关于水泥窑的高效脱硫方式及其研究

摘要

本文详细介绍了SO2形成机理、热生料高效脱硫采取的措施及效益分析。实践证明，水泥窑热生料高效脱硫技术，可以有效降低SO2排放，而且投资、运行成本低，对窑系统影响小，在原燃料稳定时，可以实现低于50mg/Nm3的排放控制。

关键词：氨逃逸；脱硫；高效；水泥窑

引言

SO2是水泥生产过程中产生的主要大气污染物之一。我国GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定SO2排放限值为200mg/Nm3，重点地区为100mg/Nm3。京津冀等地区对水泥行业SO2排放限值则更为严格。这使得部分水泥生产线SO2排放超标；同时,随着未来含硫较高的劣质原燃材料及替代燃料大规模使用，更多的硫将被带入水泥生产过程，必然会引起SO2排放水平的持续增高。采用适当的脱硫技术控制SO2排放浓度，是水泥企业面临的重要难题。我公司试用了多项技术创新，不断改进脱硫技术，最终实现氨逃逸不超标，脱硫效果佳，用量小的目标。

1.我公司针对水泥窑的四种高效脱硫方式

（1）液体喷雾脱硫 

    液体脱硫催化剂通过液体喷淋系统加注至C1、C2处，经高压气体加压形成均匀喷雾，实现SO2的高效脱除，脱硫效率在70%～80%，足够添加量下，SO2可实现超低排放。

（2）螺旋铰刀粉剂脱硫

采用螺旋输送铰刀系统（含计量称重功能），铰刀输送粉体脱硫剂与生料共同进入换热器后可以立即吸收水泥窑释放的SO2进行反应生成硫酸盐类，达到脱硫目的，脱硫效率在 80%～85%。

（3）高效粉剂脱硫（星型卸料器）

高效粉剂脱硫方式针对粉剂脱硫系统经常性堵料改进生成，选用星型卸料阀喷吹下料，解决了堵料难题。该系统设备由罗茨风机、星型卸料阀、粉剂料仓、真空上料器、喷吹振打系统组成。真空上料器可实现脱硫粉剂自动加料，计量方法采用编码器和星型卸料阀结合，精准计量，准确省钱。

（4）新型高效复合脱硫方式

新型高效复合脱硫方式以固体脱硫材料和液体脱硫催化剂协同作用，分别通过自动控制系统实现控制操作，同时备有手、自动切换系统，企业可根据实际需求通过控制脱硫剂的加入来达到SO2目标排放值。

2.水泥窑形成硫的原因

水泥窑系统中的硫是由原料和燃料带入的。原料中的硫以有机硫化物、硫化物或者硫酸盐的形式存在，单质硫可以忽略不计。原料中存在的硫酸盐在预热器系统通常不会形成SO2气体，大体上都会进入窑系统。原料中以其他形式存在的硫，则会在300~600℃被氧化生成SO2气体，主要发生在五级预热器的第二级旋风筒或者六级预热器的第三级旋风筒。在预分解窑系统内，由窑头和分解炉喂入燃料所含的硫均被CaO和碱性氧化物吸收，生成硫酸盐。

一般水泥生产线SO2排放都较低，主要是因为水泥工艺本身具有的脱硫作用，即分解炉内新生成的CaO活性很高，很好地吸收了烟气中的SO2。但部分生产线由于原料中硫化物的量较大，硫化物氧化产生的SO2在通过上级旋风筒时会被部分吸收，其余则随废气一道从预热器排出。如果废气用于烘干原料，则SO2在原料磨中进一步被吸收。但是需要指出的是：在温度低于600℃的情况下，CaCO3对SO2的吸收效率要远低于CaO。上面两级预热器中CaCO3分解率较低且仅有少量CaO被烟气从高温部分带上去，因此吸收效率很低。再加上此时湿度较低以及排放前的停留时间较短，SO2排放浓度可能会较高。

3.水泥窑目前的脱硫机理

钙法，由于SO2能被活性CaO吸收，CaO制成一定浓度的浆液，采用喷雾干燥脱硫技术，喷入到生产线合适位置，吸收系统中的SO2。此方法设备占用空间大，原料用量大，废水处理难，再加上各个水泥厂都以压缩成本、提高盈利为主，此方法越来越被业内淡化。

4.我公司高效脱硫的优势

(1)降低二氧化硫排放值；

(2)消除窑尾收尘器布袋结露问题，保证窑正常运行，提高产品质量；

(3)降低原料中挥发性有害物质的含量，保证水泥窑系统稳定运行和熟料的质量；

(4)脱硫剂用量小，大大降低生产成本；

(5)不会造成氨逃逸超标。

5.高效脱硫剂的研究

经过我公司不断的技术创新，最终研制出以碳酸钠、碳酸氢钠为主要成分的脱硫粉剂，根据不同的水泥窑工况，采用不同目数的碳酸钠和碳酸氢钠混合配比，脱硫效果明显，最高能达到97%的脱硫效率。同时，结合实际情况，为了增加脱硫粉剂与水泥原料的基础面积，脱硫粉剂中配有适当的膨胀剂（U型膨胀剂）大大提高了脱硫粉剂的利用率，同等窑况下，达到相同的脱硫效果，脱硫粉剂使用量可以节省30%，节约了厂家的脱硫系统运行成本。

6.项目实例

（1）2021年福建某水泥厂采用河南汇金智能装备有限公司（以下简称“我公司”）液体喷淋脱硫系统。

为了降低SO2排放，福建某水泥厂委托我公司负责生产线脱硫技改项目设计与施工。该项目于2021年6月初开始现场改造施工，6月底完成改造，技改目标SO2每小时平均排放浓度≤90mg/Nm3。

水泥窑高效脱硫方案：

基于现场实际情况，多方面因素考虑，最终采用液体喷淋脱硫系统。该方案具有施工周期短、成本低、便于维护、自动化控制等优点。

调试过程：

对改造前SO2排放数据进行双方确认，开窑投料，进行SO2数据对比；

在液体喷淋脱硫系统开启前后，进行SO2数据对比分析，同时观察窑尾余热发电锅炉、高温风机和窑尾袋收尘器进口温度变化；

若未达标，增加喷淋泵频率，频率增减幅度为1HZ，依此类推，每次调整后，进行SO2数据对比分析，观察不得低于10min。基于SO2达标排放时喷淋泵的运行频率来判定系统喷淋泵的合适运行频率。

福建某水泥厂液体喷淋脱硫系统施工现场设备布置

运行效果：

在原材料没有变化的情况下，对比了水泥窑热生料高效脱硫技改前后窑尾烟囱的SO2排放情况，见下表。

(2)2021年湖北某水泥厂采用我公司高效复合脱硫系统。（既有液体脱硫喷淋系统，又有螺旋铰刀粉剂系统）

为了降低SO2排放，湖北某水泥厂委托我公司负责生产线脱硫项目设计与施工，技改目标SO2每小时平均排放浓度≤100mg/Nm3。

水泥窑热生料高效脱硫方案:

基于现场实际情况，多方面因素考虑，最终采用高效复合脱硫系统。该方案具有效果显著、自动化控制，计量精确等优点。同时，考虑后期排碱需要，可以自行定期外排高硫高碱窑灰。

湖北高效复合脱硫施工现场设备布置

运行效果：

在原材料没有变化的情况下，对比了水泥窑热生料高效脱硫技改前后窑尾烟囱的SO2排放情况，见下表。

（3）2021年河南某水泥厂采用河南汇金智能装备有限公司（以下简称“我公司”）高效粉剂脱硫系统。

为了降低SO2排放，河南某水泥厂委托我公司负责生产线脱硫项目设计与施工。该项目于2021年12月底开始现场改造施工，2022年1月中旬完成改造，技改目标SO2由240mg/Nm3排放浓度降低至30mg/Nm3以内。

水泥窑热生料高效脱硫方案：

厂家对脱硫效果非常重视，结合现场实际情况和多方面因素考虑，最终确定高效粉剂脱硫系统。

该方案具有施工周期短、成本低、效果显著、自动化控制、精准计量等优点。并且该方案高效脱硫粉剂添加在高温风机出口，不影响发电，没有氨逃逸。选用星型下料器，解决了堵料问题。计量方法采用编码器和星型卸料阀结合，精准计量，准确省钱。     

高效脱硫粉剂系统施工现场设备布置

系统工程质量控制:

脱硫粉剂下料顺畅平稳、设备可实现近远程自动化控制、仪表设备传输数据准确、输送管道密封性和可靠性要重点控制；各操作点要有操作检修平台设施；调试按方案规程操作。

调试过程:

对改造前SO2排放数据进行双方确认，开窑投料，进行SO2数据对比；

在高效脱硫粉剂系统开启前后，进行SO2数据对比分析，同时观察窑尾余热发电锅炉、高温风机和窑尾袋收尘器进口温度变化；

若未达标，增加粉剂系统星型卸料阀电机频率，频率增减幅度为0.5HZ，依此类推，每次调整后，进行SO2数据对比分析，观察不得低于15min。基于SO2达标排放同时卸料阀电机运行频率来判定系统卸料电机的合适运行频率。

运行效果：

在原材料没有变化的情况下，对比了水泥窑热生料高效脱硫技改前后窑尾烟囱的SO2排放情况，见下表。

该水泥厂高效脱硫粉剂项目从设计、施工至调试、试运行，历时20多天。系统调试、开窑期间，SO2排放值低至平均30mg/Nm3， 远低于100mg/Nm3 的排放标准。通过本次改造，彻底解决了SO2超标排放问题，同时在原材料趋于稳定的情况下可以满足超低排放标准，为区域环境治理发挥了良好的带头作用，我公司和该水泥企业也真正做到了合作共赢。

高效脱硫粉剂相关参照表

7.总结

我公司不断进行多项技术创新，改进脱硫技术，最终实现了氨逃逸不超标、脱硫效果佳、脱硫剂用量小、无二次污染、运行成本低的目标。应对不同的水泥窑工况，我们通过采用不同目数的碳酸钠和碳酸氢钠混合配比，脱硫效果明显，能达到97%的脱硫效率。同时，充分利用膨胀剂的实用性，脱硫粉剂中配有适当的膨胀剂（U型膨胀剂），大大提高了脱硫粉剂的利用率。同等窑况下，达到相同的脱硫效果，高效脱硫粉剂使用量可以节省30%，节约了厂家的脱硫系统运行成本，真正做到了为客户着想，为行业环境保护也做出了巨大贡献。