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
北极星环保网 来源:《水泥》 作者:徐兵波等
北极星环保网讯: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。
