張傳行張玉福陳忠民

1. 中國聯(lián)合水泥集團 東平中聯(lián)水泥有限公司，山東 東平 271504；2. 濟寧中聯(lián)水泥有限公司，山東 泗水 273200

降低兩檔短窯窯尾廢氣SO2的措施

張傳行1張玉福1陳忠民2

1. 中國聯(lián)合水泥集團 東平中聯(lián)水泥有限公司，山東 東平 271504；2. 濟寧中聯(lián)水泥有限公司，山東 泗水 273200

兩擋短窯由于較同規(guī)模的長窯相比，短了15%左右，在選煤用煤上控制煤中的全硫在0.9%以下；窯尾廢氣中SO2的85%是在生料終粉磨系統(tǒng)中吸收，因此在考慮生料終粉磨的選型時，應(yīng)考慮到生料磨的降硫作用，將生料磨運轉(zhuǎn)率與窯同步即可；在生料磨進行檢修，或其它特殊原因必須停生料磨時，可采用恢復(fù)增濕塔噴水，開啟生料系統(tǒng)循環(huán)風機，加大窯內(nèi)通風等措施，提高氧化氣氛，降低廢氣中的SO2濃度，平均能夠降低32.64 mg/m3。

兩檔短窯 生料輥壓機 廢氣 二氧化硫 降低措施

0 引言

東平中聯(lián)美景水泥有限公司，是2012年剛投產(chǎn)的5 000 t/d預(yù)分解窯水泥熟料生產(chǎn)線，配置雙系列五級預(yù)熱器和TTF分解爐、Φ 5 m×60 m兩擋短窯、第四代篦冷機，生料終粉磨采用單臺CLF200/160輥壓機粉磨系統(tǒng)。公司地處山東省泰安市東平縣境內(nèi)，廠區(qū)緊靠東平湖，系山東省環(huán)保治理重點地區(qū)，自2015年1月1日開始執(zhí)行新標準，窯尾廢氣中SO2排放濃度最高限值100 mg/m3。自2014年投產(chǎn)以來，國家環(huán)保部門對我公司的廢氣排放安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)，表1所示是2014年8月開窯生產(chǎn)期間二氧化硫排放在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。 從表1可以看出，自2014年8月12日至31日，窯尾廢氣中SO2的排放濃度最高濃度為498 mg/m3，最小值是62 mg/m3，平均值為215 mg/m3，達標率很低，平均只有16.67%，當時執(zhí)行的標準是200 m g/m3。而2015年執(zhí)行的標準是100 mg/m3，這是硬指標，絕不能有絲毫的含糊和僥幸。面對這一現(xiàn)狀，我們?nèi)娣治?，采取控制措施，確保達標排放。

1 窯尾廢氣中SO2的主要來源

水泥窯尾系統(tǒng)中的SO2來源于原材料和原煤。其中原材料中的硫有兩種形式。一種以硫化物的形式存在，硫化物分為有機和無機硫化物，這部分硫化物分解溫度在300～600 ℃之間，對窯尾廢氣中的硫含量影響較大；另一種硫以硫酸鹽形式存在，因其分解溫度較高，分解后產(chǎn)生的氧化硫很快又與其它堿性氧化物結(jié)合成新的硫酸鹽，固化在熟料中，只有少量的SO3在還原氣氛較重的情況下被還原成SO2，這種量非常小，對廢氣中SO2影響較小，有時甚至忽略。

煤中的硫在燃燒過程中被反應(yīng)生成SO2，可氧化成SO3，或與系統(tǒng)中的生料反應(yīng)，生成硫酸鹽，隨熟料出窯，但也有相當一部分隨煙氣上移，特別是窯尾分解爐中的喂煤，煤的燃燒過程及SO2被反應(yīng)或被吸收的途徑相對窯頭喂煤短，殘留SO2的量要多，窯尾噴煤對廢氣中SO2的影響較大，因此控制煤燃燒產(chǎn)生的SO2是主要的環(huán)節(jié)。

上述反應(yīng)主要集中在窯內(nèi)及分解爐內(nèi)部，如果操作不當，會造成窯系統(tǒng)結(jié)圈、結(jié)皮等工藝事故，從而影響到正常的生產(chǎn)。同時，以上反應(yīng)生成的SO2，與原材料中的硫以及硫化物燃燒生成的SO2一同隨氣體上移到預(yù)熱器，在其內(nèi)部富集，主要集中在C2～C3預(yù)熱器內(nèi)部，溫度在300～600 ℃，各種硫化物分解的SO2在分解爐、預(yù)熱器中被CaO吸收，生成硫酸鹽。 硫酸鹽固化在熟料中，到窯內(nèi)遇高溫又被分解成SO2，這樣形成循環(huán)。煤中硫含量升高時，廢氣中硫增加較為明顯，大部分都會進入廢氣，部分SO2氣體冷凝在溫度較低的生料上，隨生料進入下一級預(yù)熱器，溫度較高時又再次分解，形成SO2的低溫富集循環(huán)。

同時，系統(tǒng)生成的SO2還與系統(tǒng)內(nèi)的其它堿性氧化物反應(yīng)，生成其它的硫酸鹽，如K2O、Na2O、MgO等，相應(yīng)生成K2SO4、Na2SO4、MgSO4等，而這幾種硫酸鹽生成相對溫度較低，一般會富集在窯尾或預(yù)熱器中，形成窯尾煙室結(jié)皮，或預(yù)熱器各級旋風筒錐體。下料管結(jié)皮，嚴重時會影響系統(tǒng)通風，甚至下料不暢，系統(tǒng)產(chǎn)量下降，嚴重者直至停窯。

表1 2014年8月SO2排放在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

2 控制廢氣中SO2的措施

山東省下發(fā)實施的GB4915-2013《山東省建材工業(yè)大氣污染物排放標準》，要求現(xiàn)有企業(yè)2015年1月1日起SO2排放標準限值為100 mg/m3。我公司為了實現(xiàn)達標，采取了優(yōu)化配料，調(diào)整原材料的控制指標，調(diào)整操作，減少用煤，強化用風，優(yōu)化生料磨的運行等措施。

2.1 調(diào)整原材料的技術(shù)指標

由于廢氣中的SO2超標，公司進行原材料的調(diào)整，將煤矸石去掉，采用了頁巖配少量粉煤灰，同時對粉煤灰的成分也進行了調(diào)整。對各種原材料進行技術(shù)指標的調(diào)整與控制，主要是硫含量的控制。其各種成分如表2。

表2 各種原材料的化學成分 %

通過多次試驗，調(diào)整原材料的種類，其目的是考慮帶硫的含量，確保窯尾廢氣中的SO2達標排放。從熟料中SO3及在線監(jiān)測窯尾廢氣中SO2的變化可以看出，熟料中的SO3在逐漸下降，而廢氣中的SO2排放濃度也在下降，在2015年1月前提前實現(xiàn)達標排放，見表3。

從表3可以看出，熟料中的硫含量越高，說明原燃材料中帶入的總硫量越高，而整個系統(tǒng)中通過硫的固化而在廢氣中所余下的SO2濃度也越高，因此，加強原燃材料中硫含量的控制，降低總硫量的帶入，也會降低廢氣中的SO2的濃度。

表3 2014年全年熟料中SO3及在線監(jiān)測窯尾廢氣中SO2的變化

2.2 加強原煤指標的控制

我公司的回轉(zhuǎn)窯屬兩擋短窯，其規(guī)格為Φ 5 m ×60 m，與同產(chǎn)能規(guī)模的其它長窯如Φ 4.7 m×72 m相比，長度相應(yīng)減少了12 m。與同規(guī)模產(chǎn)能的長窯相比較，在原材料基本一樣的情況下，煤質(zhì)相同、熟料中的SO3相同的情況下，廢氣中的SO2濃度多100 mg/m3左右。這對于短窯而言，降硫難度更大，對各種原燃材料中的硫含量要求更高，特別是對煤質(zhì)的要求，相對于長窯來講有點苛刻。自投產(chǎn)以來不到三年的時間，我們用不同熱量、不同煤灰、不同硫含量的煤做過多次試驗，最終優(yōu)選出較為合適的方案。我公司曾用過低熱煤、高熱煤、低內(nèi)水煤、高內(nèi)水煤、高硫煤、低硫煤以及多種煤的混配。進入2015年窯尾廢氣中SO2濃度排放標準降為100 mg/m3，我們對煤質(zhì)指標進行新的調(diào)整，見表4、5。

表4 原煤技術(shù)指標

表5 1～5月原煤工業(yè)分析

2.3 煅燒操作控制

調(diào)整用煤用風量來控制窯尾廢氣中SO2濃度的變化，當煤中硫含量高時，可以通過加大系統(tǒng)風量，減少還原氣氛，促使氣體中更多的SO2氧化轉(zhuǎn)化成SO3，以加快轉(zhuǎn)化成硫酸鹽固化在熟料中，從而減少SO2的濃度。這時也可以適當減少噴煤量，適當降低臺時產(chǎn)量，保持廢氣中SO2的濃度不超標。

2.4 生料磨運轉(zhuǎn)的連續(xù)性

與兩檔短窯相配套的生料磨系統(tǒng)是采用了單臺CLF200/160輥壓機終粉磨系統(tǒng)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的管磨的區(qū)別在于出窯的高溫廢氣，經(jīng)余熱發(fā)電鍋爐進行熱交換后，所余氣體全部經(jīng)過生料粉磨系統(tǒng)，作為熱源，對入磨原材料進行烘干。此流程是廢氣經(jīng)高溫風機進入生料磨的V型選粉機，在此風與料充分接觸，進行熱交換。在這個過程中，選粉機選回的細粉與系統(tǒng)內(nèi)的風充分接觸，出V選的風料混合物，進入動態(tài)選粉機，進一步實現(xiàn)風與料的混合與選粉；余下的風料混合物再進入旋風收塵器，此過程是大量的生料細粉再次與風結(jié)合；最后經(jīng)循環(huán)風機進入袋收塵，細粉與風再次充分接觸，在整個系統(tǒng)中一次次地風料充分接觸，實現(xiàn)熱交換。同時也是生料粉與廢氣中SO2相反應(yīng)生成硫酸鹽而降硫的過程。通過大量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可以計算出生料終粉磨的降硫效率，大約能降掉廢氣中90%左右的SO2，因此生料終粉磨對廢氣的降硫效果非常明顯。表6是在窯況不變的情況下，開輥壓機與不開輥壓機廢氣中SO2的變化。

表6 生料磨開機與庫滿停機時廢氣中SO2變化

從表6可以看出，生料輥壓機正常開機時，廢氣中SO2濃度平均只有13.1 mg/Nm3，生料磨庫滿停機時廢氣中的SO2濃度達到94.64 mg/Nm3，已接近控制指標100 mg/Nm3的上限。通過上術(shù)數(shù)據(jù)計算，生料磨開機對廢氣中SO2的降低效率為，（96.64-13.1）/96.64×100%=86.45%。

2.5 增濕塔噴水控制

在生料磨庫滿停機時短短幾個小時內(nèi)，由于生料終粉磨系統(tǒng)不發(fā)揮降硫作用，廢氣中的SO2會超標。這時適當起用增濕塔噴水系統(tǒng)，增加水汽的濃度，使廢氣在窯尾排氣管道中的水分增大，加快SO2與水反應(yīng)，再與生料細粉中的部分CaO、CaCO3等反應(yīng)，加大降硫效果，降低廢氣中SO2的濃度。增濕塔噴水，增開生料磨循環(huán)風機后廢氣中SO2濃度由原來的平均94.64 mg/Nm3，降到平均62 mg/Nm3，降低了32.64 mg/Nm3，見表7。

表7 增濕塔噴水，增開生料磨循環(huán)風機后SO2濃度

3 結(jié)束語

通過以上各種措施的實施，窯尾廢氣中的SO2濃度實現(xiàn)了達標排放，由去年的150～200 mg/m3，降為今年的15～30 mg/m3，完全達到了新的排放標準的要求，收到了較好的效果。本次降硫工作可得出以下幾點結(jié)論，僅供參考。

（1）窯尾廢氣中SO2的85%是在生料終粉磨系統(tǒng)中吸收，因此在考慮生料終粉磨的選型時，應(yīng)考慮到生料磨的降硫作用，將生料終粉磨的產(chǎn)能與窯相適應(yīng)，不要留有過多的富裕能力，基本生料磨運轉(zhuǎn)率與窯同步即可。

（2）兩擋短窯由于較同規(guī)模的長窯相比，短了15%左右，在窯內(nèi)煅燒過程的路徑縮短，反應(yīng)的時間相就減少，對頭煤燃燒產(chǎn)生的硫的氧化物的吸收也有差距，因此在選煤用煤上對硫的控制有一定的區(qū)別，建議控制煤中的全硫在0.9%以下。

（3）控制原材料中的硫含量，像煤矸石、粉煤灰、特別是未燃盡的爐渣，要嚴格控制其硫含量。

（4）在生料磨進行檢修，或其它特殊原因必須停生料磨時，可采用恢復(fù)增濕塔噴水，開啟生料系統(tǒng)循環(huán)風機，加大窯內(nèi)通風等措施，提高氧化氣氛，降低廢氣中的SO2濃度，平均能夠降低32.64 mg/m3。

2015-08-25）

TQ172.622.26

B

1008-0473(2016)05-0037-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.05.008