水泥生产工艺中新型脱硫剂的研究与应用

水泥生产工艺中新型脱硫剂的研究与应用

撒玉良

新疆天山水泥股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：我国是水泥生产大国，水泥对人类和社会的发展起到了重要作用，同时也给人类和生态环境带来了危害,尤其是排放大气中的SO2对环境污染更加严重。针对目前水泥企业现用的一些脱硫装置、脱硫工艺和脱硫技术进行对比研究，开发了一种新型高效的中性脱硫剂，该脱硫剂在中低温状况下，可降低碱性成分和SO2的反应温度，促使SO2在预热器中被生料充分吸收，达到固硫和降低SO2排放的目的。

关键词：水泥；二氧化硫；脱硫剂；生料磨

引言

随着SO2排放标准要求的提高，水泥脱硫技术在实际生产中得到越来越多应用，常用的脱硫技术有干法脱硫技术、FGD湿法脱硫、氨法脱硫技术等。目前市场上的脱硫剂对操作、工艺及设备要求较高，且存在成本高、能耗大及脱硫效果不理想问题。针对不足和难点，南京永能新材料有限公司研究开发了一种新型高效脱硫产品，通过碱土金属和催化剂等组分的优化调整，使得该脱硫剂可在中低温条件下，降低碱性成分和SO2的吸收反应温度，加快和促进SO2的吸收和转化进程，生成更加稳定的产物，以达到有效降低SO2排放的目的。

1.水泥窑中SO2的产生和消耗

根据我国的GB4915-2004工业大气污染物排放标准，水泥企业对SO2排放浓度要求小于200 mg/m3、单位产品排放不超过0.6 kg/t。国内众多水泥企业SO2的减排任务十分艰巨。水泥企业的生产工艺本身就自带脱硫效果，生料磨和预热器都可以自身吸收原料和燃料排放的SO2，但原料和燃料中的硫含量偏高或者磨机停机时，硫的排放量值偏高无法达到国家标准要求，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。其中一部分硫酸盐会在窑内高温带发生分解，生成的SO2气体随窑气向窑尾运动，在到达最低两级预热器等温度较低区域时，冷凝在温度较低的生料上，并随生料沉集一起进入窑内，形成一个在预热器和窑之间的循环，而未分解的硫酸盐则会随着熟料离开窑系统。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（四）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。原料中带入的硫氧化产生的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。在温度低于600℃的情况下，CaCO3对SO2的吸收效率要远低于CaO。而上面两级预热器中CaCO3分解率极低，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排放浓度可能很高[1]。

2.实验部分

2.1金峰水泥宏峰#9窑脱硫剂试验

实验方法：通过在停止生料磨机时并停止现在使用的脱硫液体，待#9窑二氧化硫指标达到国标要求上限值后，加入高效脱硫剂确定指标下降到较低数值后，观察二氧化硫的数值稳定和使用量，然后停止脱硫剂观察二氧化硫的值，待二氧化硫值上升到最高值后，再次添加高效脱硫剂，观察二氧化硫的排放值变化，从而确定高效脱硫剂的脱硫效果。

实验步骤：生料磨停止时通过停止生料磨和原用脱硫剂使用，观察二氧化硫排放值，然后加入高效脱硫剂验证产品效果。10点左右原脱硫剂停止使用，14 min后二氧化硫排放值达到195 mg/m3，10点17二氧化硫的排放值达到215 mg/m3，开始加入南京永能高效脱硫剂，初始加入量为3 L/min，10 min后二氧化硫排放值降为145 mg/m3，调节脱硫剂加入量为3.5 L/min，12 min后降低为104 mg/m3，10 min后稳定在50~60 mg/m3[2]，具体试验数据见表1。

表1 金峰水泥宏峰#9 窑脱硫剂试验数据

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时间原脱硫剂泵给定烟气硫含量高效脱硫剂流量

（h∶min）Hz（mg·m-3）（L·min-1）

10∶14           0                  195.2        0

10∶17           0                  215.5        0

10∶18          800                  218.6       2.8

10∶28          800                  145.7       2.8

10∶40          900                  104.5       3.5

10∶47          900                  109.1       3.5

10∶57          1000               92.1       4.0

11∶05          1000               72.6       4.0

11∶07          1100               60.8       4.0

11∶12          1150               46.7       4.5

11∶20115043.24.5

2.2西藏高争水泥 3# 窑脱硫剂试验

2.2.1试验方法

脱硫剂的设计原理为在生料配料过程中添加， 通过研磨充分反应消解部分硫化物， 为了快速判断脱硫剂效果，采取在生料出库入窑斜槽处添加。 通过了解生料磨机基本每 5 d 左右可以停机 1 次，停机后硫排放值波动幅度在目前的基础上可以上浮 100~ 200 mg/Nm3 左右，平时停机 1 100~1 200 mg/Nm3，跟目前硫的排放值基本一样，实验采用在入窑斜槽添加脱硫剂，采集没有添加脱硫剂时硫的排放值和添加脱硫剂后的排放值以及停止脱硫剂硫的排放值， 做对比判断脱硫剂的脱硫效果[3]。

2.2.2实验步骤

生料磨开机时， 观察 SO2 排放值并且每 10 min 记录一次，数据采集时间 1.5 h，然后加入南京永能高效脱硫剂验证产品效果。9：40 分开始添加脱硫剂，当时硫的排放值为 1 230 mg/Nm3， 每 10 min 记录一次硫的排放值，10：00 分硫值降到 1 057 mg/Nm3， 10：20 分 降 低 到 989 mg/Nm3，10：40 分 降 低 到853 mg/Nm3，11：10 分降低到 766 mg/Nm3，11：30 分降低到 574 mg/Nm3， 11：50 分升到 629 mg/Nm3，12：00~12：30 维持在 710 mg/Nm3，12：32 分停止加脱硫剂，12：40 分上升到 1 074 mg/Nm3，12：50 分硫排放值上升到 13 174 mg/Nm3，实验结束，持续时间为 2 h 50 min。

3.结果与讨论

3.1金峰水泥宏峰 9# 窑脱硫剂停止后再次添加验证

通过停止脱硫剂使用，观察 SO2 排放值，加入高效脱硫剂验证产品效果。 11：35 分停脱硫剂助剂， 40 min 后 SO2 排放值为 177.8 mg/m3，12：17 分 SO2 排放值上升至 181.1 mg/m3， 开始加入南京永能高效脱硫剂，初始加入量为 4 L/min，7 min 后SO2 排放值降为 159.7 mg/m3，调节脱硫剂加入量为 4.5 L/min，15 min 后降低为 98.1 mg/m3， 调节脱硫剂为 5 L/min，13：02 分稳定在 52.5 mg/m3,13：08 分稳定在 49.2 mg/m3 后实验结束。

3.2试验作用及意义

通过生料磨停磨和停止原用脱硫为第一个阶段的测试， 使用高效脱硫剂效果明显，SO2 排放值在受控范围内， 可以调整到 SO2 排放在 50 mg/m3 以内。 第二阶段待 SO2 上升到一定数值后，添加高效脱硫剂控制 SO2 的排放， 并可保持在 50 mg/m3 以内，说明高效脱硫剂的效果明显，见效快，可以有效控制 SO2 排放。

根据目前控制 SO2 的排放值要求，使用南京永能脱硫剂， 吨熟料成本在同类产品对比中成本较低， 而且基本不需要通过频繁调整窑的产量来控制硫的排放，有利于窑系统稳定和稳产。 该脱硫剂对设备没有腐蚀， 可有效避免传统高碱脱硫在预热器系统结皮带来的隐患。 使用该脱硫剂可降低水泥企业生产成本，提高脱硫效率。

结论:

（1）和国内同类产品相比， 添加方式简单， 掺加量低，针对硫高企业控制成本带入低，见效快，持续稳定。

（2）国内首家偏中性的脱硫剂，对设备没有腐蚀，对收尘滤袋没有损坏，可有效避免传统高碱脱硫给预热器系统结皮带来的隐患。

（3）高效脱硫剂适应性广，适合各种水泥熟料和原材料，具有很好的普适性。

参考文献

[1]吴红，崔素萍，王志宏. 中国水泥工业环境负荷分析[J]. 中国建材科技，2006（3）：50-54.

[2]隋同波， 文寨军. 我国水泥工业的绿色化发展方向[J]. 中国水泥，2003（10）：41-46.

[3]朱俊龙. 电厂中脱硫技术综述 [J]. 广东化工, 2016（2）：120-121.