炭素生产中敞开式环式炉烟气中的SO2及其来源

[摘 要] 本文通过对敞开式环式焙烧炉的介绍，阐述了焙烧烟气中SO2产生的途径，表达了生产中对各种物料含硫量的控制要求；经过检测数据分析得出焙烧烟气中的SO2主要来源于燃气，煅后石油焦和煤沥青基本没有SO2，冶金焦仅在第一次应用时对烟气中SO2的浓度有较大的影响，反复使用后影响消失。为解决因SO2所产生的环保问题提供理论依据。

[关键词] 敞开式环式炉； SO2；环保

炭素生产烟气中SO2含量是环保要求必须达标的一项综合指标，目前国内环式炉执行《工业炉窑大气污染物排放标准》GB9078-1996标准；其中要求为，烟（粉）尘

为了确保敞开式环式焙烧炉所涉及的环保问题，国内外各炭素厂家普遍采用电捕焦油器的方式进行处理，但是，外排烟气中仍然含有一定量的SO2。为了弄清焙烧烟气中SO2的来源，针对敞开式环式炉生产过程进行检测分析，为进一步探索SO2的产生提供支持，为解决因SO2所产生的环保问题提供理论依据。

1 酸雨的形成与危害

1.1 酸雨的形成

酸雨是指PH值小于5.6的酸性降雨，酸雨中的酸性物质主要是硫酸和硝酸。其中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%。空气中二氧化硫（SO2）最主要的来源是燃烧含硫的燃料。据估测，大气中的SO2有70%来源于工业燃煤。当烟囱排放出的二氧化硫酸性气体，上升到空中与水蒸气相遇时，就会形成硫酸（H2SO4）小滴，使雨水酸化，降水时形成酸雨。

1.2 酸雨的危害

酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如：腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面，导致森林死亡；使湖泊中鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；饮用酸化物造成的地下水，对人体有害。

针对SO2在酸雨中的重要作用，要减少酸雨的危害必须严控SO2的排放。炭素生产中，焙烧工序烟囱排出的烟气中含有一定量的SO2，弄清工艺过程中产生SO2的主要途径，为进一步减少SO2排放采取措施提供针对性的依据。

2 焙烧工艺过程和焙烧炉的特点

2.1 焙烧工艺是炭素生产的第二道工序，主要目的是将压型工序中的粘结剂炭化。

焙烧工艺可划分成三个阶段：

①、装炉：首先将炭素成型后的制品吊放到焙烧炉中，然后用填充料（冶金焦）加以掩埋，即装炉完成。

②、加热和保温：通过燃气对已装好制品的焙烧炉箱进行加热，这个过程是间接加热，热量通过砖墙传递给填充料，再经填充料传递给炉中制品。炉内制品传感温度达到860℃左右时，再按工艺要求进入保温阶段。

③、冷却和出炉过程：当完成加热工艺曲线后，停止对该炉箱的加热，炉箱进入冷却降温阶段，大约在240-360小时后，进行填充料抓取，并吊出已烧好的制品，至此焙烧做业完成。

2.2 敞开式环式焙烧炉的特点

敞开式环式焙烧炉，在加热过程中燃料通过燃烧架的喷火嘴燃烧后对烟道进行加热，热量通过传递使炉内产品达到预定的温度，同时热烟气在负压的带动下进入后面炉室的烟道，达到烟气热量充分传递利用的目的。在整个生产过程中各炉室串联供热，所以，对于单体炉室来讲是不断的处于间歇生产的状态，但对整条焙烧系统而言，却是一个连续的生产过程。

基于焙烧炉的特点，燃料所产生的烟气直接通过烟道进入烟囱排入大气中。而炉箱内的物料所产生的烟气则通过耐火砖的缝隙在负压的带动下进入烟道。

3 焙烧过程中SO2的产生

焙烧工艺涉及的主要物料有燃料、原料和填充料。由于焙烧炉的特点下面就物料在焙烧过程中与SO2的关系作一下分析。

3.1 燃料

焙烧炉中使用的燃料主要有冷煤气、热煤气和天然气。由于制煤气的原煤中含有较高的硫分，所以在煤气转化过程中会有大量的SO2产生，经输送管道进入焙烧工序，在生产过程中，通过烟气排放到大气中，导致SO2浓度偏高，甚至超标。

天然气作为相对纯净的燃料，在敞开环式炉生产中可以杜绝由燃气渠道产生SO2的问题，确保烟气中SO2浓度。但是，天然气作为国家重点民用资源，在大工业生产中无论在供应量还是成本上都是制约其广泛应用的一个壁垒。

3.2 原料

焙烧工序的原料是炭素成型品，主要成分是煅后石油焦和煤质沥青。

⑴煅后石油焦

炭素生产要经过2600℃的石墨化处理的过程，这就要求对硫含量的控制极为严格，因为硫含量过高在石墨化过程中容易产生气胀现象。同时，炭素产品，尤其是特炭产品的用户对硫成分的要求非常严格。

由于炭素生产对煅后石油焦含硫指标的要求极为严格，所以石油焦在焙烧之前经过1270-1380℃的煅烧过程，不但排除原料自身的挥发份，同时也可使石油焦中的部分硫组份以硫蒸气的形式得以释放排除。从而满足了石墨化处理的要求，煅后石油焦中硫成份需控制在0.35%以内。实际生产中煅后石油焦含硫量控制指标（随机抽取）如下图。

由于焙烧火道温度最高为1250℃（而炉内制品仅为860℃左右），所以，煅后石油焦在焙烧阶段将基本无SO2排出。

⑵煤质沥青

煤质沥青是炭素制品生产中的粘结剂，用量相对较少，其硫份不允许超过0.2%。煤质沥青在焙烧过程中析出的SO2总量尽管不多，但却是存在的。实际生产中煤沥青含硫量控制指标（随机抽取）如下图。

3.3 填充料

焙烧工序的填充料，主要起到固定制品形状和向制品传递热量的作用。目前，国内外填充料主要为冶金焦，其含硫量一般较高，当温度超过440℃以上时冶金焦开始析出SO2。炭素生产中填充料冶金焦的硫含量不允许大于0.8%。实际生产中冶金焦含硫量控制指标（随机抽取）如下图。

4 结论

⑴燃料所产生的烟气直接通过烟道进入烟囱排入大气中。而炉箱内的物料所产生的烟气则通过耐火砖的缝隙在负压的带动下进入烟道。

⑵焙烧烟气中SO2的主要来源为作为燃料的煤气。

⑶煅后焦和煤沥青作为产品的主要原料，煅后石油焦没有SO2排除，而煤沥青所产生的SO2呈微量。

⑷冶金焦在生产过程中，只有第一次有较高的含硫量，对烟气中的SO2浓度有一定的影响，而经过反复应用后对烟气中SO2的浓度基本没有影响。

[参考文献]

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