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关于脱硫与窑炉安全的看法

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  现在环保压力越来越大,这对于我们砖瓦行业来说,要炉烟气的脱硫和除尘是企业生产中的重中之重。砖瓦企业生产中,窑炉的安全也是一个重要的问题,窑炉的安全决定着企业生产的产品质量与产量,以及企业的经济利益。


  窑炉的安全问题主要有两个方面构成。一是窑炉设计与施工中存留下来的问题;二是窑炉在生产过程中雾状硫酸对窑炉安全造成的危害。


  1窑炉设计、施工对窑炉安全的影响


  在隧道窑窑炉设计中首先考虑的问题一是产能问题;二是窑炉结构及使用寿命问题。窑炉产能的问题,首先根据客户的需求和场地来确定产能,即窑炉断面大小、窑炉的长度和窑车平面到窑顶板的高低即窑炉的有效高度。其次是窑炉结构设计,这是本文论述的重点,通常是如下设计:


  1.1通风系统的设计


  窑下的通风设计要合理,窑下温度不能过热,可以多设几个冷风口,通过窑下平衡风机吹入冷风,对窑下进行冷却,来达到降低要下温度的目的。


  1.2窑炉的基础、窑体、梁板设计


  要根据当地水文地质条件来设计窑炉的基础和板梁。


  1.3窑炉采用的吊顶板的方式


  目前的吊顶方式总体上讲有四种:


  1.3.1采用微拱形用耐火砖砌筑的窑顶


  这种方式的吊顶是顶上砌好砖后,上面用黏土夯实的吊顶方式,风道是用砖砌成的内风道,风闸是用闸锅来调整。优点是投资少,黏土层厚,保温性能较好,建设周期比较短。缺点是这种类型的吊顶只能用在小断面隧道窑上,如果掉几块耐火砖的化会使上部土层脱落,造成漏货漏风,影响产量和质量,且不好维修。


  1.3.2预制吊顶板


  采用耐火水泥(铝酸盐水泥)掺配轻质骨料按照一定的比例搅拌好后,按照吊顶板的大小来确定陶瓷吊钩的位置,然后通过模具定形来制作。吊板时通过4个吊钩连接到钢梁上来固定吊顶板,可以节省建窑的成本,安装后的顶板保温效果比较好。缺点是在顶板制作过程中要严格控制顶板的质量,否则质量不好的定版安装之后,不耐高温容易造成顶板脱落,是窑炉生产中断形成不安全的隐患和导致制品质量下降。


  1.3.3用耐火土烧制的吊顶板系统


  它由烧纸的耐火吊(柱)砖、顶板砖、固定框砖(梁)组成。缺点是结构复杂、质量较重、安装较慢,吊顶板质量控制不好的话,柱砖会造成底部断裂导致大面积脱落,对窑炉的正常生产造成严重的影响。


  1.3.4采用吊顶面块吊平顶


  这是近几年比较流行的吊顶形式。这种吊顶方式的优点是施工比较快,吊顶质量轻,安全性比较好,不易脱落等。进入窑内检查时更安全,不会因为面块脱落而砸伤工作人员,而且维修更换比较方便。缺点是使用寿命没有前面三种长。


  顶板在做检测时,由于取样的偶然性,可能给在使用过程中的吊板质量带来安全隐患。偶尔由于一块顶板的脱落,而把附近其他顶板同时刮掉,造成大面积脱落以致无法维修更换,只能停窑检修,给工厂带来很大的损失;另一个是监控好吊顶方式的选择,一定要注意吊顶方式的选择,一定要注意选用吊板的质量和施工质量,确保窑炉的使用寿命;另一个是监控好吊顶板主钢梁的问题,因为钢梁长期处于高温状态,可能会有一定的沉降变形现象,尤其是大断面隧道窑,可能会有一定的沉降变形现象,尤其是大断面隧道窑。由于钢梁中间受热下降会造成最上层砖刮窑顶,这也应该引起重视。


  1.4窑墙与窑下轨道安装的影响


  窑墙在施工时应严格按照施工标准施工,灰缝不得超过2mm,处置小于3mm,表面平整度平均2m,误差不超过5mm,严格勾缝。垂直膨胀灰缝不得超过2mm,水平表面平整度2mm不超过3mm,垂直表面平整度2m不超过5mm,垂直误差小于5mm等。窑下轨道安装轨道高低误差小于1mm,轨道之间膨胀缝必须符合标准,否则会造成轨道膨胀过大,导致窑内轨道翻背,窑车掉道倒垛,会刮窑墙和曲封砖,严重时会刮掉曲封砖,甚至会刮倒窑墙造成停产。


  1.5窑下与窑车之间的密封


  必须保证窑车高标准施工制作,窑车之间的密封保持良好,窑车与窑下的密封保持良好,不准有漏风跑火现象出现,窑下温度不超过120℃,确保窑车轴承的润滑脂不融化,使窑车安全地运行。同时,也要防止窄下温度过高导致混凝土膨胀强度下降,以保证轨道梁和板带的使用寿命。综上所述就是在设计施工生产中应注意的主要问题。


  2砖焙烧中形成的雾状硫酸对窑炉安全的影响


  2.1焙烧窑内从硫化物或硫酸盐生成二氧化硫及硫酸的机理。


  窑内各区域段的温度、风速和风压(窑尾气量的大、小即处于富氧状态还是缺氧状态)都会影响二氧化硫和硫酸的产生。在焙烧升温过程中,客内砖坯的温度从100℃开始,一直升到1100℃~1200°C,先后都有二氧化硫(SO2)气体在窑内不同部位且不同程度地产生。


  以FeS₂为例说明二氧化硫的产生。许多研究表明,二氧化硫的快速析出有适宜的两个温度区域,即400~500℃和800℃~850℃。


  在缺氧情况下的化学反应及分解产物。焙烧窑炉预热带的温度大都处于90℃~700℃,通常在4~7车位,其处于缺氧阶段,一旦坯体内的自由水干燥不彻底或者说进入焙烧的坯体含水率高于3%,湿坯体的自由水将再次蒸发出来,出来的水分在这个区域形成水蒸气。


  而二硫化铁在缺氧状态下:2FeS2=2FeS+2S。


  在水蒸气的作用下:3FeS2+2H2O=3FeS+2H2S+60₂:S02+H0=H2SO3


  亚硫酸是有腐蚀性的物质。


  在有氧情况下的化学反应及分解产物。


  在不缺氧、温度在600℃左右的情况下,2FS₂+3O₂=2FeS+2SO₃;4FeS+9O₂=2Fe₂O₃+4SO₃综合为4FS₂+150₂=2Fe₂O₃+8S0₃。


  由此可以看岀黄铁矿在焙烧窑内温度接近600℃适宜的情况下发生化学反应生成三氧化硫。三氧化硫高于44.8℃时沸腾且气化,气化的三氧化硫遇到水蒸气时则合成为硫酸,此时呈硫酸酸雾形式存在于焙烧窑内,即SO₃+H₂O=H₂SO4。


  2.2雾状硫酸对黏土质高温耐火吊顶板的破坏机理


  耐火材料主要成分都是具有很高晶格能的高熔点或分解温度很高的单质或化合物,要求它在耐火材料生产或服役过程中能形成稳定的具有优良性能的矿物。具体到粘土质耐火吊顶板,其主要成分是氧化物,如二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化镁等。焙烧窑低温区(0~6车位)窑墙设计为普通机制红砖砌筑,红砖中的主要氧化物是二氧化硅、三氧化铁等。


  如果在焙烧过程中产生的雾状硫酸不能及时排出除窑外,它就逐渐附着在窑体的窑墙和窑顶板,日积月累地侵蚀烧结黏土砖和黏土质高温耐火砖,使窑体遭到破坏。侵蚀过程就是雾状硫酸在300℃~450℃℃的温度环境下,被吸附在焙烧的预热区域的墙体和顶板上,开始与内部的三氧化二铝、三氧化二铁进行化学反应,生成硫酸铝晶体和硫酸铁晶体,改变了原有的化合物,也就是破坏了原有的稳定组织,即AL₂O₃+3H₂SO4=AL(SO4)₃+3H₂0;FeO₃+3H₂SO4-Fe₂(SO4)₃+3H₂O。


  2.3焙烧窑高温耐火顶板被腐蚀的案例分析


  焙烧窑高温耐火顶板被腐蚀的位置:该焙烧窑全长157.4m、內宽69m,共计36个车位;其中1~11车位为预热区域,8对排烟支管分布在1~6车位,11对抽余热支管分布在26~33车位。被腐蚀的高温耐火吊顶板位置在以4车位为主和5车位的前部分。


  2.3.1腐蚀后的危害


  腐蚀后的表象:高温耐火吊顶板在4车位有5块全部脱落,露出上面的保温棉,其余呈絮团状物,外力采用一触击絮团状物就脱落,并带动下来不少有光泽的渣状物,总之,类似豆腐渣,毫无强度而言。3~6车位外露在窑墙外的排烟支管在开始滴落水滴,随后全部脱落。


  23.2腐蚀形成的原因


  a.湿坯进焙烧窑。目测窑车砖垛中部和窑车中的砖坏,与刚成型砖坯颜色接近,通过含水率检测,湿坯的含水率在10%左右;


  b.前期温度通常是:1~7车位150℃~760℃,甚至到230℃~900℃;


  c.进车随意。有时连续进5或6车,干燥窑内空车有时24h进3车或2车;


  d.烟气支管开启无章法。造成腐蚀阶段的支管开启,支管仅开首闸(距焙烧带域最近的闸阀),其余7对闸阀关掉。虽然排烟风机频率开在40Hz以上,但是烟气还是从窑炉的窑顶和进车段窑门大量外溢,导致车间乌烟瘴气,烟囱的外排烟量很低;


  e.窑尾供风量大。4台7.5kW,T35---11No.8轴流风机全开。


  腐蚀的结果导致停窑维修,这样即需要投资,又无法生产,更无法通过销售回笼资金。


  2.3.3其他误操作


  砖厂管理层对窑车维修没有概念,认为窑车能转动就行,少投资,就能赚钱;维修工则得过且过,马马虎虎,坏件不换,造成窑车前进中左右摇摆,刮坏窑墙。在隧道窑内窑车的面就是其焙烧时窑室的窑底,车面还与两侧窑墙构成一个封闭的窑室,否则冷风窜人会出生砖,热风溢出不仅浪费热能还要烧坏轴承,我:


  还将使窑车被烧死在窑内,被迫停产。


  3应采取的措施


  3.1日常检查


  需检查的部位分别是:①检查窑墙,一旦发现裂缝应尽快修补,外窑墙可喷入水泥砂浆,喷补时应先用压缩空气吹去缝中尘土,此时应从上往下吹,才能吹净,喷入砂浆时应从下往上喷,才能喷实,填满黏结牢固;②窑车的进车的顶车机的定位是否变化,出车牵引机的拖轮(转轮)是否与轨道摩擦力过大而偏离窑炉中心线运行;③窑车的平板台面是否平整、超宽④窑车的行走部分:包括车轮、轴承、轴等,其中车轮必须完整无缺,一日发生轮缘有裂纹应立即更换,以


  免在窑内跳道,窑车进退两难;⑤车轮应转动灵活,没有轴向窜动,否则窑车会左右摇摆,刮坏窑墙;⑥轴承采用耐高温的油脂润滑(如二硫化钼等),尤其是轴承的加油孔与轴之间应灵活而不许有灰尘侵入,否则,最好的轴承和油脂也没有用;⑦砂封板:在焙烧窑室内窑车的砂封板分别插在窑室两侧砂槽内,以隔断窑室车底部的空气,必须平整完好,坏一块换一块,不允许变形而剐蹭窑墙。


  3.2脱硫脱硝的处理


  窑炉的脱硫脱硝处理。在利用内燃烧结砖瓦制品时,无论是煤或煤矸石都含有硫化物。烧结过程中,煤或煤矸石中的硫化物与氧气发生反应生成二氧化硫或三氧化硫气体(还有坯体焙烧过程中氟化氢、氮氧化物、一氧化碳)通过排烟风机、送热风机、排潮风机将烟气排放到大气当中,遇到空气中的水分易生成亚硫酸或硫酸造成严重的大气污染,严重的会形成


  酸雨严重威胁农作物的生长,对人体的健康造成影响,所以窑炉必须做脱硫脱硝处理。在坯体燃烧过程中,排烟风机是预热带排出烟气的主要设备,窑炉预热带、焙烧带产生的大部分烟气由排烟风机送到脱硫塔进行脱硫处理。然而,由于原料掺配不合理,耗炭时间过短或耗炭少就会导致坯体内的内燃在焙烧带未能完全燃烧,内燃中剩余的有害气体会随着送热风机送到干燥窑,再通过排潮风机排放到大气中,不但污染大气也会腐蚀排潮和送热风道。送到干燥窑的热气中含有的二氧化硫等有害气体与坯体中的氧化钙反应生成硫酸钙等物质,附在坯体表面形成泛霜与泛白。综合来看,排烟与排潮都需要做脱硫处理。当前,国家对治理大气污染的力度和决心是非常的大,出台了《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620-2013)和《砖瓦工业大气污染物排放标准》(GB29620-2013)修改征求意见稿。这对砖瓦企业不仅明确了标准,而且对脱硫脱硝这些环保设备工艺生产管理措施的加强提出了要求。2014年的大气排放标准二氧化硫最高排放浓度为850mg/m³,2016年排放标准二氧化硫为300mg/m³,氮氧化物为200mg/m³氟化物为3mg/m³。到2017年标准更加严格,标准进一步降低,最高排放浓度二氧化硫为100mg/m³,氮氧化物为150mg/m³,氟化物不变。严格标准再加上在线监控的话,一般来说砖厂处理起来有一定难度。现在脱硫都使用双碱法,这种方式是成本较低,效果比较好。脱硫效果的好坏与原料的掺兑比例及生产工艺有一定的关系。


  3.3生产工艺对脱硫效果的影响


  目前,中大型生产线的窑炉设计大部分是通过排烟风机把预热带产生的烟气排到脱硫塔中,因为预热带中的烟气含硫量及其他有害气体量都比较大,所以大部分烟气通过排烟进入脱硫塔进行亍脱硫脱硝。坯体在焙烧带不能完全燃烧进入冷却带时,剩余的烟气就会通过送热风机进人干燥窑进行坯体干燥,现在的干燥窑排潮设计风量都比较大,进入干燥窑的残留烟气会由排潮风机排到大气中,造成污染而且风筒会严重腐蚀。


  4小结


  前段时间在网上看到有一些关于烟热分离的文章,文章中的很多观点与我们的看法是一致的,烟热分离在理论上是可行的,但实际操作中却是困难重重。在操作中要想达到烟热分离就必须让坯体在焙烧带把燃料完全燃烧,使不含硫化物与氮化物等有害气体的烟气进入干燥室,而让冷却带中热空气进入干燥窑达到烟热分离的目的。在日常的生产管理中,原料的掺兑比例热值必须控制合理,进车速度、风机频率与风闸调整要合理,原料选择时选择全硫量低的煤矸石与煤,通过这一系列生产工艺的改进来减少污染气体的排放,再采取其他脱硫措施确保监测气体排放达标。


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