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水泥厂主要有害气体的防治

一、二氧化硫污染治理技术
       水泥生产中减少SO2排放有下列几种措施:更换原料;在生料磨内吸收;加消石灰——Ca(OH)2;设D-SOx旋风筒;设水洗塔等。目前我国水泥工业只是采用在生产过程中尽量减少SO2产生的方法。其中最简单有效的方法就是新型干法生产线选择合适的硫、碱比,同时采用窑磨一体机运行和袋式除尘器。
采用窑磨一体的废气处理方式,把窑尾废气引入生料粉磨系统。在生料磨内,由于物料受外力的作用,产生大量的新生界面,具有新生界面的CaCO3有很高的活性,在较低的温度下,能够吸收窑尾废气中的SO2;同时生料磨中,由于原料中水分的蒸发,有大量水蒸汽存在,加速了CaCO3吸收SO2的过程,把SO2转变成CaSO4,使窑尾废气中的20%~70%SO2固定下来。
由于袋除尘器的滤袋表面捕集的碱性物质与试图通过滤袋的SO2、NO2酸性物质结合成盐类,酸性气体的浓度可削减30%~60%。可见袋除尘器可成为治理水泥工业粉尘和有害气体的多功能设备。
二、氮氧化物的污染防治
       防治Nox的首要措施就是优化窑和分解炉的燃烧制度,保持适宜的火焰温度和形状,控制过剩空气量,确保喂料量和喂煤量均匀稳定,保障篦式冷却机运行良好,采用低NOx的喷煤管等。采取这些措施后,使NOx降到1000mg/m3以下是可能的。但是要执行修订后的新排放标准(GB4915-2004),同时考虑窑操作不正常情况,还需设置专门的脱氮措施。下面简单介绍一下氨还原脱氮法。
       它是用NH3非接触性地消除废气中的NO,是由美国Exxon研究和工程公司开发的,并在1974年在原联邦德国获得专利,此后得到了进一步发展。
       该方法的主要原理是NH3和OH-反应成NH2和H2O,NH3再与NO反应生成各种中间产物和分子氮、水等化合物,从而消除NO。
       此外,在还原性气氛条件下,由于存在CO、H2等还原性气体,在生料中存在的Fe2O3和Al2O3的催化作用下,可以将已被氧化生成的NOx还原成为无害的N2,从而大大降低了NOx排放。NOx的这一反应机理,为水泥窑降低NOx排放的措施指出了努力方向。
三、 氟化物污染的防治
       熟料烧成过程产生的氟化物来自于原、燃料。有些粘土中含有氟,特别是目前我国部分立窑厂出于降低热耗的目的,以含氟矿物(萤石)掺入生料中,在烧成中大部分氟化物和CaO,Al2O3形成氟铝酸钙固容于熟料中,极少部分随废气排出。
       防治氟化物污染的可靠办法是不用含氟化物高的物质作为原料,更不能采用萤石降低烧成温度而使用。
四、 二氧化碳减排
4.1、减排途径
1)用大、中型新型干法水泥生产线代替其它高热耗水泥工艺生产线。
       此种窑生产每吨熟料烧成用煤的CO2排放量分别是普通机立窑、立波尔窑、湿法窑、中空窑、预热器窑、小型预分解窑的68.2%、79.8%、49.9%、56.8%、68.2%、88%。
       据测算,若把热耗大于3400kJ/kg熟料的生产线全部改造成热耗小于3400KJ/kg熟料的大、中型新型干法生产线,用于水泥熟料烧成将减排耗用燃料总量9%的二氧化碳温室气体。
2)余热利用减排
       (1)烘干原燃料。用废气的余热烘干原燃料可省去烘干用煤,生产每吨水泥熟料可省去烘干用煤0.02吨,减少0.0476吨CO2排放。
       (2)低温余热发电。目前新型干法水泥生产工艺,把窑尾废气用于原料烘干,使生料磨和窑一体化工作。一般,生料磨仅用窑尾废气的70%,其余用于余热发电,冷却熟料的尾气可全部用于余热发电。一些水泥厂低温余热发电的平均数据证实:生产1吨水泥熟料发电即30kwh。拒测算一条年产150万吨(5000t/d)水泥熟料的新型干法生产线每年可减排5万多吨二氧化碳。
3)采用替代燃料减排
       用城市生活垃圾等可燃性废弃物替代煤煅烧水泥熟料,在提供同样热量的情况下,用可燃性废弃物中含有碳的总量少于煤,燃烧后排出的CO2总量也少于煤。据英、美国近年来水泥行业利用可燃废料的经验表明,在相同单位热耗的情况下,每生产1吨熟料燃烧所生产的温室气体CO2的数量,一般只有烧煤时的一半左右。
4)改变原料或熟料化学成分减排
       (1)用不产生CO2且含有CaO的物质作原料。如化工行业的电石渣主要化学成分为Ca(OH)2,1吨无水电石渣含0.54吨CaO,用电石渣作为水泥生产原料,不会排出CO2。与以石灰石含65%CaO作为水泥生产原料相比,利用1吨无水电石渣相当于减排0.425吨CO2;又如高炉矿渣、粉煤灰、炉渣中都比粘土含有更多的CaO,能减少配料中石灰石的比例,这些经高温煅烧的废渣、在生产水泥时不会再排出CO2。上述废渣每提供1吨CaO则减少排放0.7857吨CO2。若全用电石渣提供水泥熟料中的CaO,生产每吨水泥熟料减排0.511吨CO2。一条2000t/d新型干法生产线全部用电石渣替代石灰石,一年可减排30.66万吨CO2。另外,上述废渣作为原料生产水泥还能降低熟料烧成温度,从而降低煤耗,也起着减排CO2的作用。
       (2)降低水泥熟料中CaO的含量。目前,国内外进行低钙水泥熟料体系的研究和开发,即降低熟料组成中CaO的含量,相应增加低钙贝利特矿物的含量,或引入新的水泥熟料矿物,可有效降低熟料烧成温度,减少生料石灰石的用量,降低熟料烧成热耗。低钙高贝利特水泥可把熟料中CaO降到45%,比现行硅酸盐水泥熟料少排10%左右(约0.16吨)的CO2。
5)提高水泥、砼质量以提高熟料强度和减少水泥中熟料含量
       (1)减少水泥熟料用量。减少水泥熟料用量表现在两个方面,一是磨制水泥在保证水泥性能的同时多加混合材,二是在拌制混凝土时使用替代水泥材料。现在,国内已用磨细高炉矿渣替代水泥40%左右,国外某研究单位替代到80%以上,我国进行的高掺量粉煤灰水泥研究,都为水泥工业减排CO2提供了技术途径。
       (2)大力发展绿色高性能混凝土代替常规混凝土。1994年吴中伟院士提出了绿色高性能砼(GHPC)的概念。GHPC具有以下特点:①大量节省水泥熟料。在GHPC中不是熟料水泥,而是磨细水淬矿渣和分级优质粉煤灰、硅灰等或它们的复合成为凝胶材料的主要成分,从而使原料及能源消耗及CO2排放量大大减少。②大量使用工业废渣为主的细掺料、复合细掺料和复合外加剂代替部分熟料,以降低污染,保护环境。国外已成功地用磨细矿渣和优质粉煤灰替代50%以上熟料制作HPC。③发挥HPC的优势,通过提高强度、减小结构截面面积或结构体积减少混凝土用量,从而节省水泥生产量。
       (3)发展高标号水泥。设立建筑质量标准,使高质量、高标号水泥和其他建材制品扩大生产,促进先进生产技术的发展。
6)引进、开发更为先进的烧成技术
       熟料的理论热耗约为1759kJ/kg。70年代发明水泥预分解技术以后,加上预热系统的进一步改善,熟料热耗降低到2929kJ/kg,热效率已达60%;要进一步降低熟料热耗,必须研制开发更新的窑型,譬如沸腾层煅烧流态化窑等,同时采取其它一系列辅助措施,如改进预热器系统、提高换热效率、降低阻力损失等。
       沸腾煅烧工艺被认为是目前煅烧水泥熟料的最先进技术。它的主要特征是取消回转窑,在传热效率更高的流化床中完成水泥的煅烧。占地面积小、热效率提高,NOx和CO2的排放量也随之减少。
4.2、利用清洁发展机制(CDM)
       清洁发展机制(简称CDM),源于巴西提出的通过征收发达国家未能完成温室气体减排义务而提交的罚金所建立的"清洁发展基金",经过谈判达成目前在京都议定书第12条所确立的合作机制,是《京都议定书》中引入的温室气体减排的三种灵活履约机制之一。CDM允许缔约方与非缔约方联合开展二氧化碳等温室气体减排项目,这些项目产生的减排数额可以被发达国家作为履行他们所承诺的限排或减排量。也就是说,发达国家通过提供资金和环保技术帮助发展中国家实现减排温室气体,同时从发展中国家购买因此得到的“可核证的排放削减量(CERs)”以履行“京都议定书”规定的减排义务。对发达国家而言,和发展中国家合作实施的CDM项目提供了一种灵活而且较低成本的履约方式;而对于发展中国家,通过CDM项目可以获得部分资金援助和先进技术。
       中国水泥工业减排的潜力非常大,潜在的水泥工业CDM项目很多,应不失时机地抓住机遇。

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