關(guān)于水泥窯的高效脫硫方式及其研究

摘要

本文詳細(xì)介紹了SO2形成機(jī)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(shù)，可以有效降低SO2排放，而且投資、運(yùn)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定SO2排放限值為200mg/Nm3，重點(diǎn)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(yán)格。這使得部分水泥生產(chǎn)線SO2排放超標(biāo)；同時,隨著未來含硫較高的劣質(zhì)原燃材料及替代燃料大規(guī)模使用，更多的硫?qū)⒈粠胨嗌a(chǎn)過程，必然會引起SO2排放水平的持續(xù)增高。采用適當(dāng)?shù)拿摿蚣夹g(shù)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(shù)創(chuàng)新，不斷改進(jìn)脫硫技術(shù)，最終實現(xiàn)氨逃逸不超標(biāo)，脫硫效果佳，用量小的目標(biāo)。

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(jìn)入換熱器后可以立即吸收水泥窯釋放的SO2進(jìn)行反應(yīng)生成硫酸鹽類，達(dá)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(jìn)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(shè)備由羅茨風(fēng)機(jī)、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(jié)合，精準(zhǔn)計量，準(zhǔn)確省錢。

（4）新型高效復(fù)合脫硫方式

新型高效復(fù)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(dá)到SO2目標(biāo)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(jī)硫化物、硫化物或者硫酸鹽的形式存在，單質(zhì)硫可以忽略不計。原料中存在的硫酸鹽在預(yù)熱器系統(tǒng)通常不會形成SO2氣體，大體上都會進(jìn)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(yù)熱器的第二級旋風(fēng)筒或者六級預(yù)熱器的第三級旋風(fēng)筒。在預(yù)分解窯系統(tǒng)內(nèi)，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(nèi)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(fēng)筒時會被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預(yù)熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO2在原料磨中進(jìn)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(yuǎn)低于CaO。上面兩級預(yù)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(jī)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(shù)，噴入到生產(chǎn)線合適位置，吸收系統(tǒng)中的SO2。此方法設(shè)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(nèi)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(jié)露問題，保證窯正常運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量；

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

5.高效脫硫劑的研究

經(jīng)過我公司不斷的技術(shù)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(dá)到97%的脫硫效率。同時，結(jié)合實際情況，為了增加脫硫粉劑與水泥原料的基礎(chǔ)面積，脫硫粉劑中配有適當(dāng)?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(dá)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(yùn)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(fù)責(zé)生產(chǎn)線脫硫技改項目設(shè)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(biāo)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(hù)、自動化控制等優(yōu)點(diǎn)。

調(diào)試過程：

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

在液體噴淋脫硫系統(tǒng)開啟前后，進(jìn)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(fēng)機(jī)和窯尾袋收塵器進(jìn)口溫度變化；

若未達(dá)標(biāo)，增加噴淋泵頻率，頻率增減幅度為1HZ，依此類推，每次調(diào)整后，進(jìn)行SO2數(shù)據(jù)對比分析，觀察不得低于10min?；赟O2達(dá)標(biāo)排放時噴淋泵的運(yùn)行頻率來判定系統(tǒng)噴淋泵的合適運(yùn)行頻率。

福建某水泥廠液體噴淋脫硫系統(tǒng)施工現(xiàn)場設(shè)備布置

運(yùn)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(fù)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(fù)責(zé)生產(chǎn)線脫硫項目設(shè)計與施工，技改目標(biāo)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(fù)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(diǎn)。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(fù)合脫硫施工現(xiàn)場設(shè)備布置

運(yùn)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(fù)責(zé)生產(chǎn)線脫硫項目設(shè)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(biāo)SO2由240mg/Nm3排放濃度降低至30mg/Nm3以內(nèi)。

水泥窯熱生料高效脫硫方案：

廠家對脫硫效果非常重視，結(jié)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(zhǔn)計量等優(yōu)點(diǎn)。并且該方案高效脫硫粉劑添加在高溫風(fēng)機(jī)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(jié)合，精準(zhǔn)計量，準(zhǔn)確省錢。     

高效脫硫粉劑系統(tǒng)施工現(xiàn)場設(shè)備布置

系統(tǒng)工程質(zhì)量控制:

脫硫粉劑下料順暢平穩(wěn)、設(shè)備可實現(xiàn)近遠(yuǎn)程自動化控制、儀表設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、輸送管道密封性和可靠性要重點(diǎn)控制；各操作點(diǎn)要有操作檢修平臺設(shè)施；調(diào)試按方案規(guī)程操作。

調(diào)試過程:

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

在高效脫硫粉劑系統(tǒng)開啟前后，進(jìn)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(fēng)機(jī)和窯尾袋收塵器進(jìn)口溫度變化；

若未達(dá)標(biāo)，增加粉劑系統(tǒng)星型卸料閥電機(jī)頻率，頻率增減幅度為0.5HZ，依此類推，每次調(diào)整后，進(jìn)行SO2數(shù)據(jù)對比分析，觀察不得低于15min。基于SO2達(dá)標(biāo)排放同時卸料閥電機(jī)運(yùn)行頻率來判定系統(tǒng)卸料電機(jī)的合適運(yùn)行頻率。

運(yùn)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(shè)計、施工至調(diào)試、試運(yùn)行，歷時20多天。系統(tǒng)調(diào)試、開窯期間，SO2排放值低至平均30mg/Nm3， 遠(yuǎn)低于100mg/Nm3 的排放標(biāo)準(zhǔn)。通過本次改造，徹底解決了SO2超標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，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(guān)參照表

7.總結(jié)

我公司不斷進(jìn)行多項技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)脫硫技術(shù)，最終實現(xiàn)了氨逃逸不超標(biāo)、脫硫效果佳、脫硫劑用量小、無二次污染、運(yùn)行成本低的目標(biāo)。應(yīng)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(dá)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(dāng)?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(dá)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(yùn)行成本，真正做到了為客戶著想，為行業(yè)環(huán)境保護(hù)也做出了巨大貢獻(xiàn)。