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水泥窑协同处置长江漂浮物过程的污染物排放与环境风险

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环境污染与防治 2023年第7期45卷 972-979页

作者：刘美佳崔长颢闫大海陈超李丽 Kare Helge Karstensen 中国环境科学研究院国家环境保护危险废物鉴别与风险控制重点实验室北京100012 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所北京100012 Foundation for Scientific and Industrial Research Norway Oslo

长江水面聚集大量漂浮物,对发电和航运安全造成严重影响,也是影响库区环境的重要问题。在水泥窑协同处置长江漂浮物工程现场,分析了水泥窑协同处置长江漂浮物过程中窑尾烟气、水泥熟料和旁路放风粉尘中的污染物排放特征,评估了水泥窑协... 详细信息

长江水面聚集大量漂浮物,对发电和航运安全造成严重影响,也是影响库区环境的重要问题。在水泥窑协同处置长江漂浮物工程现场,分析了水泥窑协同处置长江漂浮物过程中窑尾烟气、水泥熟料和旁路放风粉尘中的污染物排放特征,评估了水泥窑协同处置长江漂浮物的环境风险,也研究了氯和5种典型重金属在水泥窑系统中的分配规律。结果表明,氯主要由入窑生料引入窑系统,由熟料带出,开启旁路放风时约20%的氯进到旁路放风粉尘中。Cr、Co、Ni、Cu和Sb主要来自于入窑生料,长江漂浮物也能引入一定量的重金属,最终超过90%的重金属经熟料带出窑系统,其余重金属主要进入窑灰。水泥窑协同处置长江漂浮物过程中,窑尾烟气、水泥熟料和旁路放风粉尘的大部分污染物均低于相应的标准限值,但需重点关注窑内燃烧状态,减少CO的产生以避免影响脱硝效率,旁路放风粉尘的Se浸出浓度超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)规定的限值,具有一定环境风险。

关键词：长江漂浮物协同处置水泥窑环境风险

基于水泥窑脱硝的碳基还原NO_(x)研究进展

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化工进展 2023年第9期42卷 4882-4893页

作者：李东泽张祥田键胡攀姚杰朱林卜昌盛王昕晔南京师范大学能源与机械工程学院江苏南京210023 湖北大学材料科学与工程学院湖北武汉430062 湖北湖大天沭新能源材料工业研究设计院有限公司湖北武汉430062 国电环境保护研究院有限公司江苏南京211800 南京工业大学能源科学与工程学院江苏南京211816

随着水泥行业“超低排放”的推进,NO_(x)排放要求逐步向100mg/m^(3)甚至50mg/m^(3)看齐。水泥窑碳基脱硝通过控制煤粉燃烧产生焦炭和CO还原NO_(x),具有无须添加脱硝剂、避免氨逃逸、与生产流程结合良好、改造和运行成本低的优势,可作为... 详细信息

随着水泥行业“超低排放”的推进,NO_(x)排放要求逐步向100mg/m^(3)甚至50mg/m^(3)看齐。水泥窑碳基脱硝通过控制煤粉燃烧产生焦炭和CO还原NO_(x),具有无须添加脱硝剂、避免氨逃逸、与生产流程结合良好、改造和运行成本低的优势,可作为水泥行业实现“超低排放”的辅助工艺。本文首先介绍了碳基脱硝的主要实施方式,包括回转窑低氮燃烧、分解炉分级燃烧和增设还原区等。然后讨论了焦炭和CO还原NO_(x)的特性和机制。焦炭还原效果与其比表面积和活性位点有关。CO还原反应可在无催化条件下发生,但CO体积分数小于1%时效果可以忽略。焦炭、CaO和煤灰等可作为催化剂,将CO还原NO的温度窗口下限从900℃降低至600~800℃。最后综述了CO对选择性非催化法(SNCR)的影响及其机制,认为碳基脱硝与氨基脱硝具有耦合协同潜质。水泥窑碳基脱硝的进一步研究可以关注以下方面:在更为全面和系统的工况下评价脱硝特性,试验和理论结合明确脱硝机制,开发碳基与氨基协同脱硝技术等。

关键词：水泥窑脱硝焦炭一氧化碳催化氧化钙飞灰

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水泥窑热工条件下十溴二苯醚的热分解规律

环境工程 2022年第10期40卷 98-104,111页

作者：樊美蓉张尚毅杨延梅杨金忠杨玉飞谢真中国环境科学研究院北京100012 重庆交通大学河海学院重庆400074

基于水泥窑热工条件参数,结合响应曲面设计基本原理,开展了十溴二苯醚(BDE-209)热分解规律及影响因素研究,并分析了BDE-209的脱溴路径。结果表明:烟气中多溴二苯醚(PBDEs)含量随着溴取代数降低而降低;不同PBDEs单体受不同因素影响明显,... 详细信息

基于水泥窑热工条件参数,结合响应曲面设计基本原理,开展了十溴二苯醚(BDE-209)热分解规律及影响因素研究,并分析了BDE-209的脱溴路径。结果表明:烟气中多溴二苯醚(PBDEs)含量随着溴取代数降低而降低;不同PBDEs单体受不同因素影响明显,烟气中BDE-209浓度主要受样品中原始浓度和温度的影响,九溴二苯醚和八溴二苯醚浓度主要受温度和氧气交互作用的影响;结合文献研究与本实验结果推测BDE-209在水泥窑热工条件下的最主要的两条降解路径,生成九溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209脱去一个溴生成BDE-207;生成八溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209脱去一个溴生成BDE-206,再由BDE-206脱去一个溴再生成BDE-203。明确BDE-209的热分解规律及影响因素,能够为水泥窑热工条件下处置含PBDEs废物提供理论支撑。

关键词：十溴二苯醚(BDE-209) 水泥窑响应曲面法影响因素分解规律

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水泥窑用不同铝硅系耐火砖抗碱侵蚀性能研究

耐火材料 2023年第2期57卷 131-134,138页

作者：马淑龙康剑杨晨孟令汉席含博苏玉柱马飞李燕京罗华明北京金隅通达耐火技术有限公司北京100085

采用坩埚法对市售铝硅系硅莫砖1680、硅莫砖1550、抗剥落高铝砖JA、低铝莫来石砖M55进行抗碱侵蚀对比试验,对侵蚀后坩埚进行物相及微观结构分析并探讨碱侵蚀行为。结果表明:1)硅莫砖和低铝莫来石砖抗碱侵蚀性相对较好,抗剥落高铝砖抗碱... 详细信息

采用坩埚法对市售铝硅系硅莫砖1680、硅莫砖1550、抗剥落高铝砖JA、低铝莫来石砖M55进行抗碱侵蚀对比试验,对侵蚀后坩埚进行物相及微观结构分析并探讨碱侵蚀行为。结果表明:1)硅莫砖和低铝莫来石砖抗碱侵蚀性相对较好,抗剥落高铝砖抗碱侵蚀性能较差。2)硅莫砖中的碳化硅高温下氧化,在耐火砖表面形成致密层,可有效抑制K元素的侵蚀渗透,因此材料的抗碱侵蚀性能优良;抗剥落高铝砖由于选用的原料品级较差,样砖显气孔率很高,碱渗透最深,并生成大量的钾霞石而导致试样产生大的碱裂,因此材料的抗碱侵蚀性能很差。3)低铝莫来石砖显气孔率低,所用原料中莫来石均质料及红柱石结构致密,且结构中存在一定数量的高硅非晶相,可与K元素反应生成高黏度玻璃相阻塞气孔,使得材料抗碱侵蚀性能较好。

关键词：水泥窑铝硅系耐火砖碱侵蚀

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水泥窑用耐磨涂层的制备与研究

水泥窑用耐磨涂层的制备与研究

作者：金浩辽宁科技大学

学位级别：硕士

随着对水泥窑设备及燃料的改进,使得水泥窑的使用环境更加苛刻,因此对水泥窑用耐火材料有更高的要求。硅莫砖具有优异的耐磨以及抗侵蚀性能被应用于水泥窑三次风管等部位,但在工作环境下长久受到粉尘颗粒、高温碱气体的冲刷磨损和侵蚀... 详细信息

随着对水泥窑设备及燃料的改进,使得水泥窑的使用环境更加苛刻,因此对水泥窑用耐火材料有更高的要求。硅莫砖具有优异的耐磨以及抗侵蚀性能被应用于水泥窑三次风管等部位,但在工作环境下长久受到粉尘颗粒、高温碱气体的冲刷磨损和侵蚀的危害,使耐火材料损毁从而造成停窑、减产。因此,本文研究了一种适用于水泥窑三次风管等部位使用的无机耐磨涂层,以提高水泥窑中硅莫砖的耐磨、抗侵蚀性能。论文中通过XRD、SEM等检测手段研究了结合剂、填料组成、钾长石添加量、表面改性剂种类及含量、氧化铝含量及铝源等对涂层耐磨性能及抗侵蚀性能的影响,得出如下结论:(1)采用硅溶胶制备的涂层相比铝溶胶涂层具有更好的涂覆性能,经热处理后纳米硅溶胶浸入硅莫砖基体孔隙中起到“钉扎”作用,使涂层与基体硅莫砖结合性好,涂层内无凸起等缺陷出现。(2)在低铝涂层中随钾长石添加量增加,涂层的液相量增大,可改善涂层的高温成膜性能,钾长石添加量70%时,具有最佳的高温成膜性能;在高铝涂层中添加金属铝粉可改善涂层的高温成膜性能,最佳添加量为10%。(3)在高铝涂层中,当AlO含量在50%-70%时,采用白刚玉为铝源的涂层均具有较好的高温成膜性能,其中加入70%白刚玉粉的涂层具有最佳的高温耐磨性能;在1450℃侵蚀环境下高铝耐磨涂层涂层阻滞了侵蚀介质对基体硅莫砖骨料的侵蚀作用,提高了硅莫砖的抗侵蚀性能。(4)在涂层中添加消泡剂和凹凸棒土可降低涂层的表面张力,提高涂层中填料的分散性及悬浮性,改善涂层的粘度和常温成膜时出现的缩孔/针现象、同时在高温下消泡剂和凹凸棒土还有一定的助烧作用,减少高温成膜形成的“橘皮”现象,提高涂层的耐磨性能。对比来看最佳消泡剂为Df-150,添加量为0.3%,凹凸棒土最佳添加量为0.3%。(5)低铝涂层填料最佳配比为:钾长石70%,氧化铝20%,氧化硼10%,外加0.3%Df-150消泡剂、0.3%凹凸棒土增稠剂,此时涂层与基体硅莫砖结合致密,耐磨性为6.2cm,可对基体硅莫砖起到耐磨保护作用。(6)高铝涂层填料最佳配比为:白刚玉粉70%,钾长石20%,金属铝粉10%,外加0.3%Df-150消泡剂、0.3%凹凸棒土增稠剂,此时涂层具有最佳耐磨性5.22cm,可对基体硅莫砖起到耐磨、抗侵蚀的保护作用。

关键词：水泥窑硅莫砖耐磨涂层氧化铝硅溶胶

耦合碳捕集的水泥窑闪蒸式余热发电系统热力学分析

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动力工程学报 2023年第8期43卷 1077-1084页

作者：焦文婷程伟良华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206

为实现水泥窑低温废气余热的梯级利用以及烟气的碳捕集,提出了一种新型耦合碳捕集单元的闪蒸式余热发电系统。利用余热发电系统中一级闪蒸饱和蒸汽作为碳捕集单元的供热热源,饱和蒸汽放热后的饱和水可再经二级闪蒸产生补汽进入汽轮机做... 详细信息

为实现水泥窑低温废气余热的梯级利用以及烟气的碳捕集,提出了一种新型耦合碳捕集单元的闪蒸式余热发电系统。利用余热发电系统中一级闪蒸饱和蒸汽作为碳捕集单元的供热热源,饱和蒸汽放热后的饱和水可再经二级闪蒸产生补汽进入汽轮机做功。分别利用Aspen Plus软件模拟碳捕集单元,Ebsilon软件模拟余热发电系统,以实现系统的热集成优化,进一步对碳捕集单元进行工艺改进以降低捕碳能耗。同时,从能量和㶲角度深入分析系统耦合碳捕集单元后的热力性能变化,在此基础上进一步分析捕碳能耗对新系统性能的影响。结果表明:新系统的发电功率为7.452 MW,年捕碳量可达11万t左右;与耦合常规碳捕集的系统相比,新系统的捕碳能耗由3.58 GJ/t降至3.08 GJ/t,循环效率和净发电效率分别提高了0.51百分点和0.9百分点。

关键词：余热发电水泥窑碳捕集系统集成捕碳能耗

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水泥窑余热利用的节能减碳技术研究

水泥窑余热利用的节能减碳技术研究

作者：焦文婷华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

我国是全球水泥制造的第一大国,水泥产量约占全球57%,然而水泥生产是一个高能耗且高排放的过程。在水泥熟料的生产过程中不仅产生了大量的中低温废气,而且产生的CO2排放量仅次于电力行业。目前国内水泥厂的余热发电技术已得到了广泛运用... 详细信息

我国是全球水泥制造的第一大国,水泥产量约占全球57%,然而水泥生产是一个高能耗且高排放的过程。在水泥熟料的生产过程中不仅产生了大量的中低温废气,而且产生的CO2排放量仅次于电力行业。目前国内水泥厂的余热发电技术已得到了广泛运用,在“双碳”目标要求的背景下,水泥生产过程的烟气碳捕集是实现水泥行业低碳清洁生产的重要举措。考虑到水泥生产过程中的低温废气余热难以高效利用及烟气碳捕集工艺需要低温热源供热的特点,本文基于水泥窑闪蒸式余热发电系统和MEA法碳捕集单元,提出了利用闪蒸蒸汽供热的余热发电碳捕集系统(新系统1)和利用汽机排汽供热的余热发电碳捕集系统(新系统2)。新系统1利用一级闪蒸饱和蒸汽作为碳捕集单元的供热热源,饱和蒸汽放热变成饱和水后再经二级闪蒸产生低压饱和蒸汽进入汽轮机作为补汽做功;新系统2利用多级汽轮机的高压段排汽给碳捕集单元供热,放热后的排汽与PH炉省煤器分流的工质水混合后一起进入闪蒸器闪蒸,产生的饱和蒸汽进入汽轮机低压段做功。依据“温度对口,梯级利用”的原则,通过闪蒸式余热发电系统与碳捕集单元的高效热集成实现了新系统中热量的梯级利用,在满足废气余热发电的同时实现烟气碳捕集。本文分别利用Aspen Plus软件模拟碳捕集单元,EBSILON软件模拟闪蒸式余热发电系统,并从能量和(火用)角度对新系统进行了全面的热力学分析。结果表明:原水泥窑闪蒸式余热发电系统的发电量可达10.871 MW,而新系统耦合了碳捕集单元后,发电量分别降为了 7.452 MW和6.341 MW,净发电热效率从23.03%分别降低至18.76%和15.12%,净发电(火用)效率也从36.8%分别降到了20.2%和16.3%。新系统发电能力虽有所下降,但也带来了碳减排的环境效益,以10%的烟气量为研究对象并对碳捕集单元进行工艺改进后,两个新系统的年捕碳量均可达11万吨。此外,对于所提两新系统从发电量、净发电热效率、净发电(火用)效率、系统总(火用)损等角度对比分析发现,新系统1的热力性能均优于新系统2。以上两新系统的提出,为采用闪蒸式余热发电系统的水泥厂在废气碳捕集上提供了新的改造技术路线和方法。

关键词：水泥窑余热发电碳捕集系统集成热力学分析

水泥窑协同处置Cr污染土壤过程中Cr的化学形态转化

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环境工程 2021年第10期39卷 185-190页

作者：杨柳阳王雷崔长颢刘美佳李丽闫大海南京工业大学环境科学与工程学院南京210000 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所北京100012

为了对水泥熟料中的水溶性类Cr(Ⅵ)化合物从源头入窑废物控制以达到合理处置铬污染土壤的目的,以生料中Cr(Ⅲ)转化为熟料中Cr(Ⅵ)及水溶性Cr(Ⅵ)转化率为切入点展开探究。采用实验室模拟实验结合现场实验分别对含Cr污染土壤(CCS)中Cr元... 详细信息

为了对水泥熟料中的水溶性类Cr(Ⅵ)化合物从源头入窑废物控制以达到合理处置铬污染土壤的目的,以生料中Cr(Ⅲ)转化为熟料中Cr(Ⅵ)及水溶性Cr(Ⅵ)转化率为切入点展开探究。采用实验室模拟实验结合现场实验分别对含Cr污染土壤(CCS)中Cr元素煅烧前后质量平衡,Cr(Ⅲ)转化为Cr(Ⅵ)的转化率以及水溶性Cr(Ⅵ)的转化率进行研究。结果发现:Cr总量在煅烧前后基本未发生改变;在模拟煅烧实验中,Cr(Ⅲ)→Cr(Ⅵ)的转化率仅为40%左右,但在现场实验中可达到90%左右;水溶性Cr(Ⅵ)仅在现场实验工况下的熟料中检测到,Cr(Ⅵ)中水溶性Cr(Ⅵ)占比为60%~69%,水溶性Cr(Ⅵ)的转化率为35.40%。水泥产品中的水溶性Cr(Ⅵ)检测结果中复合型硅酸盐水泥中水溶性Cr(Ⅵ)含量低于GB 31893—2015《水泥中水溶性铬(Ⅵ)的限值及测定方法》中的相应限值10 mg/kg。

关键词：水泥窑污染土壤协同处置 Cr(Ⅵ) 转化率

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水泥窑燃烧器浇注料的损毁原因分析

耐火材料 2020年第3期54卷 250-252页

作者：丛江波张海波周伟马淑龙周晓伟高长贺通达耐火技术股份有限公司北京100043 巩义通达中原耐火技术有限公司河南巩义451200

采用XRD和XRF测试燃烧器衬体浇注料试样的物相组成、化学组成,分析其损毁原因。结果表明:燃烧器衬体浇注料的外表面由于产生了低熔点的钙长石和钾长石,在高温状态下产生液相,降低了浇注料的表面强度,造成浇注料的熔蚀损坏。渗透进入浇... 详细信息

采用XRD和XRF测试燃烧器衬体浇注料试样的物相组成、化学组成,分析其损毁原因。结果表明:燃烧器衬体浇注料的外表面由于产生了低熔点的钙长石和钾长石,在高温状态下产生液相,降低了浇注料的表面强度,造成浇注料的熔蚀损坏。渗透进入浇注料内部的钾盐一部分与基质反应生成钾霞石和钾刚玉,破坏了浇注料基质组成;另一部分由于钾盐自身密度差异,在浇注料基质内冷却沉积后产生体积膨胀,二者综合作用导致浇注料衬体剥落损毁。

关键词：水泥窑燃烧器浇注料损毁