Вопросы, которые в соответствии с Конвенцией необходимо решить Конференции Сторон на ее первом совещании Установки для производства цементного клинкера Резюме


Добавление 6.1 Поведение ртути на заводах по производству клинкера



страница9/10
Дата09.08.2019
Размер1.98 Mb.
#127325
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

6. Добавление

6.1 Поведение ртути на заводах по производству клинкера


Поскольку температура является наиболее важным параметром для определения поведения ртути и ее соединений в при производстве клинкера, характеристики различных видов ртути и условия реакции будут разъясняться после ознакомления с температурным профилем (см. рис. 6.1), начиная с «горячей стороны» у основной горелки ротационной печи и заканчивая выбросами из пылевого фильтра и трубы.

Кроме того, на рисунке 6.1 приводится температурный профиль и неполный обзор веществ, которые могут участвовать в реакциях, и продуктов соответствующих реакций. Следует отметить, что в принципе существует три класса видов ртути: элементарная ртуть (Hg0), закисная ртуть (Hg+) и окисная ртуть (Hg)2 +.





Рисунок 6.1. Возможные реакции преобразования ртути в процессе производства клинкера (Renzoni et al., 2010; Oerter/Zunzer, 2011; ECRA, 2013)

Hg in fuels

Hg в топливе

Evaporation

Испарение

Elemental mercury Hg0

Элементарная ртуть Hg0

Hg in raw materials

Hg в сырье

Evaporation and reaction

Испарение и реакция

Continuous Hg monitoring

Непрерывный мониторинг Hg

Removal in the raw mill and filter

Удаление в сырьевой мельнице и фильтре

Наибольшее значение имеют три возможные точки ввода ртути (основная горелка, камера вторичного сгорания и прекальцинатор, а также сырьевая мука), которые будут рассматриваться далее.



Основная горелка и ротационная печь

Термодинамические равновесные расчеты показывают, что при температуре выше 700°C–800°C в газовой фазе присутствует только элементарная ртуть (Martel, 2000; Schreiber et al., 2005; Krabbe, 2010). Это имеет большое значение для основной горелки и печи с температурой газов до 2000 °C (см. рисунок 3). Таким образом, все соединения ртути, поступающие в систему через основную горелку, будут преобразованы в элементарную ртуть и, покинув печь, перейдут в подогреватель. Как уже указывалось ранее, в состав клинкера ртуть практически не поступает.



Подогреватель

В подогревателе складываются сложные условия реакции, а температуры газовой фазы составляют около 900°C1000°C на входе в печь и 270°C–450°C после подогревателя. В случае перепуска хлора часть элементарной ртути может быть извлечена, частично она будет адсорбирована на фильтрационную пыль, а частично выделится в воздух. В подогревателе элементарная ртуть из печи может частично преобразоваться в другие виды ртути.

Ввод ртути через основную горелку описан выше. Следующей точкой ввода является вторичное сгорание, которое может происходить при подаче топлива (обычного или из отходов) на вход в печь или прекальцинатор (см. рисунок 3). При температуре выше 700°C800°C ртуть, присутствующая в топливе, преобразуется в элементарную ртуть, которая, как описано выше, может преобразоваться в подогревателе в другие виды ртути.

На заводах по производству клинкера основными видами ртути являются элементарная ртуть, дихлорид (HgCl2) ртути и окись ртути (HgO); другие виды ртути имеют меньшее значение (ECRA 2013). Все эти три вида обладают высокой летучестью. Оксид ртути разлагается при температуре выше 400 °C.





Рисунок 6.2. Зависимость давления паров Hg° и HgCl 2 от температуры (левый график с линейной шкалой и правый график с логарифмической шкалой) (Holleman-Wiberg, 1985; CRC Handbook, 1976; CRC Handbook, 1995; CRC Handbook, 2012)

Vapour pressure in [Pa]

Давление пара (Па)

Temperature in [°C]

Температура (°C)

Vapour pressure of Hg0 and HgCl2

Давление пара Hg0 и HgCl2

Vapour pressure in [Pa]

Давление пара (Па)

Temperature, °C

Температура (°C)

Давление паров элементарной ртути и хлорида ртути экспоненциально увеличивается при повышении температуры. Это показано на рисунке 6.2, на котором можно увидеть соответствующие кривые на линейной и логарифмической шкале.

Числовые показатели иллюстрируют неустойчивость этих видов ртути. Следовательно, они испаряются в подогревателе и остаются в газовой фазе. Эти физико-химические свойства подтверждаются испытаниями на испарение сырьевой смеси, которая представляет собой третью точку ввода. Испытания показывают, что сырьевая мука содержит различные виды ртути, которые испаряются при температуре от 180°C до 500°C. Левый график на рисунке 6.3 демонстрирует кривые испарения ртути из четырех различных видов сырьевой муки.


Рисунок 6.3. Кривые улетучивания Hg из 4 видов сырьевой муки (левый график) и 3 видов фильтрационной пыли (правый график) (AiF, 2008)


Hg concentration in *10-1 [ppt/°C]

Концентрация Hg в *10-1 [чнт/°C]

Temperature [°C]

Температура (°C)

Если сравнить графики, то кривые улетучивания из фильтрационной пыли имеют более узкую форму (180°C400°C), что указывает на адсорбцию элементарной ртути, хлорида ртути и оксида ртути на поверхности частиц пыли (правый график на рисунке 6.3).

Вышеупомянутый температурный диапазон улетучивания видов ртути означает, что бóльшая часть ртути, присутствующей в сырьевой муки улетучивается уже в первых двух циклонах подогревателя (AiF, 2008; Paone, 2008; RENZONI et al., 2010). В силу кинетических свойств реакции улетучивание в подогревателе не может быть 100-процентным, однако оно приближается к этому уровню и полностью завершается в печи.

Уже указывалось, что ртуть обогащается между подогревателем и пылевым фильтром из-за формирования вышеупомянутого внешнего цикла. Снижение температуры газа и адсорбции означает, что ртуть удаляется в определенной степени (главным образом, в зависимости от температуры газа) с фильтрационной пылью, которая перерабатывается в сырьевой муке и подается в подогреватель, где ртуть улетучивается вновь. Таким образом, формируется внешний цикл ртути, как показано на рисунке 6.4, где рассматриваются варианты рециркуляции фильтрационной пыли и ее удаления.





Рисунок 6.4. Внешний цикл ртути на заводе по производству клинкера с учетом рециркуляции фильтрационной пыли и ее удаления, на основе (Sikkema et al., 2011)

Particle-bound Hg

Hg, связанная с частицами

Gas-phase Hg

Hg в газовой фазе

Hg input & output

Ввод и вывод Hg

Volatilisation

Улетучивание

Sorbing

Сорбция

Gas recycl.

Рециркуляция газа

Stack

Труба

Kiln feed

Обжигаемый материал

Raw mill and dust filter

Сырьевая мельница и пылевой фильтр

Raw mill feed

Материал, подаваемый в сырьевую мельницу

Fuels from kiln & precalciner

Топливо из печи и прекальцинатора

Coal mill

Угольная мельница

Газ, покидающий подогреватель, обычно содержит 510 процентов клинкерной пыли, т.е. 50–100 г пыли на кг клинкера. На современных заводах устанавливаются более производительные верхние циклоны. В этих случаях содержание клинкерной пыли  менее 5 процентов. Тем не менее, непосредственно после подогревателя большинство видов ртути по-прежнему почти полностью находятся в газовой фазе, а не связываются с частицами. Тепло отходящих газов далее рекуперируется за счет теплообмена, проходя через сырьевую мельницу для сушки сырьевой муки. Почти во всех современных системах с роликовыми мельницами нет системы кондиционирования газа до сырьевой мельницы; кроме того, в сырьевой мельнице используется разбрызгивание воды для контроля температуры на выходе. В системах с шаровыми мельницами разбрызгивание воды иногда используется для контроля температуры на выходе мельницы, но чаще всего количество горячего газа, поступившего в сырьевую мельницу корректируется в целях контроля температуры на выходе, а остаток газа пропускается вокруг мельницы, часто проходит через колонну охлаждения (либо комбинируется с газом, отходящим из мельницы перед тем, как пойти в фильтр). Впрыск воды в башне охлаждения всегда используется напрямую (эксплуатация с выключенной сырьевой мельницей).

Охлаждение в сырьевой мельнице или колонне охлаждения приводит к первому серьезному переходу ртути из газовой фазы в частицы пыли. Из колонны охлаждения также поступает небольшое количество пыли.

В сырой мельнице происходит теплообмен газа и, таким образом, производится дальнейшее охлаждение газа. Было продемонстрировано, что при температуре в диапазоне от 0°C–400°C давление пара увеличивается экспоненциально. Это также верно для температурного диапазона, в котором эксплуатируются пылевые фильтры: примерно 90°C190°C (рисунок 6.5).





Рисунок 6.5. Зависимость давления пара Hg° и HgCl 2 при температуре от 90°C до 190°C (Schoenberger, 2015)

Vapour pressure in [Pa]

Давление пара (Па)

Temperature in [°C]

Температура (°C)

При взгляде на кривую представляется логичным, что минимизация температуры отходящих газов приведет к увеличению доли ртути, связанной с частицами, которые могут быть удалены в пылевом фильтре. В условиях оптимизации удаления будет удаляться множество частиц пыли. Таким образом при температуре отходящих газов ниже 130 °C эффективность удаления ртути составляет более 90 процентов (Kirchartz, 1994, p 79; Oerter, 2007; Hoenig, 2013; ECRA, 2013).

В составном режиме (с включенной сырьевой мельницей) отходящий газ проходит через сухую мельницу для сушки сырья. В большинстве случаев предусмотрен перепуск некоторых газов из подогревателя вокруг сырьевой мельницы, и эти газы не могут охлаждаться до той же степени до их смешивания с отходящими газами из сырьевой мельницы перед фильтром.

Из бункера с сырьевой смесью ртуть возвращается в подогреватель, где она снова улетучивается и снова удаляется. Таким образом, формируется цикл. Следовательно, силос выступает в роли большого буфера и резервуара и содержит основную часть суммарного объема ртути, присутствующей в системе в целом в любой момент времени (см. рис. 6.4).

В случае прямого режима работы газ из подогревателя полностью проходит колонну охлаждения, а не сырьевую мельницу, и направляется в пылевой фильтр; затем газ не охлаждается в той же степени по сравнению с составным режимом. Поэтому, с одной стороны, пыль из подогревателя (с содержащейся в нем ртутью) не разбавляют сырьевой муки; с другой стороны, температура газа (отходящих газов) выше, так как в сырьевой мельнице не происходит теплообмена.

Связь между внешним циклом, обогащением ртути, влиянием температуры отходящих газов и режима работы была впервые исследована и представлена комплексным образом в 2001 году (Schäfer/Hoenig, 2001). Показатели из этой публикации были переизданы несколько раз (VDZ Activity Report, 2002; Oerter, 2007; Renzoni et al., 2010; Oerter/Zunzer, 2011; Hoenig, 2013; ECRA, 2013). На рисунке 6.6 показан один из графиков, касающийся операции по рециркуляции удаленной фильтрационной пыли за одну неделю: кривая выбросов ртути (значения определялись непрерывно), температура соответствующих отходящих газов и периоды прямого и составного режимов работы.



Рисунок 6.6. Выбросы ртути в сухой ротационной печи для производства клинкера без рециркуляции фильтрационной пыли в течение одной недели с указанием температуры отходящих газов после ЭСП (температуры чистого газа) и периодов времени работы сырьевой мельницы (с включенной мельницей), на основе Schäfer/Hoenig, 2001, также цитируется в VDZ Activity Report, 2002; Oerter, 2007; Renzoni et al., 2010; Oerter/Zunzer, 2011; Hoenig, 2013; ECRA, 2013


Hg emissions in µg/m3

Выбросы Hg в мкг/м3

day

Сутки

Clean gas temperature in °C

Температура очищенного газа в °C

clean gas Hg concentration

Концентрация Hg в очищенном газе

clean gas temperature

Температура очищенного газа

mill on

Включенная мельница

На графике ясно показано, что температура отходящего газа и выбросов повышается при прямом режиме работы. Это также обусловлено обогащением ртути во внешнем цикле во время работы в составном режиме. На прямой режим работы пришлось примерно 26 процентов времени. Короткое время прямого режима работы часто ассоциируется с факторами повышенного обогащения. Пример 2001 года четко демонстрирует, что выбросы ртути во время работы в прямом режиме выше, однако зафиксирована разница меньше чем в два раза; при этом на других заводах сообщается о значительно большей (до 400 раз) разнице (Linero, 2011).

Причинами таких различий являются:


  • содержание пыли в газе, выходящем из подогревателя: в новых или модернизированных циклонных подогревателях содержание пыли ниже, поэтому после осаждения при более низких температурах концентрация ртути в пыли повышается;

  • соотношение составного и прямого режима работы: от 50:50 до 90:10. При более высоком соотношении ртуть может больше обогащаться во внешнем цикле, поэтому разница между выбросами ртути в составном и прямом режимах работы увеличивается;

  • температура отходящих газов: чем ниже температура отходящих газов, тем меньше давление пара и тем выше осаждение различных видов ртути на частицы пыли;

  • эффективность удаления пылевого фильтра: раньше концентрации выбросов в пыли составляли 50–100 мг/Nм3. После применения специально разработанных рукавных фильтров концентрации пыли стали меньше 10 и в некоторых случаях даже меньше 1 мг/Nм3 достигаются. В сочетании с низкой температурой отходящих газов это также способствует уменьшению выбросов ртути.

Еще одним важным фактором является удаление фильтрационной пыли с помощью клапана и степень удаления фильтрационной пыли. На рисунке 6.7 показана схема с использованием клапана для удаления фильтрационной пыли.


Рисунок 6.7. Схема установки клапана для удаления фильтрационной пыли (Waltisberg, 2013)

Output from preheater (gas and dust)

Вывод из подогревателя (газ и пыль)

Input to preheater

Ввод в подогреватель

Waste gas to the stack

Отработанный газ в трубу

1: Conditioning tower

2: Homogenising silo

3: Raw mill

4. Dust filter



1. Колонна увлажнения

2. Силос гомогенизации

3. Сырьевая мельница

4. Пылевой фильтр



Dust and raw meal

Пыль и сырьевая смесь

Gas stream (containing dust)

Поток газа (с пылью)

Removing of dust(s) by means of VALVE

Удаление пыли с помощью КЛАПАНА

Use of the dust outside the kiln process (e.g. as additive in the cement mill)

Использование пыли за пределами печи (например, в качестве добавки в цементную мельницу)

Поэтому выбросы ртути носят более постоянный характер, как указано на рисунке 6.8. Однако указанный период времени был относительно кратким (пять суток): в то время (2001 год) соотношение составного и прямого режимов работы было довольно высоким (88:12).





Рисунок 6.8. Выбросы ртути в сухой ротационной печи для производства клинкера с рециркуляцией фильтрационной пыли в течение пяти суток с указанием температуры отходящих газов после ЭСП (температуры чистого газа) и периодов времени работы сырьевой мельницы (с включенной мельницей), на основе Schäfer/Hoenig, 2001, также цитируется в VDZ Activity Report, 2002; Oerter, 2007; Renzoni et al., 2010; Senior et al., 2010; Oerter/Zunzer, 2011; Hoenig, 2013; ECRA, 2013

Hg emissions in µg/m3

Выбросы Hg в мкг/м3

day

Сутки

Clean gas temperature in °C

Температура очищенного газа в °C

clean gas Hg concentration

Концентрация Hg в очищенном газе

clean gas temperature

Температура очищенного газа

mill on

Включенная мельница

Эффект удаления пыли является самоочевидным.

На рисунке 6.9 показаны расчеты влияния соотношения прямого режима работы без удаления пыли и с удалением 100 процентов пыли во время прямого режима работы на выбросы ртути. Отличия в составном режиме очень невелики, хотя они значительны для прямого режима работы. Если пыль не удаляется, то выбросы ртути в атмосферу значительно увеличиваются (при условии неизменной эффективности пылевого фильтра). В результате удаления пыли выбросы ртути могут быть уменьшены на 35–40 процентов в зависимости от индивидуальных условий. Тем не менее, на рисунке 6.9 показан пример с определенными допущениями. В других случаях сокращение может быть больше или меньше; например, в других источниках указывался уровень 78 процентов (Renzoni et al., 2010, p X). Случаи из практики демонстрируют сокращение в диапазоне от 10 до 35 процентов.

Концентрация ртути в фильтрационной пыли также зависит от индивидуальных обстоятельств. Если эффективность удаления ртути пылевым фильтром превышает 90 процентов, температура отходящих газов составляет примерно 100 °C, соотношение составного и прямого режима работы составляет примерно 90:10, а уровень поступающей ртути не является низким, то концентрация ртути в фильтрационной пыли может достигать 40 мг/кг (Renzoni et al., 2010, p XI).





Рисунок 6.9. Влияние соотношения прямого режим работы без удаления пыли и с удалением 100 процентов пыли во время прямого режима работы.

Условные обозначения: COM – составной режим эксплуатации; DOM – прямой режим эксплуатации.

Hg emission to air [µg/Nm3]

Выбросы Hg в воздух (мкг/Nм3)

Percentage of direct operation mode [%]

Доля прямого режима эксплуатации (%)

COM, dust rem.: 0%

COM, удаление пыли: 0%

DOM, dust rem.: 0%

DOM, удаление пыли: 0%

COM, dust rem.: 100%

COM, удаление пыли: 100%

DOM, dust rem.: 100%

DOM, удаление пыли: 100%




Каталог: Portals
Portals -> Послепродажное обслуживание сущность и значение послепродажного обслуживания
Portals -> 1. Сущность и значение ремонтного обслуживания. Формы организации и виды ремонтного обслуживания. Сущность и значение ремонтного обслуживания
Portals -> Методы получения органических нитросоединений
Portals -> Перечень экзаменационных заданий для студентов 2 курса ф-та хтиТ спец. Оосирипр
Portals -> Учебной программы для студентов 2 курса специальности оосирипр
Portals -> Міністерства адукацыі Рэспублікі Беларусь
Portals -> Вопросы к экзамену для студентов 2 курса факультета тов
Portals -> Учебного материала по органической химии к экзамену


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница