一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法與流程

2023-11-01 04:24:52 1

本發明涉及水泥生產領域，尤其涉及一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法。

背景技術：

目前我國煉油工業原油加工能力已達到6億t/a，焦化裝置產能大於1億t/a，而且在今後相當一段時間內還會持續增長。石油焦是焦化過程的產物，產率接近原油加工量的5%，巨大的加工產能使我國石油焦市場已經日趨飽和，而且作為全球最大的石油焦生產國美國的石油焦因價格低廉而源源不斷進入我國市場，加大了我國石油焦市場的過剩，石油焦價格也遠低於煙煤和無煙煤。

水泥工業是耗煤大戶，而我國煤資源南北方分布非常不平衡，南方優質煤十分緊缺，一些水泥企業開始嘗試採用石油焦作燃料。石油焦具有熱值高（35000kj/kg左右）、含硫高（so3含量2%~6%）、灰分低（0.1%~0.4%）和揮發分低（6%~12%）的特點（雙高雙低），高熱值和低灰分是吸引企業開發應用石油焦燃料的主要動力，但是石油焦存在著火溫度和燃燼溫度高，燃燒速度慢的缺點，不能滿足新型幹法水泥迴轉窯的煅燒要求。同時由於石油焦中含有較高的硫，採用石油焦作燃料不僅增加了煙氣中的硫排放量，難以滿足環保要求，gb4925-2013《水泥工業汙染物排放標準》規定水泥窯排放標準為：so2濃度＜200mg/m3，重點地區企業為：so2濃度＜100mg/m3，隨著環保要求的越來越高，so2的排放要求也會越來越苛刻。另外，窯內煙氣的高硫循環易導致物料在水泥窯的預熱和分解爐中結皮堵塞，嚴重影響水泥窯的正常運轉。

公開號為cn101185834a的中國專利申請公開了一種消除高硫石油焦燃燒煙氣中硫的方法，該方法是在高硫石油焦中配入氧化鋅、碳酸鈣或氧化銅脫硫劑後進行燃燒，從而減少石油焦中so2的析出量。該方法雖然能夠消除石油焦燃燒煙氣中硫的方法，但由於石油焦著火溫度和燃燼溫度高，燃燒速度慢，僅通過該方法很難將石油焦作為幹法水泥迴轉窯的煅燒要求。

因此，亟需研究開發一種能夠將石油焦用於幹法水泥迴轉窯的方法，不僅能解決石油焦著火溫度和燃盡溫度高，燃燒速度慢，還能解決石油焦燃燒帶來的so2汙染問題。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，其中在所述石油焦中加入稻殼粉混合均勻形成混合燃料，同時在水泥生料中加入鋰渣。

其中，所述石油焦中的硫含量為2%~7%。

其中，所述稻殼粉中含有1.2%~1.6%的的氧化鈣，2.0%~3.0%的氧化鉀和0.3%~0.6%的氧化鈉。

其中，所述鋰渣中含有42%~48%的氧化矽，19%~23%的氧化鋁，1.5%~2.5%的氧化鈣，2.8%~3.6%的氧化鉀，6%~10%的氧化鈉。

其中，所述石油焦採用0.08mm方孔篩篩餘小於1%。

其中，所述稻殼粉的粒徑小於0.8mm。

其中，所述水泥生料和所述鋰渣採用0.08mm方孔篩篩餘小於10%。

其中，所述混合燃料中，所述石油焦與所述稻殼粉的重量百分比為70%~90%：10%~30%。

優選地，所述石油焦與所述稻殼粉的重量百分比為75%：25%，80%：20%，85%：20%。

其中，所述鋰渣在水泥生料中的摻加量為水泥生料總質量的1%~10%。

優選地，所述鋰渣在水泥生料中的摻加量為水泥生料總質量的2%，3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%。

其中，所述幹法水泥迴轉窯排放的廢氣中二氧化硫的濃度小於20.0mg/m3，製備的水泥熟料中三氧化硫的濃度為1.2%~2.2%。

我國南方地區稻殼資源豐富，稻殼具有著火溫度低，揮發份高，燃燒速度快的特點，將稻殼粉碎後摻入石油焦中作混合燃料不僅可顯著改善石油焦燃燒特性，達到水泥迴轉窯特別是窯外分解窯的煅燒要求，而且稻殼灰中的鹼金屬氧化物與石油焦中的硫具有較強的化學反應能力，可產生明顯的固硫脫硫效果。南方地區江西宜春具有世界上最大的鉭鈮礦伴生鋰雲母礦，經提鉭、鈮和鋰後，產生大量固體廢渣，簡稱鋰渣。本發明提供了一種利用稻殼與石油焦作幹法水泥迴轉窯煅燒混合燃料，同時在水泥生料中摻加鋰渣的方法，通過該方法可使幹法水泥迴轉窯燃燒過程中產生的硫以硫酸鹽形式固化到熟料中，使窯尾煙氣中二氧化硫的排放濃度遠低於國家標準規定的排放指標。

本發明的有益效果：

本發明提供的用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，第一方面，在石油焦中加入稻殼粉主要是利用稻殼粉中含有化學活性很高的鹼金屬氧化物，如氧化鈣、氧化鉀和氧化鈉，這些鹼金屬氧化物在燃燒過程中會和石油焦中的硫發生化學反應生成硫酸鹽沉積在水泥熟料中；同時在水泥生料加入的鋰渣主要是利用鋰渣中含有的鹼金屬氧化物，如氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鉀和氧化鈉，這些鹼金屬氧化物在水泥生料懸浮預熱和分解過程中會吸收揮發在氣體中的硫氧化物生成硫酸鹽沉積在水泥熟料中，同時還能減少鋰渣的肆意排放對環境造成安全隱患。經過兩次脫硫反應，可大幅減少幹法水泥迴轉窯中排放的煙氣中二氧化硫的濃度（脫硫率大於99%）。

第二方面，由於石油焦著火溫度和燃燼溫度高，燃燒速度慢，單純使用石油焦作燃料很難滿足幹法水泥迴轉窯的煅燒要求，而本發明通過在石油焦中加入稻殼粉，利用稻殼粉著火溫度低，燃燒速度快的特點，可以有效降低石油焦的著火點和燃盡溫度，減少不完全燃燒現象，降低水泥熟料的煅燒熱耗。

具體實施方式

以下是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。

本發明提供了一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，其中在所述石油焦中加入稻殼粉混合均勻形成混合燃料，同時在水泥生料中加入鋰渣。

在本發明實施方式中，所述石油焦中的硫含量為2%~7%。

在本發明實施方式中，所述稻殼粉中含有1.2%~1.6%的的氧化鈣，2.0%~3.0%的氧化鉀和0.3%~0.6%的氧化鈉。

在本發明實施方式中，所述鋰渣中含有42%~48%的氧化矽，19%~23%的氧化鋁，1.5%~2.5%的氧化鈣，2.8%~3.6%的氧化鉀，6%~10%的氧化鈉。

在本發明實施方式中，所述石油焦採用0.08mm方孔篩篩餘小於1%。

在本發明實施方式中，所述稻殼粉的粒徑小於0.8mm。

在本發明實施方式中，所述水泥生料和所述鋰渣採用0.08mm方孔篩篩餘小於10%。

在本發明實施方式中，所述混合燃料中，所述石油焦與所述稻殼粉的重量百分比為70%~90%：10%~30%。

在本發明實施方式中，鋰渣在水泥生料中的摻加量為水泥生料總質量的1%~10%。

在本發明實施方式中，所述幹法水泥迴轉窯排放的廢氣中二氧化硫的濃度小於20.0mg/m3，製備的水泥熟料中三氧化硫的濃度為1.2%~2.2%。

本發明實施例採用的水泥生產設備為φ3.5×52m窯外分解窯（五級旋風預熱器，rsp分解爐）；石油焦中的硫含量為2%~7%，灰分為0.2%~0.4%；稻殼粉中氧化鈣含量為1.2%~1.6%，氧化鉀含量為2.0%~3.0%，氧化鈉含量為0.3%~0.6%，灰分為13%~16%；鋰渣中氧化矽含量為42%~48%，氧化鋁含量為19%~23%，氧化鈣含量為1.5%~2.5%，氧化鉀含量為2.8%~3.6%，氧化鈉含量為6%~10%。

實施例1

本發明提供的一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，將石油焦經電子膠帶秤計量後餵入石油焦磨機磨至0.08mm方孔篩篩餘小於1%，稻殼經電子膠帶秤計量後餵入稻殼粉碎機粉碎至粒徑小於0.8mm的稻殼粉，石油焦與稻殼粉的重量百分比為90%：10%，稻殼粉由石油焦粉磨系統的排風機吸入袋式收塵器與同時進入袋式收塵器的石油焦粉混合收集後由螺旋輸送機送人混合燃料倉中，混合燃料分別經由二臺轉子計量秤計量後由二臺螺旋泵將混合燃料分別送到分解爐和迴轉窯窯頭燃燒器燃燒。同時按水泥生料總質量的10%摻加鋰渣，經電子膠帶秤計量配好後，由膠帶輸送機送進輥式生料磨粉機磨至0.08mm方孔篩篩餘小於10%，出磨生料由水平輸送機和提升機提升進生料庫。

通過該實施例製備的混合燃料和水泥生料，經過煅燒工藝後，水泥熟料中三氧化硫的含量為1.5%；迴轉窯排放至空氣中的廢氣中二氧化硫的濃度為6.8mg/m3。

實施例2

將實施例1中石油焦與稻殼粉的重量百分比改為80%：20%，同時按水泥生料總質量的5%摻加鋰渣，其他工藝與實施例1相同。

通過該實施例製備的混合燃料和水泥生料，經過煅燒工藝後，水泥熟料中三氧化硫的含量為1.4%；迴轉窯排放至空氣中的廢氣中二氧化硫的濃度為7.5mg/m3。

實施例3

將實施例1中石油焦與稻殼粉的重量百分比改為70%：30%，同時按水泥生料總質量的3%摻加鋰渣，其他工藝與實施例相同。

通過該實施例製備的混合燃料和水泥生料，經過煅燒工藝後，水泥熟料中三氧化硫的含量為1.5%；迴轉窯排放至空氣中的廢氣中二氧化硫的濃度為3.9mg/m3。

常規水泥廠使用石油焦作燃料排放的煙氣中二氧化硫的濃度都比較高，通常高於100mg/m3，對於一些新建的水泥廠，由於各項環保措施做得比較好，二氧化硫的濃度會低於100mg/m3，但通常也會高於50mg/m3，隨著環保要求越來越高，很大一批新建水泥廠也將面臨不達標的情況。

為了分別驗證在石油焦中加入稻殼粉與在水泥生料中加入鋰渣對尾窯煙氣中二氧化硫排放量的影響，本發明設置了對比實施例。

對比實施例1

本發明提供的一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，將石油焦經電子膠帶秤計量後餵入石油焦磨機磨至粒徑0.08mm，稻殼經電子膠帶秤計量後餵入稻殼粉碎機粉碎至粒徑小於0.8mm的稻殼粉，石油焦與稻殼粉的重量百分比為90%：10%，稻殼粉由石油焦粉磨系統的排風機吸入袋式收塵器與同時進入袋式收塵器的石油焦粉混合收集後由螺旋輸送機送人混合燃料倉中，混合燃料分別經由二臺轉子計量秤計量後由二臺螺旋泵將混合燃料分別送到分解爐和迴轉窯窯頭燃燒器燃燒。同時將水泥生料由膠帶輸送機送進輥式生料磨粉機磨至0.08mm方孔篩篩餘小於10%，出磨生料由水平輸送機和提升機提升進生料庫。

該對比實施例相比實施例1隻在石油焦中加入稻殼粉，不在水泥生料中加入鋰渣，經過煅燒工藝後，水泥熟料中三氧化硫的含量為0.6%；迴轉窯排放至空氣中的廢氣中二氧化硫的濃度為36.8mg/m3。

為了進一步驗證石油焦中稻殼粉的加入量對尾窯煙氣中二氧化硫排放量的影響，本發明進行了不同對比實施方式，具體結果見表1。

通過對表1的試驗結果進行分析可知，隨著石油焦中稻殼粉的量不斷增加，水泥熟料中三氧化硫的濃度逐漸升高，尾窯煙氣中的二氧化硫的排放量逐漸降低，但當稻殼摻量大於15%後，繼續增加稻殼摻量時脫硫量基本不再增長。

對比實施例2

本發明提供的一種用於幹法水泥迴轉窯的石油焦燃料脫硫方法，將石油焦經電子膠帶秤計量後餵入石油焦磨機磨至0.08mm方孔篩篩餘小於3%，將其送到分解爐和迴轉窯窯頭燃燒器燃燒。同時按水泥生料總質量的10%摻加鋰渣，經電子膠帶秤計量配好後，由膠帶輸送機送進輥式生料磨粉機磨至0.08mm方孔篩篩餘小於10%，出磨生料由水平輸送機和提升機提升進生料庫。

該對比實施例相比實施例1不在石油焦中加入稻殼粉，只在水泥生料中加入鋰渣，經過煅燒工藝後，水泥熟料中三氧化硫的含量為0.82%；迴轉窯排放至空氣中的廢氣中二氧化硫的濃度為32.8mg/m3。

為了進一步驗證水泥生料中鋰渣的加入量對尾窯煙氣中二氧化硫排放量的影響，本發明進行了不同對比實施方式，具體結果見表2。

通過對表2的試驗結果進行分析可知，隨著水泥生料中鋰渣的量不斷減少，水泥熟料中三氧化硫的濃度逐漸降低，尾窯煙氣中的二氧化硫的排放量逐漸升高，但濃度始終高於30mg/m3，脫硫效果不是很顯著。

通過對上述兩個對比實施例進行分析可知，同時在石油焦中加入稻殼粉，以及在水泥生料中加入鋰渣，可取得比單獨使用稻殼粉或鋰渣更好的固硫脫硫效果，尾窯煙氣中二氧化硫的排放量可降到低於20mg/m3，甚至低於10mg/m3。這一方面是利用了稻殼粉中含有的化學活性很高的鹼金屬氧化物在燃燒過程中會和石油焦中的硫發生化學反應生成硫酸鹽沉積在水泥熟料中，另外一方面是利用了鋰渣中的鹼金屬氧化物在水泥生料懸浮預熱和分解過程中會吸收揮發在氣體中的硫氧化物生成硫酸鹽沉積在水泥熟料中，從而減少尾窯煙氣中二氧化硫的排放量。

以上實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都是屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。