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    燒結磚煙氣的治理

    作者:燒結磚人氣:發表時間:2019-01-23

      當前,國內大部分燒結磚企業,生產線都緊靠主要原料礦山,因而廠區位置一般距城區較遠。企業生產規模的確定,需要考慮產品合理的銷售半徑,當生產規模較高時,可能出現燒結磚到需求市場的運距太遠,運費偏高,燒結磚缺乏競爭能力,造成產品積壓。因此,燒結磚企業大多建立在距城區20~30公里的范圍,這部分燒結磚企業,基本是年產量4000萬塊左右的中型企業。

      即便在鄉鎮地區,燒結磚企業的分布與生產規模,往往都遵循產品需求市場的距離和容量,一鎮一廠或一鎮兩廠較為普遍。此外,燒結磚企業的建設,地方政府設定的入門政策普遍較低,對生產規模、工藝、設備、產品、資金、環保等方面基本沒有太高的要求。除生產規模較低外,一次碼燒工藝、兩次碼燒工藝、輪窯、小斷面隧道窯、普通擠磚機、真空擠磚機等設備選擇,形式多樣,技術水平較低。這樣的燒結磚企業,存在一個共同的特點,不考慮煙氣的治理,少量的企業,僅僅采用對煙氣進行煙囪排放處理。

      隨著經濟建設的飛速發展,城鎮化建設使得城區與燒結磚企業的距離越來越近,地方政府對燒結磚企業煙氣污染的影響,越來越重視,這就需要中型燒結磚企業,甚至年產6000萬塊以上的大型燒結磚企業,高度關注燒結磚煙氣的治理,否則煙氣污染造成的社會影響,必定對企業的發展帶來一定制約。

      1、煙氣的生成及煙囪排放

      隨著燒結磚企業的發展及企業自身財富的不斷積累,燒結磚廠的工藝、設備及技術水平,得到了很大的提升。對于燒結磚煙氣的處理,企業已具備逐步采取措施,進行處理的能力,從而提升企業形象,減少因煙氣污染帶來與廠區周邊的環境糾紛。
     

      1.1煙氣的產生

      燒結磚工藝中,常常將燃料作為內燃料,摻配到頁巖中,也可采用具有一定發熱量工業廢渣,作為內燃料,摻配到制磚原料中。產品燒結過程中,燃料中的部分SO 2,與制磚原料中的K2O、Na2O發生反應,生成硫酸鹽,留在燒結磚坯體內,成為燒結磚泛霜的因素。部分內燃料及外投煤中的SO 2,在燒結過程中,生成含硫煙氣。

      按照JC/T 713-2007《燒結磚瓦能耗等級定額》標準,人工干燥、隧道窯燒成工藝形式,燒結磚企業的能耗等級定額,一級、二級和及格級的煤耗定額分別為15.2、17.6和23.2kg標煤/t,如采用發熱量為6000kCal/kg的實物煤時,及格級的煤耗定額為27.1kg煤/t。

      生產普通燒結磚時,每塊產品重量為2.3~2.5千克。每噸產品得到435~400塊,則1萬塊燒結普通磚的實物煤耗達到623~678kg。

      生產空心磚時,根據GB13545-2003《燒結空心磚和空心砌塊》標準,產品強度等級指標要求,密度等級范圍為每立方米產品質量分別≤1100千克和≤800千克。每立方米產品折標磚得到680塊,此時,折標磚重量為1.62~1.18千克。則1萬塊折標磚的實物煤耗僅為439~320kg??招拇u與普通磚相比,萬磚實物煤耗分別降低189~358千克。

      燃料增加,燃燒所需空氣量增加,空氣過剩系數提高,煙氣生成量大幅度提高,燒結磚煙氣的治理難度提高。因此,燒結磚生產中,產品必須是空心磚或空心砌塊。從而減少燒結磚尾氣的生成數量,除有利于尾氣處理設備的選型外,同時能提高脫硫效率,降低脫硫設備的運行費用。

      在燒結磚生產中,準確地計算燃料燃燒的空氣需要量及煙氣生成量,所需檢測數據較多??梢园礋嶂涤上卤斫频夭槌雒喝紵璧目諝饬亢腿紵a物量。

      理論空氣量及燃燒產物量 【1】

      煤的熱值

      (千卡/公斤)名稱單位過??諝庀禂?/span>

      123456

      5500空氣量

      煙氣量標準米3/公斤6.06

      6.5512.12

      12.6118.18

      18.6724.24

      24.7330.30

      30.9936.36

      36.85

      6000空氣量

      煙氣量標準米3/公斤6.56

      6.9913.12

      13.5519.68

      20.1126.24

      26.6732.80

      33.2339.36

      39.79

      6500空氣量

      煙氣量標準米3/公斤7.07

      7.4414.14

      14.5121.21

      21.5828.28

      28.6535.35

      35.7242.42

      42.79

      過??諝庀禂禐?時,1kg發熱量為6000kCal的實物煤,能產生20.11標準m³的煙氣。1萬塊普通磚的煤耗為678.6kg。產生13647標準m³的煙氣。此時因窯爐熱效率、窯爐內壓力等因素的變化,燃燒產物隨著煙氣溫度提高,體積增加。煙氣體積變化,但煙氣成分中SO 2的質量不變。1kg實物煤中S的含量為0.5%時,如S全部轉化SO 2,煙氣中SO 2含量達到0.01kg。1萬塊普通磚的煤耗為678.6kg時,煙氣中SO 2含量達到6.786kg。

      1.2煙氣總量及SO 2的排放量

      以日產20萬塊燒結普通磚生產線為例,成型水分為17%、濕坯重3.4kg、干燥殘余水分7%、煙氣溫度為130度時、每小時所需煙氣的體積為13.353萬m³,全天煙氣總量約為320萬m³。隨著煙氣溫度的降低,干燥工段后煙氣總量有所減少。

      以1萬塊普通磚的煤耗為678.6kg計算,煙氣中SO 2含量達到20萬×6.786kg/萬=135.72kg,每小時SO 2排放量約為5.53kg。

      以每立方米煙氣中SO 2排放量計算,約為0.424mg/m³。

      1.3煙囪排放

      燒結磚工藝中,濕坯的干燥,利用鍋爐引風機,將隧道窯煙氣送到干燥窯內,對濕坯進行干燥,隨著產量、干燥周期、產品規格、原料性能、干燥設備、成型水分等因素的改變,干燥環節所需的煙氣溫度及體積并不相同,高溫煙氣經過與濕坯的濕熱交換后,煙氣最終排放量,主要集中在干燥窯排潮口。此時,煙囪設置在干燥窯排潮口處。

      例1,A燒結磚廠,年產2500萬塊燒結磚,采用電廠粉煤灰為內燃摻配料,補充少量原煤。24門輪窯,6條正壓排潮干燥室,輪窯的高溫煙氣經1臺12號鍋爐引風機送到干燥室,熱交換后,煙氣由干燥室頂部4排排潮口有組織排放。投產3年多,生產工藝對環境并未產生有害影響。此后,因粉煤灰的供應不能滿足生產要求,燒磚燃料全部采用原煤。相同的生產工藝,煙氣經干燥室頂排潮口排放,由于煙氣中SO 2濃度升高的影響,廠區周邊林木樹葉逐漸發黃脫落,企業與部分農戶發生環境糾紛,不得已,企業每年為環境糾紛補償4.5萬元。

      此后,通過技術論證,企業決定投資8萬元,在干燥室排潮口附近,修建高度為45米煙囪,將干燥室排潮口封閉,煙氣全部由煙囪有組織高空排放,通過高空稀釋擴散,SO 2的落地濃度雖然沒有檢測,但是廠區5km范圍內,再沒有環境糾紛產生。

      例2,B燒結磚廠,年產5000萬塊燒結磚,采用鍋爐渣為內燃摻配料,補充少量原煤。一次碼燒隧道窯工藝,3條寬度2.5米隧道窯,兩條相同寬度的干燥隧道窯,隧道窯煙氣通過3臺12號鍋爐引風機,送入干燥隧道窯,熱交換以后,煙氣由煙囪排放。煙囪高度為75米,投資達到40萬元。隨著煙囪高度增加,SO 2的落地濃度越低。

      采用煙囪高空稀釋擴散的方式,可以有效地降低煙氣中SO 2對環境的污染危害。同時,干燥工藝制度得到改善,干燥產量能夠提高。

      對于環境敏感因素較多的燒結磚企業,煙囪排放方式,只能在煙氣中SO 2排放量滿足排放標準的情況下應用。

      2、煙氣的治理

      2.1燒結磚煙氣特征

      燒結磚工藝中,有一次碼燒和二次碼燒的區別,隧道窯焙燒過程中,焙燒高溫煙氣或余熱煙氣由鍋爐引風機抽取,送到干燥室,用于磚坯的干燥。

      寬斷面長隧道窯一次碼燒工藝中,鍋爐引風機在出車端抽取煙氣,是隧道窯冷卻段的余熱煙氣,SO 2含量較低,此時,干燥后的煙氣可不經過脫硫處理。而由進車端抽取的煙氣為高溫帶煙氣,這部分煙氣,SO2含量較高,需要脫硫處理。

      中斷面隧道窯一次碼燒工藝,隧道窯所有煙氣由鍋爐引風機抽取,通過相同斷面的干燥窯后,煙氣溫度降低,濕度提高,煙氣流速很低。這部分煙氣,SO2含量較高,需要脫硫處理。

      二次碼燒工藝,隧道窯所有煙氣由鍋爐引風機抽取,送入多條隧道式干燥室,通過干燥室后,煙氣溫度降低,濕度提高,煙氣流速很低。這部分煙氣,SO2含量較高,需要脫硫處理。

      燒結磚燃煤煙氣SO 2的治理,與火電廠煙氣治理類似,分別在燃燒前、燃燒中及燃燒后三個階段。

      2.2燃燒前階段

      燃燒前階段,應盡量采用工業廢渣作為燃料,如粉煤灰、鍋爐渣,其中SO 2含量低,燃燒后,煙氣中SO 2的危害也較小。其次,應嚴格選擇硫含量低于1%的原煤作為燃料。

      2.3燃燒中階段

      燃燒中階段,爐內摻鈣的脫硫方式,因外投煤的燃燒條件限制,鈣質脫硫劑與原煤中的SO 2不能充分接觸,脫硫效率較低,應用較少。其次,燒結磚工藝中,燃料作為內燃摻配料,與制磚原料混合,成型及干燥后,碼入隧道窯中焙燒,燃料燃燒中,硫與原料中的金屬化合物,形成部分不融于水的硫酸鈣及可溶性硫酸鹽。由于燒結磚內可溶性硫酸鹽引起泛霜、同時石灰引起燒結磚的石灰爆裂。因此,采用添加石灰石粉作為鈣質脫硫劑,在磚坯內部的焙燒過程中進行脫硫的方式,脫硫效率如何,研究較少,也未見報道。

      2.4燃燒后階段

      燃燒后階段主要依靠煙氣治理,目前煙氣脫硫治理的理論及工藝模式有200多種,其中,具有商業意義并投入工業運行的煙氣脫硫技術,不過10多種。在大型火電廠煙氣脫硫應用中,普遍采用濕式石灰石-石膏法的脫硫工藝,該脫硫工藝,以石灰石粉漿液為脫硫劑,通過在吸收塔內與煙氣接觸,吸收煙氣中的SO 2,進行化學反應生成亞硫酸鈣,再利用風機鼓入空氣氧氣,將亞硫酸鈣轉化成石膏(即二水硫酸鈣),脫硫效率達到90%以上。

      但是,火電廠采用的濕式石灰石-石膏法脫硫裝置,存在投資高,占火電廠總投資的15%左右,脫硫裝置脫出1kgSO 2,脫硫成本達到0.60~2.80元【2】,運行費用高,脫硫裝置占地面積較大等問題。

      2009年3月,國家環境保護部門發布《工業鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術規范》(HJ462-2009)國家環境保護標準,針對工業爐窯煙氣治理的特點,提出了煙氣脫硫4種工藝方法、脫硫劑的種類、脫硫裝置及相關的技術規范要求。規范中一體化脫硫裝置已經具備吸收、反應、氧化、除霧為一體的功能。脫硫裝置及系統造價,大幅度降低。

      燒結磚企業,可根據煙氣性能及特點、脫硫劑的來源、所在的地區環境因素綜合考慮。采取技術規范中任意一種脫硫工藝方法,對煙氣進行治理。

      燒結磚企業應用的脫硫設備,需要重視燒結磚廠干燥后煙氣溫度低、壓力低、含硫低、濕度高的特點,同時重視脫硫裝置系統阻力增加后,對干燥窯干燥效果的影響。否則,配套脫硫裝置后,對燒結磚干燥及燒成的正常運行,均有一定負面影響。

      2.4.1 脫硫方法與脫硫劑

      燒結磚企業可根據《工業鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術規范》中對脫硫設備的技術性能,結合企業的實際條件,選擇脫硫方法與脫硫劑。

      脫硫裝置主要技術指標

      序號效率脫硫方法液氣比鈣(鎂)硫比循環液PH值

      1大于90%石灰法>5<1.105.0~7.0

      2氧化鎂>2<1.055.0~7.0

      3石灰石法>10<1.055.0~6.0

      4雙堿法>2<1.105.0~8.0

      脫硫劑包括生石灰(成份為CaO)、消石灰(成份為Ca(OH)2)、石灰石粉(成份為CaCO3)、氧化鎂、氫氧化鎂、氫氧化鈉,以及電石渣等堿性廢渣。

      石灰石法中,脫硫劑石灰石粉的細度需保證250目90%過篩率。雖然石灰石材料費用低,但需要建設球磨系統,運行費用高、占地面積較大。

      表中所列四種脫硫方法,燒結磚企業采用石灰法較為恰當。脫硫劑可外購。

      脫硫劑及脫硫裝置運行費,對脫硫成本影響較大。

      2.4.2液氣比與系統阻力

      脫硫裝置主要技術指標中,液氣比指標,指脫硫漿液流量與吸收塔內通過的煙氣流量的比值。液氣比太低,脫硫劑料漿對煙氣中SO2的吸收效果低,使得出脫硫塔煙氣中SO2濃度升高,脫硫效率降低。液氣比高時,使得出脫硫塔煙氣中含水量增加,后續設備的腐蝕程度提高,重要的是一體化脫硫塔中除霧器的影響,為保證凈化煙氣通過煙囪后,避免出現煙囪雨,脫硫塔中除霧器起到關鍵作用。煙氣水分提高后,除霧器的工作負荷增加,脫硫塔內系統阻力提高,不僅影響脫硫系統安全穩定運行,同時對干燥室及燒成隧道窯的運行產生影響。

      例3,C燒結磚廠,兩次碼燒工藝,隧道窯煙氣由2臺16號鍋爐引風機送入12條隧道式干燥室,熱交換后,干燥室煙氣由1臺18號軸流風機送入簡易脫硫裝置,脫硫劑為氫氧化鈉。脫硫后煙氣經除霧器,進入煙囪排空。該脫硫裝置運行后,隧道式干燥室內連續出現濕坯垮塌,干燥廢品增加。通過分析,主要是脫硫裝置內除霧器的阻力影響,造成軸流風機出口阻力增加,使得干燥室內煙氣不能及時排除,造成干燥室內濕坯垮塌,當降低除霧器的阻力后,系統阻力下降,干燥室內濕坯垮塌現象消失。

      同樣的原因,當脫硫裝置與燒成隧道窯配套時,由于除霧器的阻力影響,系統阻力提高,如果脫硫裝置的排風機技術性能不能配合,燒成隧道窯內正壓現象將長時間存在,含硫煙氣外溢,對窯爐及其他金屬構件造成危害。

      2.4.3防腐蝕材料

      溫度低,濕度高是燒結磚煙氣的主要特征,因而,干燥室與脫硫裝置的系統中,煙氣對金屬構件的腐蝕,需要重視。

      脫硫塔管道、筒體等構件內表面,必須采用玻璃鋼、聚丙烯等防腐材料。

      脫硫裝置的排風機,長期輸送潮濕煙氣,容易腐蝕,因此,風機殼體必須采用樹脂涂層,風機葉輪需采用不銹鋼材料。

      3結束語

      燒結磚煙氣的治理,在燃燒前,需要選擇粉煤灰及鍋爐渣為內燃摻配料,或者采用硫含量低于1%的原煤??刂茻煔庵蠸O2的含量。其次,產品應完全是燒結空心磚或空心砌塊,減少生成的煙氣總量。

      燃燒后,煙氣的治理,若在環境保護不敏感的地區,可采用煙囪高空稀釋排放的方式。需要進行脫硫治理時,可根據煙氣特征,脫硫劑種類,采用《工業鍋爐及爐窯濕法煙氣脫硫工程技術規范》中任意一種脫硫方法實施。

      燒結磚企業爐窯濕法煙氣脫硫工程技術的應用,需要委托設計咨詢部門,對燒結磚生產線工藝配置情況、內燃摻配料、原煤、生產規模等方面進行工藝平衡,對平面位置和脫硫廢渣處置進行合理規劃,同時對區域環境進行評價后,提出經濟適用的一體化脫硫塔,煙氣脫硫環節才能實現較高的脫硫效率和較好綜合效益。

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