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砖知丨如何才能实现烧结砖企业大气污染物达标排放要求

砖知丨如何才能实现烧结砖企业大气污染物达标排放要求

发布日期:2017-12-05 作者: 点击:

烧结砖瓦厂工艺及烟气污染治理实践中发现:原料性能、产品规格和生产规模、工艺装备性能、窑炉结构及脱硫系统设置等方面的技术措施,对烟气排放性质均存在较大影响。需要对工艺全过程进行控制,才能实现烧结砖企业大气污染物达标排放要求。


2016年4月,根据我省某地区环保局的要求,我们对该地区10家烧结砖企业生产线的原料、产品、工艺构成、窑炉结构、配置的环保设施运行情况进行了考察和调研。通过对企业生产现状中焙烧系统、大气污染物排放要求、脱硫系统运行状况、干燥、焙烧系统烟气治理方式、稳定排放要求等方面的分析,有如下认识和体会,供烧结砖企业参考。


1、概况

10家烧结砖厂烧成隧道窑分别为3条截面4.8m隧道窑、10条截面3.6m隧道窑和9条截面2.5m隧道窑,共22条烧成隧道窑。生产工艺均为“一次码烧”。页岩为主要原料,内燃掺配料采用锅炉渣、粉煤灰及原煤。原料制备环节,均采用锤式破碎机、回转筛筛分。10家砖厂均采用不同规格双级真空挤砖机成型,配置湿坯输送、自动编组以适应人工、机械和机器人码窑车。


根据不同窑炉规格分别采用了三种码窑车方式,截面2.5m窑炉,采用人工码窑车(其中一家企业采用了机器人码窑车、一家采用了机械码窑车);截面3.6m窑炉,采用机械码窑车;截面4.8m窑炉,采用机器人码窑车。


干燥和焙烧环节中,焙烧隧道窑全部烟气由风机送入隧道式干燥室,经与湿坯热交换后,全部尾气再经风机送入尾气净化系统,经脱硫、去氟和除尘后,尾气进入烟囱。部分企业在烟囱底部设置了二次喷淋系统,对尾气进行二次脱硫处理。


10家烧结砖厂均采用性能相同的页岩,内燃掺配料来源也基本相同,原料性能参数分别见表1。

(何种类型的硫?是指全硫还SO3?)   

因10家烧结砖厂因生产规模、烧成隧道窑截面不同等因素,其原料制备,成型编组码窑车,干燥和烧成,烟气治理等环节出现较大差异。本文根据烧成隧道窑截面4.8m、3.6 m和2.5 m的参数,将10家企业22条隧道窑的工艺水平简化为较高、一般和较低三种形式进行分析。


2、原料制备

10家烧结砖厂,由于采用相同的页岩原料,制备工艺构成中,原料由破碎、筛分、搅拌、堆放或陈化构成。采用的设备规格根据生产能力大小,有所区别。一般条件下,页岩经一级鄂式破碎机粗破碎、二级锤式破碎机细破碎,然后进入回转筛筛分,合格细粉料进入搅拌和陈化工序,筛上料返回锤式破碎机再次破碎。

表2中原料制备工艺过程,对较高工艺水平的企业而言,由内燃掺配环节到混合料进入陈化库,工艺完善,配料准确,混合料水分控制采用自动计量,原料进厂后,有较大面积的堆棚,能够很好地控制混合料保持较低的成型水分。


对于一般工艺水平的企业而言,原料制备环节中,存在配料不准确的情况,人工搅拌加水,造成混合料水分的波动。


对较低工艺水平的企业而言,配料和搅拌加水均采用人工操作,混合料采用堆放形式,不利的影响因素较多。


三种工艺形式,均采用锤式破碎和筛分,混合料细度满足空心砖和空心砌块的成型要求。然而,由烟气污染治理要求分析,较高工艺水平的企业配料准确,可以避免焙烧中添加外投煤引起的烟气中硫含量增加;成型水分低,能够保持较低的干燥需热量,减少了空气过剩系数;陈化库的充分利用,利于空心砌块规模化生产,降低烧成能耗,提高生产效率。与之相比,其他两种工艺形式,由于配料准确性降低,外投煤增加,干燥所需烟气量和排放量相应增加,烟气治理难度提高。


3、成型、编组及码坯

10家烧结砖厂,由于生产规模不一,采用的双级真空挤砖机规格不同,编组和码坯设备工艺也各不相同。工艺构成见表3。

表3数据表明,三种工艺形式,均配置了60型双级真空挤砖机,该设备性能,是生产空心砖和空心砌块的根本保证。编组和码坯形式中,较高工艺水平的企业,采用机器人码坯,比较适应大规格空心砌块码坯的码坯工艺要求,坯垛稳定,整齐,烟道平直,垛身阻力小,码坯质量较好,能够适应干燥、焙烧的需要,有利窑内截面温度的均匀性,对降低燃料消耗、提高产品质量和产量有利。为烟气治理提供较好的条件。而3.6×3.6 m窑车的码坯,多采用机械码坯,夹具一次夹一层,每层432块普通砖湿坯,生产普通砖时,效率较高,码坯质量较好。但是,改产空心砖时,调整夹具的难度较大,不适应多种规格的大块空心砌块生产。烟气治理中,普通砖产生的尾气量较高,治理难度大。对于较低工艺水平的企业,即便能够生产空心砌块,由于人工码坯,砖垛倾斜,稳定性较差,烟道阻力较高,码垛质量差,热耗高,同样造成烟气治理难度提高。


4、干燥、烧成和窑车

10家烧结砖企业,均采用“一次码烧”工艺。工艺环节中,干燥和烧成隧道窑,以及配套的窑车,对生产成本、生产能力、产品质量、燃料消耗,发挥重要作用,对保证企业产品产量、质量和企业效益影响极大。同时,也对烟气治理能否达标排放影响也较大,涉及到企业是否可持续发展的问题。

三种工艺形式的干燥室和隧道窑规格及生产能力见下表。

表4数据表明,隧道干燥室长度能够适应原料性能要求,湿坯干燥后,残余水分低,可满足烧成隧道窑焙烧,能够实现预定年产量的目标。然而,针对三种工艺水平中干燥、烧成隧道窑和窑车的构成情况,烟气治理的难度存在较大差异,结合图片分析如下:

图1~图4为较低工艺形式,截面2.5 m隧道窑和窑车状况,因投入运行时间较长,设备老化,窑体结构和窑车构成的热工系统漏风严重,砖垛稳定性较差,燃料消耗高、过剩空气系数较大,不利于后续烟气治理。

而窑体和窑车的改造,需要较大的资金投入。

图5~图6为一般工艺形式,截面3.6m隧道窑和湿坯码窑车状况,窑体结构和窑车砌体组成的热工系统较为完整,砖垛稳定性较好,砖垛内烟道平直,燃料消耗低、空气过剩系数相对较低。但普通砖生产所需干燥热量增加,焙烧所需燃料消耗提高,烟气排放总量和烟气中硫含量均有所提高,不利于后续烟气治理。


如调整产品规格,或组织生产不同规格空心砖、空心砌块,配套的机械码坯机原有设计为一次码放一层432块普通砖,码坯机夹具需要调整,只能请求设备生产厂家的技术员进行操作。如企业自行调整,难度较高。而调整后形成的砖垛稳定性,砖垛内烟道分布,烟道与干燥、烧成隧道窑的哈风口位置分布是否吻合实用,仍存在不确定性。因此,一般工艺形式因机械码坯,具有生产普通砖效率较高的优势,但烟气治理仍存在一定难度。而改产不同规格空心砖或空心砌块,面临砖垛与隧道窑哈风口位置的统一问题。


图7~图10为较高工艺形式,采用截面4.8m干燥室、烧成隧道窑,通过码坯机器人码放窑车,此种工艺形式,不安排普通砖的生产,主导产品是空心砖和空心砌块,随着孔洞率的提高,原料和燃料的消耗大幅度减少,热耗和烟气降低。


由于采用机器人码坯,码坯质量较好,横平竖直。砖垛内烟道平直,分布合理。当调整空心砖规格时,砖垛的码坯形式和码坯质量,仍然能够得到保证。


空心砖或空心砌块的干燥和焙烧,随着入窑砖坯质量的减少和孔洞的存在,全窑系统阻力较低,砖垛截面温度容易达到均匀一致,升温速度较快,对控制较低的空气过剩系数非常有利,从而减少烟气排放总量,保证后续脱硫塔的工作效率。


 窑车和隧道窑构成的干燥、焙烧系统,热工参数是否合理、保温性能是否满足要求、全窑密封性能好坏等,不仅决定产品价格和生产成本的高低,同时对烧结砖工艺能否正常运行产生着较大影响,是工艺中最重要的环节,是企业获得效益的基本保证。


《砖瓦工业大气污染物排放标准》开始实施后,烟气治理能否达标排放工作,更需要重视窑车和隧道窑构成的干燥焙烧系统。

5、烟气治理

10家烧结砖厂“一次码烧”工艺中,22条烧成隧道窑的全部烟气经离心风机,送入隧道干燥室,对湿坯进行干燥。隧道干燥室进车端设置排潮风机,多数企业采用离心风机排潮,少数企业采用轴流风机排潮。干燥后烟气经排潮风机送入烟气净化塔进行脱硫、除尘和去氟处理,尾气进入烟囱,同时在烟囱底部设置二次喷淋脱硫系统,再次处理后尾气经烟囱排放。其中1家企业,干燥后烟气由离心风机送入烟囱底部,经设置在烟囱内的喷淋系统脱硫处理后,尾气由烟囱排放。


10家企业采用氢氧化钠为脱硫剂,其中一家企业脱硫剂拟增加石灰,采用石灰、氢氧化钠“双碱法”脱硫。

脱硫系统中清水池、循环水池、沉淀池容积各不相同,水池内表面采用防腐蚀材料敷设。

根据安装位置、喷淋系统高度,脱硫液循环泵规格各不相同。

循环液管道均采用耐腐蚀PVC和橡胶材料。

10家烧结砖厂烟气净化系统中,脱硫塔规格、脱硫剂和烟囱排放高度见下表。

注:烟囱底部脱硫方式,存在系统阻力影响、烟囱防腐蚀措施、脱硫剂消耗等方面值得进一步探讨。


6、烟气治理效果

根据GB29620——2013《砖瓦工业大气污染物排放标准》相关指标要求,大气污染物的治理主要针对二氧化硫和颗粒物。此外,根据地方环保部门对烟气治理效果管理的要求,10家烧结砖厂均对本企业烟气治理实行连续自动监测,监测结果能够实时上传到相关部门,作为烟气治理效果评价。通过连续自动监测系统对烧结砖厂烟气排放的监测,部分企业大气污染物中二氧化硫排放浓度见下表。

表中数据显示,“一次码烧”工艺中,烧成隧道窑全部烟气均送入干燥室后,再经过脱硫、除尘处理后,尾气氧含量最高达到18.44%。此时空气过剩系数达到8.20。按照污染物排放需要换算为基准空气过量系数1.7时计算,折算系数为4.824。标准中二氧化硫允许排放值为300mg/m3,那么,实测值必须低于62.19mg/m3,烟气治理才能合格。对应数据显示,二氧化硫排放浓度折算值为694.14mg/m3,实测值应为143.89mg/m3,超出81.7mg/m3,烟气治理不能满足标准要求,治理不合格。


治理不合格的根本原因,在于该厂工艺中采用的内燃掺配料如原煤或煤矸石含有的硫含量偏高,致使尾气中二氧化硫含量较高,与较高烟气量(较高的空气过剩系数造成)不利条件叠加下,脱硫塔效率降低,造成烟气治理不合格。


数据中,尾气氧含量最低为16.4%,此时,空气过剩系数为4.57。折算系数为2.68。实测值低于111.94mg/m3即可,对应数据显示,二氧化硫排放浓度折算值为116.7mg/m3,实测值应为43.54mg/m3,远低于111.94mg/m3排放值要求。烟气治理满足标准要求,治理合格。


当采用较低硫含量的锅炉渣、粉煤灰和原煤时,即使在空气过剩系数达到4.57时,除满足工艺的生产要求外,同时,烟气排放满足标准要求,治理合格。


7、结束语

烧结砖“一次码烧”工艺中,烧成隧道窑的全部烟气经离心风机,送入隧道干燥室,对湿坯进行干燥,尾气经脱硫净化后,由烟囱排放。这样的工艺模式,在中小断面隧道窑“一次码烧”工艺中较为常见。而全部烟气送入隧道干燥室后的尾气,具有风量较大、温度较低的特点。对此,10家烧结砖企业中,9家采用脱硫塔喷淋脱硫、烟囱排放前二次喷淋脱硫,然后排放的措施;1家企业,虽然没有采用脱硫塔设备,然而在烟囱底部设置多层喷淋系统脱硫,以期满足污染物达标排放的要求。


工艺过程及烟气治理的原则,不仅需要保证产品产量和质量要求,同时需要顾及满足大气污染物排放要求。新建企业针对工艺和烟气治理的设计,能够较好地实现两者的要求。而已有企业,在增加烟气治理环节时,需要把握烧结砖工艺中原燃料性能、产品纲领、设备、窑炉、窑车、尾气特征等环节的全过程条件,才能满足产品产量、质量和尾气达标排放的要求。


其次,在空气过剩系数较高条件下,对烟气治理,首先需要严格控制内燃掺配料中SO3含量,越低越好。


加强窑炉和窑车热工系统的密封性。特别是已有企业的干燥和烧成隧道窑系统,提高密封性能,能够降低空气过剩系数,有利烟气脱硫和大气污染物达标排放。


生产空心砖和空心砌块为主,减少湿坯带入干燥和焙烧中的水分,减少燃料消耗,减少燃烧空气需要量,有利烟气治理。


烧结砖烟气治理和达标排放,不能仅仅依靠位于工艺末端的脱硫系统来承担,需要立足生产工艺全过程进行。否则,将很难满足排放标准要求。


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