關于水泥窯的高效脫硫方式及其研究

摘要

本文詳細介紹了SO2形成機理、熱生料高效脫硫采取的措施及效益分析。實踐證明，水泥窯熱生料高效脫硫技術，可以有效降低SO2排放，而且投資、運行成本低，對窯系統(tǒng)影響小，在原燃料穩(wěn)定時，可以實現(xiàn)低于50mg/Nm3的排放控制。

關鍵詞：氨逃逸；脫硫；高效；水泥窯

引言

SO2是水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要大氣污染物之一。我國GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》規(guī)定SO2排放限值為200mg/Nm3，重點地區(qū)為100mg/Nm3。京津冀等地區(qū)對水泥行業(yè)SO2排放限值則更為嚴格。這使得部分水泥生產(chǎn)線SO2排放超標；同時,隨著未來含硫較高的劣質原燃材料及替代燃料大規(guī)模使用，更多的硫將被帶入水泥生產(chǎn)過程，必然會引起SO2排放水平的持續(xù)增高。采用適當?shù)拿摿蚣夹g控制SO2排放濃度，是水泥企業(yè)面臨的重要難題。我公司試用了多項技術創(chuàng)新，不斷改進脫硫技術，最終實現(xiàn)氨逃逸不超標，脫硫效果佳，用量小的目標。

1.我公司針對水泥窯的四種高效脫硫方式

（1）液體噴霧脫硫 

    液體脫硫催化劑通過液體噴淋系統(tǒng)加注至C1、C2處，經(jīng)高壓氣體加壓形成均勻噴霧，實現(xiàn)SO2的高效脫除，脫硫效率在70%～80%，足夠添加量下，SO2可實現(xiàn)超低排放。

（2）螺旋鉸刀粉劑脫硫

采用螺旋輸送鉸刀系統(tǒng)（含計量稱重功能），鉸刀輸送粉體脫硫劑與生料共同進入換熱器后可以立即吸收水泥窯釋放的SO2進行反應生成硫酸鹽類，達到脫硫目的，脫硫效率在 80%～85%。

（3）高效粉劑脫硫（星型卸料器）

高效粉劑脫硫方式針對粉劑脫硫系統(tǒng)經(jīng)常性堵料改進生成，選用星型卸料閥噴吹下料，解決了堵料難題。該系統(tǒng)設備由羅茨風機、星型卸料閥、粉劑料倉、真空上料器、噴吹振打系統(tǒng)組成。真空上料器可實現(xiàn)脫硫粉劑自動加料，計量方法采用編碼器和星型卸料閥結合，精準計量，準確省錢。

（4）新型高效復合脫硫方式

新型高效復合脫硫方式以固體脫硫材料和液體脫硫催化劑協(xié)同作用，分別通過自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制操作，同時備有手、自動切換系統(tǒng)，企業(yè)可根據(jù)實際需求通過控制脫硫劑的加入來達到SO2目標排放值。

2.水泥窯形成硫的原因

水泥窯系統(tǒng)中的硫是由原料和燃料帶入的。原料中的硫以有機硫化物、硫化物或者硫酸鹽的形式存在，單質硫可以忽略不計。原料中存在的硫酸鹽在預熱器系統(tǒng)通常不會形成SO2氣體，大體上都會進入窯系統(tǒng)。原料中以其他形式存在的硫，則會在300~600℃被氧化生成SO2氣體，主要發(fā)生在五級預熱器的第二級旋風筒或者六級預熱器的第三級旋風筒。在預分解窯系統(tǒng)內，由窯頭和分解爐喂入燃料所含的硫均被CaO和堿性氧化物吸收，生成硫酸鹽。

一般水泥生產(chǎn)線SO2排放都較低，主要是因為水泥工藝本身具有的脫硫作用，即分解爐內新生成的CaO活性很高，很好地吸收了煙氣中的SO2。但部分生產(chǎn)線由于原料中硫化物的量較大，硫化物氧化產(chǎn)生的SO2在通過上級旋風筒時會被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO2在原料磨中進一步被吸收。但是需要指出的是：在溫度低于600℃的情況下，CaCO3對SO2的吸收效率要遠低于CaO。上面兩級預熱器中CaCO3分解率較低且僅有少量CaO被煙氣從高溫部分帶上去，因此吸收效率很低。再加上此時濕度較低以及排放前的停留時間較短，SO2排放濃度可能會較高。

3.水泥窯目前的脫硫機理

鈣法，由于SO2能被活性CaO吸收，CaO制成一定濃度的漿液，采用噴霧干燥脫硫技術，噴入到生產(chǎn)線合適位置，吸收系統(tǒng)中的SO2。此方法設備占用空間大，原料用量大，廢水處理難，再加上各個水泥廠都以壓縮成本、提高盈利為主，此方法越來越被業(yè)內淡化。

4.我公司高效脫硫的優(yōu)勢

(1)降低二氧化硫排放值；

(2)消除窯尾收塵器布袋結露問題，保證窯正常運行，提高產(chǎn)品質量；

(3)降低原料中揮發(fā)性有害物質的含量，保證水泥窯系統(tǒng)穩(wěn)定運行和熟料的質量；

(4)脫硫劑用量小，大大降低生產(chǎn)成本；

(5)不會造成氨逃逸超標。

5.高效脫硫劑的研究

經(jīng)過我公司不斷的技術創(chuàng)新，最終研制出以碳酸鈉、碳酸氫鈉為主要成分的脫硫粉劑，根據(jù)不同的水泥窯工況，采用不同目數(shù)的碳酸鈉和碳酸氫鈉混合配比，脫硫效果明顯，最高能達到97%的脫硫效率。同時，結合實際情況，為了增加脫硫粉劑與水泥原料的基礎面積，脫硫粉劑中配有適當?shù)呐蛎泟║型膨脹劑）大大提高了脫硫粉劑的利用率，同等窯況下，達到相同的脫硫效果，脫硫粉劑使用量可以節(jié)省30%，節(jié)約了廠家的脫硫系統(tǒng)運行成本。

6.項目實例

（1）2021年福建某水泥廠采用河南匯金智能裝備有限公司（以下簡稱“我公司”）液體噴淋脫硫系統(tǒng)。

為了降低SO2排放，福建某水泥廠委托我公司負責生產(chǎn)線脫硫技改項目設計與施工。該項目于2021年6月初開始現(xiàn)場改造施工，6月底完成改造，技改目標SO2每小時平均排放濃度≤90mg/Nm3。

水泥窯高效脫硫方案：

基于現(xiàn)場實際情況，多方面因素考慮，最終采用液體噴淋脫硫系統(tǒng)。該方案具有施工周期短、成本低、便于維護、自動化控制等優(yōu)點。

調試過程：

對改造前SO2排放數(shù)據(jù)進行雙方確認，開窯投料，進行SO2數(shù)據(jù)對比；

在液體噴淋脫硫系統(tǒng)開啟前后，進行SO2數(shù)據(jù)對比分析，同時觀察窯尾余熱發(fā)電鍋爐、高溫風機和窯尾袋收塵器進口溫度變化；

若未達標，增加噴淋泵頻率，頻率增減幅度為1HZ，依此類推，每次調整后，進行SO2數(shù)據(jù)對比分析，觀察不得低于10min。基于SO2達標排放時噴淋泵的運行頻率來判定系統(tǒng)噴淋泵的合適運行頻率。

福建某水泥廠液體噴淋脫硫系統(tǒng)施工現(xiàn)場設備布置

運行效果：

在原材料沒有變化的情況下，對比了水泥窯熱生料高效脫硫技改前后窯尾煙囪的SO2排放情況，見下表。

(2)2021年湖北某水泥廠采用我公司高效復合脫硫系統(tǒng)。（既有液體脫硫噴淋系統(tǒng)，又有螺旋鉸刀粉劑系統(tǒng)）

為了降低SO2排放，湖北某水泥廠委托我公司負責生產(chǎn)線脫硫項目設計與施工，技改目標SO2每小時平均排放濃度≤100mg/Nm3。

水泥窯熱生料高效脫硫方案:

基于現(xiàn)場實際情況，多方面因素考慮，最終采用高效復合脫硫系統(tǒng)。該方案具有效果顯著、自動化控制，計量精確等優(yōu)點。同時，考慮后期排堿需要，可以自行定期外排高硫高堿窯灰。

湖北高效復合脫硫施工現(xiàn)場設備布置

運行效果：

在原材料沒有變化的情況下，對比了水泥窯熱生料高效脫硫技改前后窯尾煙囪的SO2排放情況，見下表。

（3）2021年河南某水泥廠采用河南匯金智能裝備有限公司（以下簡稱“我公司”）高效粉劑脫硫系統(tǒng)。

為了降低SO2排放，河南某水泥廠委托我公司負責生產(chǎn)線脫硫項目設計與施工。該項目于2021年12月底開始現(xiàn)場改造施工，2022年1月中旬完成改造，技改目標SO2由240mg/Nm3排放濃度降低至30mg/Nm3以內。

水泥窯熱生料高效脫硫方案：

廠家對脫硫效果非常重視，結合現(xiàn)場實際情況和多方面因素考慮，最終確定高效粉劑脫硫系統(tǒng)。

該方案具有施工周期短、成本低、效果顯著、自動化控制、精準計量等優(yōu)點。并且該方案高效脫硫粉劑添加在高溫風機出口，不影響發(fā)電，沒有氨逃逸。選用星型下料器，解決了堵料問題。計量方法采用編碼器和星型卸料閥結合，精準計量，準確省錢。     

高效脫硫粉劑系統(tǒng)施工現(xiàn)場設備布置

系統(tǒng)工程質量控制:

脫硫粉劑下料順暢平穩(wěn)、設備可實現(xiàn)近遠程自動化控制、儀表設備傳輸數(shù)據(jù)準確、輸送管道密封性和可靠性要重點控制；各操作點要有操作檢修平臺設施；調試按方案規(guī)程操作。

調試過程:

對改造前SO2排放數(shù)據(jù)進行雙方確認，開窯投料，進行SO2數(shù)據(jù)對比；

在高效脫硫粉劑系統(tǒng)開啟前后，進行SO2數(shù)據(jù)對比分析，同時觀察窯尾余熱發(fā)電鍋爐、高溫風機和窯尾袋收塵器進口溫度變化；

若未達標，增加粉劑系統(tǒng)星型卸料閥電機頻率，頻率增減幅度為0.5HZ，依此類推，每次調整后，進行SO2數(shù)據(jù)對比分析，觀察不得低于15min?；赟O2達標排放同時卸料閥電機運行頻率來判定系統(tǒng)卸料電機的合適運行頻率。

運行效果：

在原材料沒有變化的情況下，對比了水泥窯熱生料高效脫硫技改前后窯尾煙囪的SO2排放情況，見下表。

該水泥廠高效脫硫粉劑項目從設計、施工至調試、試運行，歷時20多天。系統(tǒng)調試、開窯期間，SO2排放值低至平均30mg/Nm3， 遠低于100mg/Nm3 的排放標準。通過本次改造，徹底解決了SO2超標排放問題，同時在原材料趨于穩(wěn)定的情況下可以滿足超低排放標準，為區(qū)域環(huán)境治理發(fā)揮了良好的帶頭作用，我公司和該水泥企業(yè)也真正做到了合作共贏。

高效脫硫粉劑相關參照表

7.總結

我公司不斷進行多項技術創(chuàng)新，改進脫硫技術，最終實現(xiàn)了氨逃逸不超標、脫硫效果佳、脫硫劑用量小、無二次污染、運行成本低的目標。應對不同的水泥窯工況，我們通過采用不同目數(shù)的碳酸鈉和碳酸氫鈉混合配比，脫硫效果明顯，能達到97%的脫硫效率。同時，充分利用膨脹劑的實用性，脫硫粉劑中配有適當?shù)呐蛎泟║型膨脹劑），大大提高了脫硫粉劑的利用率。同等窯況下，達到相同的脫硫效果，高效脫硫粉劑使用量可以節(jié)省30%，節(jié)約了廠家的脫硫系統(tǒng)運行成本，真正做到了為客戶著想，為行業(yè)環(huán)境保護也做出了巨大貢獻。