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關于脫硫與窯爐安全的看法

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詳細信息

  現在環保壓力越來越大,這對于我們磚瓦行業來說,要爐煙氣的脫硫和除塵是企業生產中的重中之重。磚瓦企業生產中,窯爐的安全也是一個重要的問題,窯爐的安全決定著企業生產的產品質量與產量,以及企業的經濟利益。


  窯爐的安全問題主要有兩個方面構成。一是窯爐設計與施工中存留下來的問題;二是窯爐在生產過程中霧狀硫酸對窯爐安全造成的危害。


  1窯爐設計、施工對窯爐安全的影響


  在隧道窯窯爐設計中首先考慮的問題一是產能問題;二是窯爐結構及使用壽命問題。窯爐產能的問題,首先根據客戶的需求和場地來確定產能,即窯爐斷面大小、窯爐的長度和窯車平面到窯頂板的高低即窯爐的有效高度。其次是窯爐結構設計,這是本文論述的重點,通常是如下設計:


  1.1通風系統的設計


  窯下的通風設計要合理,窯下溫度不能過熱,可以多設幾個冷風口,通過窯下平衡風機吹入冷風,對窯下進行冷卻,來達到降低要下溫度的目的。


  1.2窯爐的基礎、窯體、梁板設計


  要根據當地水文地質條件來設計窯爐的基礎和板梁。


  1.3窯爐采用的吊頂板的方式


  目前的吊頂方式總體上講有四種:


  1.3.1采用微拱形用耐火磚砌筑的窯頂


  這種方式的吊頂是頂上砌好磚后,上面用黏土夯實的吊頂方式,風道是用磚砌成的內風道,風閘是用閘鍋來調整。優點是投資少,黏土層厚,保溫性能較好,建設周期比較短。缺點是這種類型的吊頂只能用在小斷面隧道窯上,如果掉幾塊耐火磚的化會使上部土層脫落,造成漏貨漏風,影響產量和質量,且不好維修。


  1.3.2預制吊頂板


  采用耐火水泥(鋁酸鹽水泥)摻配輕質骨料按照一定的比例攪拌好后,按照吊頂板的大小來確定陶瓷吊鉤的位置,然后通過模具定形來制作。吊板時通過4個吊鉤連接到鋼梁上來固定吊頂板,可以節省建窯的成本,安裝后的頂板保溫效果比較好。缺點是在頂板制作過程中要嚴格控制頂板的質量,否則質量不好的定版安裝之后,不耐高溫容易造成頂板脫落,是窯爐生產中斷形成不安全的隱患和導致制品質量下降。


  1.3.3用耐火土燒制的吊頂板系統


  它由燒紙的耐火吊(柱)磚、頂板磚、固定框磚(梁)組成。缺點是結構復雜、質量較重、安裝較慢,吊頂板質量控制不好的話,柱磚會造成底部斷裂導致大面積脫落,對窯爐的正常生產造成嚴重的影響。


  1.3.4采用吊頂面塊吊平頂


  這是近幾年比較流行的吊頂形式。這種吊頂方式的優點是施工比較快,吊頂質量輕,安全性比較好,不易脫落等。進入窯內檢查時更安全,不會因為面塊脫落而砸傷工作人員,而且維修更換比較方便。缺點是使用壽命沒有前面三種長。


  頂板在做檢測時,由于取樣的偶然性,可能給在使用過程中的吊板質量帶來安全隱患。偶爾由于一塊頂板的脫落,而把附近其他頂板同時刮掉,造成大面積脫落以致無法維修更換,只能停窯檢修,給工廠帶來很大的損失;另一個是監控好吊頂方式的選擇,一定要注意吊頂方式的選擇,一定要注意選用吊板的質量和施工質量,確保窯爐的使用壽命;另一個是監控好吊頂板主鋼梁的問題,因為鋼梁長期處于高溫狀態,可能會有一定的沉降變形現象,尤其是大斷面隧道窯,可能會有一定的沉降變形現象,尤其是大斷面隧道窯。由于鋼梁中間受熱下降會造成最上層磚刮窯頂,這也應該引起重視。


  1.4窯墻與窯下軌道安裝的影響


  窯墻在施工時應嚴格按照施工標準施工,灰縫不得超過2mm,處置小于3mm,表面平整度平均2m,誤差不超過5mm,嚴格勾縫。垂直膨脹灰縫不得超過2mm,水平表面平整度2mm不超過3mm,垂直表面平整度2m不超過5mm,垂直誤差小于5mm等。窯下軌道安裝軌道高低誤差小于1mm,軌道之間膨脹縫必須符合標準,否則會造成軌道膨脹過大,導致窯內軌道翻背,窯車掉道倒垛,會刮窯墻和曲封磚,嚴重時會刮掉曲封磚,甚至會刮倒窯墻造成停產。


  1.5窯下與窯車之間的密封


  必須保證窯車高標準施工制作,窯車之間的密封保持良好,窯車與窯下的密封保持良好,不準有漏風跑火現象出現,窯下溫度不超過120℃,確保窯車軸承的潤滑脂不融化,使窯車安全地運行。同時,也要防止窄下溫度過高導致混凝土膨脹強度下降,以保證軌道梁和板帶的使用壽命。綜上所述就是在設計施工生產中應注意的主要問題。


  2磚焙燒中形成的霧狀硫酸對窯爐安全的影響


  2.1焙燒窯內從硫化物或硫酸鹽生成二氧化硫及硫酸的機理。


  窯內各區域段的溫度、風速和風壓(窯尾氣量的大、小即處于富氧狀態還是缺氧狀態)都會影響二氧化硫和硫酸的產生。在焙燒升溫過程中,客內磚坯的溫度從100℃開始,一直升到1100℃~1200°C,先后都有二氧化硫(SO2)氣體在窯內不同部位且不同程度地產生。


  以FeS?為例說明二氧化硫的產生。許多研究表明,二氧化硫的快速析出有適宜的兩個溫度區域,即400~500℃和800℃~850℃。


  在缺氧情況下的化學反應及分解產物。焙燒窯爐預熱帶的溫度大都處于90℃~700℃,通常在4~7車位,其處于缺氧階段,一旦坯體內的自由水干燥不徹底或者說進入焙燒的坯體含水率高于3%,濕坯體的自由水將再次蒸發出來,出來的水分在這個區域形成水蒸氣。


  而二硫化鐵在缺氧狀態下:2FeS2=2FeS+2S。


  在水蒸氣的作用下:3FeS2+2H2O=3FeS+2H2S+60?:S02+H0=H2SO3


  亞硫酸是有腐蝕性的物質。


  在有氧情況下的化學反應及分解產物。


  在不缺氧、溫度在600℃左右的情況下,2FS?+3O?=2FeS+2SO?;4FeS+9O?=2Fe?O?+4SO?綜合為4FS?+150?=2Fe?O?+8S0?。


  由此可以看岀黃鐵礦在焙燒窯內溫度接近600℃適宜的情況下發生化學反應生成三氧化硫。三氧化硫高于44.8℃時沸騰且氣化,氣化的三氧化硫遇到水蒸氣時則合成為硫酸,此時呈硫酸酸霧形式存在于焙燒窯內,即SO?+H?O=H?SO4。


  2.2霧狀硫酸對黏土質高溫耐火吊頂板的破壞機理


  耐火材料主要成分都是具有很高晶格能的高熔點或分解溫度很高的單質或化合物,要求它在耐火材料生產或服役過程中能形成穩定的具有優良性能的礦物。具體到粘土質耐火吊頂板,其主要成分是氧化物,如二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鎂等。焙燒窯低溫區(0~6車位)窯墻設計為普通機制紅磚砌筑,紅磚中的主要氧化物是二氧化硅、三氧化鐵等。


  如果在焙燒過程中產生的霧狀硫酸不能及時排出除窯外,它就逐漸附著在窯體的窯墻和窯頂板,日積月累地侵蝕燒結黏土磚和黏土質高溫耐火磚,使窯體遭到破壞。侵蝕過程就是霧狀硫酸在300℃~450℃℃的溫度環境下,被吸附在焙燒的預熱區域的墻體和頂板上,開始與內部的三氧化二鋁、三氧化二鐵進行化學反應,生成硫酸鋁晶體和硫酸鐵晶體,改變了原有的化合物,也就是破壞了原有的穩定組織,即AL?O?+3H?SO4=AL(SO4)?+3H?0;FeO?+3H?SO4-Fe?(SO4)?+3H?O。


  2.3焙燒窯高溫耐火頂板被腐蝕的案例分析


  焙燒窯高溫耐火頂板被腐蝕的位置:該焙燒窯全長157.4m、內寬69m,共計36個車位;其中1~11車位為預熱區域,8對排煙支管分布在1~6車位,11對抽余熱支管分布在26~33車位。被腐蝕的高溫耐火吊頂板位置在以4車位為主和5車位的前部分。


  2.3.1腐蝕后的危害


  腐蝕后的表象:高溫耐火吊頂板在4車位有5塊全部脫落,露出上面的保溫棉,其余呈絮團狀物,外力采用一觸擊絮團狀物就脫落,并帶動下來不少有光澤的渣狀物,總之,類似豆腐渣,毫無強度而言。3~6車位外露在窯墻外的排煙支管在開始滴落水滴,隨后全部脫落。


  23.2腐蝕形成的原因


  a.濕坯進焙燒窯。目測窯車磚垛中部和窯車中的磚壞,與剛成型磚坯顏色接近,通過含水率檢測,濕坯的含水率在10%左右;


  b.前期溫度通常是:1~7車位150℃~760℃,甚至到230℃~900℃;


  c.進車隨意。有時連續進5或6車,干燥窯內空車有時24h進3車或2車;


  d.煙氣支管開啟無章法。造成腐蝕階段的支管開啟,支管僅開首閘(距焙燒帶域最近的閘閥),其余7對閘閥關掉。雖然排煙風機頻率開在40Hz以上,但是煙氣還是從窯爐的窯頂和進車段窯門大量外溢,導致車間烏煙瘴氣,煙囪的外排煙量很低;


  e.窯尾供風量大。4臺7.5kW,T35---11No.8軸流風機全開。


  腐蝕的結果導致停窯維修,這樣即需要投資,又無法生產,更無法通過銷售回籠資金。


  2.3.3其他誤操作


  磚廠管理層對窯車維修沒有概念,認為窯車能轉動就行,少投資,就能賺錢;維修工則得過且過,馬馬虎虎,壞件不換,造成窯車前進中左右搖擺,刮壞窯墻。在隧道窯內窯車的面就是其焙燒時窯室的窯底,車面還與兩側窯墻構成一個封閉的窯室,否則冷風竄人會出生磚,熱風溢出不僅浪費熱能還要燒壞軸承,我:


  還將使窯車被燒死在窯內,被迫停產。


  3應采取的措施


  3.1日常檢查


  需檢查的部位分別是:①檢查窯墻,一旦發現裂縫應盡快修補,外窯墻可噴入水泥砂漿,噴補時應先用壓縮空氣吹去縫中塵土,此時應從上往下吹,才能吹凈,噴入砂漿時應從下往上噴,才能噴實,填滿黏結牢固;②窯車的進車的頂車機的定位是否變化,出車牽引機的拖輪(轉輪)是否與軌道摩擦力過大而偏離窯爐中心線運行;③窯車的平板臺面是否平整、超寬④窯車的行走部分:包括車輪、軸承、軸等,其中車輪必須完整無缺,一日發生輪緣有裂紋應立即更換,以


  免在窯內跳道,窯車進退兩難;⑤車輪應轉動靈活,沒有軸向竄動,否則窯車會左右搖擺,刮壞窯墻;⑥軸承采用耐高溫的油脂潤滑(如二硫化鉬等),尤其是軸承的加油孔與軸之間應靈活而不許有灰塵侵入,否則,最好的軸承和油脂也沒有用;⑦砂封板:在焙燒窯室內窯車的砂封板分別插在窯室兩側砂槽內,以隔斷窯室車底部的空氣,必須平整完好,壞一塊換一塊,不允許變形而剮蹭窯墻。


  3.2脫硫脫硝的處理


  窯爐的脫硫脫硝處理。在利用內燃燒結磚瓦制品時,無論是煤或煤矸石都含有硫化物。燒結過程中,煤或煤矸石中的硫化物與氧氣發生反應生成二氧化硫或三氧化硫氣體(還有坯體焙燒過程中氟化氫、氮氧化物、一氧化碳)通過排煙風機、送熱風機、排潮風機將煙氣排放到大氣當中,遇到空氣中的水分易生成亞硫酸或硫酸造成嚴重的大氣污染,嚴重的會形成


  酸雨嚴重威脅農作物的生長,對人體的健康造成影響,所以窯爐必須做脫硫脫硝處理。在坯體燃燒過程中,排煙風機是預熱帶排出煙氣的主要設備,窯爐預熱帶、焙燒帶產生的大部分煙氣由排煙風機送到脫硫塔進行脫硫處理。然而,由于原料摻配不合理,耗炭時間過短或耗炭少就會導致坯體內的內燃在焙燒帶未能完全燃燒,內燃中剩余的有害氣體會隨著送熱風機送到干燥窯,再通過排潮風機排放到大氣中,不但污染大氣也會腐蝕排潮和送熱風道。送到干燥窯的熱氣中含有的二氧化硫等有害氣體與坯體中的氧化鈣反應生成硫酸鈣等物質,附在坯體表面形成泛霜與泛白。綜合來看,排煙與排潮都需要做脫硫處理。當前,國家對治理大氣污染的力度和決心是非常的大,出臺了《磚瓦工業大氣污染物排放標準》(GB29620-2013)和《磚瓦工業大氣污染物排放標準》(GB29620-2013)修改征求意見稿。這對磚瓦企業不僅明確了標準,而且對脫硫脫硝這些環保設備工藝生產管理措施的加強提出了要求。2014年的大氣排放標準二氧化硫最高排放濃度為850mg/m3,2016年排放標準二氧化硫為300mg/m3,氮氧化物為200mg/m3氟化物為3mg/m3。到2017年標準更加嚴格,標準進一步降低,最高排放濃度二氧化硫為100mg/m3,氮氧化物為150mg/m3,氟化物不變。嚴格標準再加上在線監控的話,一般來說磚廠處理起來有一定難度?,F在脫硫都使用雙堿法,這種方式是成本較低,效果比較好。脫硫效果的好壞與原料的摻兌比例及生產工藝有一定的關系。


  3.3生產工藝對脫硫效果的影響


  目前,中大型生產線的窯爐設計大部分是通過排煙風機把預熱帶產生的煙氣排到脫硫塔中,因為預熱帶中的煙氣含硫量及其他有害氣體量都比較大,所以大部分煙氣通過排煙進入脫硫塔進行亍脫硫脫硝。坯體在焙燒帶不能完全燃燒進入冷卻帶時,剩余的煙氣就會通過送熱風機進人干燥窯進行坯體干燥,現在的干燥窯排潮設計風量都比較大,進入干燥窯的殘留煙氣會由排潮風機排到大氣中,造成污染而且風筒會嚴重腐蝕。


  4小結


  前段時間在網上看到有一些關于煙熱分離的文章,文章中的很多觀點與我們的看法是一致的,煙熱分離在理論上是可行的,但實際操作中卻是困難重重。在操作中要想達到煙熱分離就必須讓坯體在焙燒帶把燃料完全燃燒,使不含硫化物與氮化物等有害氣體的煙氣進入干燥室,而讓冷卻帶中熱空氣進入干燥窯達到煙熱分離的目的。在日常的生產管理中,原料的摻兌比例熱值必須控制合理,進車速度、風機頻率與風閘調整要合理,原料選擇時選擇全硫量低的煤矸石與煤,通過這一系列生產工藝的改進來減少污染氣體的排放,再采取其他脫硫措施確保監測氣體排放達標。


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