(jīng)過折算后不高于水泥生料的0.3%，當(dāng)新型干法水泥生產(chǎn)線產(chǎn) 量更大時，由于煤的綜合利用效率更高，則這一比例會更一步降低。水泥生料中通常有一定 的堿性物質(zhì)（Na2O、K2O），由于存在這些

4、堿性物質(zhì)，生料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒制時系統(tǒng)會有一定 量的結(jié)皮產(chǎn)生，這樣會對系統(tǒng)的持續(xù)正常運行產(chǎn)生不利影響，故而，在對水泥生料的配制過 程中不但要其內(nèi)含有的堿性物質(zhì)含量小于1%，此外還要使其內(nèi)SO3的摩爾數(shù)與N2O的摩 爾數(shù)的比例（一般稱為硫堿比）要控制在0.60.8的區(qū)間內(nèi)。一般當(dāng)生料內(nèi)的堿性物質(zhì)含量 為1%時，要滿足之前區(qū)間范圍，則生料中SO3的含量需是0.77%1.03% （這其中包含由煤 中帶入的那一部分）。燃料煤中含有的硫單獨的話無法符合上述硫堿比，而且一般回轉(zhuǎn)窯內(nèi) 水泥生料所帶進(jìn)的硫含量要大于燃料煤中所帶進(jìn)的含硫量。為了充分利用硫分含量較高的 煤，水泥工廠設(shè)計規(guī)范（GB50295-2008）

5、中規(guī)定生產(chǎn)原料中SO3的計算含量要不高于0.5%。煤內(nèi)硫的存在形式可歸納為四種：單質(zhì)硫、硫化物內(nèi)的硫、硫酸鹽內(nèi)的硫、含硫有機物 內(nèi)的硫。除了硫酸鹽內(nèi)的硫不能發(fā)生燃燒反應(yīng)，其余三種均能發(fā)生燃燒反應(yīng)，后三種稱為可 燃性硫，而硫酸鹽硫稱為非可燃性硫。當(dāng)可燃性硫發(fā)生燃燒反應(yīng)時，絕大部分會變成SO2, 只有1%5%會進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO3,此過程發(fā)生的主要反應(yīng)如下：單質(zhì)硫燃燒：sw 一義：上.二一硫鐵礦中硫的燃燒：二-: ： -二硫醚等有機硫的燃燒：-i H7S + 07 t SO- + H7Q回轉(zhuǎn)窯內(nèi)SO2的產(chǎn)生主要來源于燃料煤與生料中含有的硫鐵礦等含硫物質(zhì)，有一部分 是這些物質(zhì)在高溫下分解生成的，另外的

6、則是燃燒反應(yīng)生成的?？墒牵嗌a(chǎn)的最主要原 料就是石灰石，其在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫條件下會生成CaO,其對SO2會有吸收反應(yīng)，而且在回 轉(zhuǎn)窯內(nèi)各個位置都進(jìn)行著SO2的吸收反應(yīng)，比如Fe2S剛進(jìn)入窯內(nèi)在頂部旋風(fēng)筒內(nèi)燃燒生成 的SO2,大概有70%會立即就被CaO吸收固定下來。當(dāng)生料運送到最低級的旋風(fēng)筒時，由 于溫度更高，CaO的活性更大，SO2與其反應(yīng)速度更快，這樣窯內(nèi)氣流中的SO2絕大部分 被固定下來。由此可見，新型干法水泥生產(chǎn)工藝中熟料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒過程自身就能有極 高的脫硫功能，煤和原料中的硫分最終絕大部分存在于熟料中，只有很少一部分SO2沒有 被固定下來，隨廢氣從窯尾煙囪排出。新型干法水泥生

7、產(chǎn)工藝中所用的燃料煤無論是從窯頭位置還是分解爐位置噴入，其燃燒過程 中生成的SO2都要經(jīng)過分解爐，而在分解爐中會含有非常多的石灰石分解而成的CaO，由 于CaO量非常多，且爐內(nèi)溫度非常高導(dǎo)致其活性非常大，因此SO2絕大部分被CaO吸收并 進(jìn)一步氧化生成CaSO4,變成穩(wěn)定物質(zhì)存在于熟料中。只有生料中的FeS2產(chǎn)生的SO2才有 可能存在于預(yù)熱器的廢氣中，新型干法水泥生產(chǎn)工藝生產(chǎn)過程中SO2的排放量可認(rèn)定主要 跟原料中的SO3含量有關(guān)，故而新型干法水泥生產(chǎn)工藝SO2的排放量可通過下式進(jìn)行推算：G河=64/80 xt熟料耗生料量對含量K Cl-Og收率)X1QW 熟料如前所述，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)，水泥生料中

8、的SO3含量不高于0.5%；此外，根據(jù)普遍的水泥 行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，新型干法水泥生產(chǎn)過程中回轉(zhuǎn)窯內(nèi)硫的吸收率介于92%100%。本計算中， 取生料中SO3的含量為最大的0.5%，吸收率取最低的92%，1t熟料耗生料量取為普遍的 1.52t，帶入上式可得：64= xl.52x 0.5%x (1- 92%) x 10 s = 0.49kg S03/tB上面計算結(jié)果即為新型干法水泥生產(chǎn)廠如果嚴(yán)格按照水泥工廠設(shè)計規(guī)范(GB50295-2008) 要求進(jìn)行水泥生產(chǎn)時，每生產(chǎn)1t熟料理論上所能排放的SO2量最多為0.49kg，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的0.6kg SO2/t熟料限值(即水泥行業(yè)SO2排放標(biāo)準(zhǔn)：200mg

9、/m3)。但當(dāng)水泥生料中SO3 的計算含量較高時，則可能會超出標(biāo)準(zhǔn)限值，不滿足達(dá)標(biāo)排放。由于水泥生產(chǎn)過程中自身的除硫效率就非常高，而且如果窯尾廢氣收塵裝置采用的是 袋除塵裝置時，廢氣通過袋子時，袋上附著的堿性物質(zhì)能進(jìn)一步吸收SO2,其去除效率會更 高。一般窯尾采用電除塵除塵裝置的新型干法水泥廠的SO2的排放量即為生產(chǎn)過程中的產(chǎn) 生量，而窯尾采用袋除塵裝置的新型干法水泥廠的SO2的排放量則略小于生產(chǎn)過程的產(chǎn)生 量。綜上，可知如果新型干法水泥廠按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，并采用袋除塵設(shè)施對窯尾廢氣 進(jìn)行除塵，則其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的SO2完全能夠達(dá)標(biāo)排放，無需額外吸收SO2設(shè)施。2 NOX排放量的測算氮氧化

10、物即NO和NO2等的混合物，一般寫作NOX。在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)發(fā)生的燃燒過程中， 根據(jù)不同的機理可將生成的NOX分成三種。即前面提到的燃料型NOX、熱力型NOX和激 發(fā)型NOX。根據(jù)研究成果，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)這三類NOX的產(chǎn)生量與窯內(nèi)的熱力條件有關(guān)，隨著 熱力條件的變化，它們的表現(xiàn)也有區(qū)別。燃料性NOX和激發(fā)型NOX隨溫度的變化自身生 成率變化不大，而熱力型NOX的生成則與溫度變化關(guān)系很大。當(dāng)溫度150C時，熱力型 NOX的生成量與燃料型NOX的生成量差不多，當(dāng)溫度150C時，熱力型NOX的生成量 則會隨著溫度的升高，生成率變大。新型干法水泥工藝中回轉(zhuǎn)窯內(nèi)主要是產(chǎn)生NO,只產(chǎn)生很少量的NO2,后者質(zhì)量占據(jù)不

11、到NOX總質(zhì)量的5%。由于當(dāng)NO排放到自然界中后，其在光照條件下會被轉(zhuǎn)化為NO2， 而且排放標(biāo)準(zhǔn)中是以NO2的折算量作為限量標(biāo)準(zhǔn)，故需要將煙氣中的NO也折算成NO2量 進(jìn)行排放量進(jìn)行計算。把NO的質(zhì)量去乘1.53，并把10%O2含量最為基準(zhǔn)，進(jìn)行計算。新型干法水泥生產(chǎn)工藝中燃料要從兩個位置噴入回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，即窯頭和分解鋁。一般 窯頭最高煅燒溫度能至少達(dá)到1600C，而且燒制過程中產(chǎn)生的廢氣在該段停留時間也很長。 在分解爐內(nèi)，噴入的燃料屬于無焰燃燒，溫度約為900 C。根據(jù)大量統(tǒng)計結(jié)果，對于火電行 業(yè)和工業(yè)鍋爐，當(dāng)溫度一定時，爐內(nèi)的NOX生成量與爐內(nèi)的燃煤量有直接的關(guān)系，當(dāng)燃燒 溫度達(dá)到1600攝

12、氏度時，每燃燒1t的煤將會產(chǎn)生大概16kg的NOX，而當(dāng)溫度為900C時， 煤燃燒1t的煤則只會產(chǎn)生大概7kg的NOX。此外，新型干法水泥生產(chǎn)工藝過程中一般有40% 的煤是從窯頭噴入回轉(zhuǎn)窯的，60%的煤是從分解爐進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的，結(jié)合上面統(tǒng)計數(shù)據(jù)，則可 利用如下計算式，對新型干法水泥生產(chǎn)過程中窯尾NOX的產(chǎn)生量做一個定性計算：G恒=(0.4 X 16 + Oj6X 7)BDX料當(dāng)新型干法水泥生產(chǎn)工藝每生產(chǎn)1t的熟料將要消耗160kg左右的，即B0=160kg/t熟料， 此時每生產(chǎn)1t熟料新型干法水泥生產(chǎn)中將產(chǎn)生的NOX量：=(0.4 X 16+ 0.6 X 7) X 160 X 10s 二 1.696kg NOH/t孰料當(dāng)新型干法水泥生產(chǎn)工藝每生產(chǎn)1t的熟料