孫少鵬

摘 要：近幾年隨著環(huán)保理念愈來愈深入人心，國家對(duì)污染較重的行業(yè)開展了綜合治理，工廠脫硫工藝的應(yīng)用是其中非常重要的一部分。本文闡述了水泥廠產(chǎn)生二氧化硫的機(jī)理，提出了水泥廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)工藝，并對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水泥廠 煙氣脫硫 工藝設(shè)計(jì)

一、水泥窯SO2產(chǎn)生機(jī)理

水泥熟料煅燒產(chǎn)生的SO2主要來自兩部分，一部分源于生料，一部分源于燃料。原料中的硫主要以有機(jī)硫化物、硫化物（簡單硫化物或者復(fù)硫化物如硫鐵礦）或硫酸鹽的形式存在，單質(zhì)硫可忽略；原料中的硫酸鹽在預(yù)熱器系統(tǒng)中通常不會(huì)形成SO2，大多進(jìn)入窯系統(tǒng)。生料中的硫化物和有機(jī)硫400℃-600℃溫度下生成SO2隨廢氣排出，特定條件下部分SO2與生料中堿性物質(zhì)等反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽隨物料進(jìn)入分解爐，參與內(nèi)循環(huán)；隨廢氣排出的SO2經(jīng)煙氣管道、增濕塔、生料磨或除塵器，大部分被生料吸收，并再次送入預(yù)熱器，參與外循環(huán)。部分硫酸鹽隨熟料離開窯系統(tǒng)。

燃料中的硫存在形式與原料相同，有硫化物、硫酸鹽和有機(jī)硫。燃料在分解爐或者回轉(zhuǎn)窯燃燒，低價(jià)態(tài)的硫化物，特定條件下一部分直接氧化成SO3，形成穩(wěn)定的硫酸鹽；另一部分則氧化成SO2。絕大多數(shù)SO2能夠與高溫的堿性熱生料和O2發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽。剩下的少部分SO2會(huì)與生料中氧化釋放出來的SO2匯合，通過煙囪排放。反應(yīng)生成的硫酸鹽主要有K2SO4、Na2SO4、CaSO4等，它們的熔融溫度分別為1074℃、852℃、1397℃，會(huì)在分解爐錐部、縮口、四級(jí)筒和五級(jí)筒等溫度適宜部位產(chǎn)生結(jié)皮；如果回轉(zhuǎn)窯存在還原氣氛，硫酸鹽礦物在CO和C的還原下重新生成SO2及粉塵，或溫度超過1 500℃的情況下，發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象，參與內(nèi)循環(huán)。水泥熟料生產(chǎn)中原料硫和硫化物直接影響熟料生產(chǎn)線SO2排放水平；燃料中硫含量和硫化物與煙氣SO2的排放濃度關(guān)系不明顯，但燃料中硫含量高會(huì)造成窯尾結(jié)皮堵塞。

二、脫硫技術(shù)方案

目前水泥熟料生產(chǎn)線降低SO2排放的方法可歸納為：

（1）熱生料噴注脫硫；（2）濕法脫硫；（3）干脫硫劑噴注法。

脫硫方案的選擇需綜合考慮SO2的排放濃度、投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率等因素。因熟料煅燒工藝本身具有脫硫作用，即分解爐內(nèi)新生成的高活性CaO能吸收煙氣中的SO2形成無機(jī)鹽。如廢氣用于烘干原料，則SO2在原料磨中被具有新鮮界面的石灰石顆粒進(jìn)一步吸收，在濕度適中的情況下生成無機(jī)鹽。針對(duì)SO2能被活性CaO和CaCO3顆粒吸收的特點(diǎn)，從生產(chǎn)線中提取高活性CaO或CaCO3，制備一定濃度的Ca（OH）2漿液或CaCO3漿液噴入到生產(chǎn)線合適位置，可以有效吸收系統(tǒng)中的SO2，降低廢氣中SO2的排放濃度。水泥窯脫硫方案應(yīng)優(yōu)先選擇使用熱生料噴注脫硫技術(shù)。生產(chǎn)線SO2初始排放濃度≤400 mg/Nm3時(shí)，最終排放濃度可達(dá)標(biāo)；生產(chǎn)線SO2初始排放濃度>400mg/Nm3，該技術(shù)可用于前置脫硫，SO2脫除率約50%，為深化脫硫創(chuàng)造條件。

三、工藝設(shè)計(jì)

熱生料噴注脫硫技術(shù)也稱水泥窯自脫硫技術(shù)，主要包括三部分：脫硫劑制備與收集；脫硫漿液制備與儲(chǔ)存；脫硫漿液輸送與霧化。脫硫劑獲取是關(guān)鍵。兩種脫硫劑活性CaO或CaCO3，均可通過熟料生產(chǎn)線制備。

（1）活性CaO制備與收集。生料中的主要成分為CaC03，分解爐內(nèi)高溫分解為CaO，通過系統(tǒng)壓差將含CaO粉塵的高溫氣體由分解爐頂部抽出，通過稀釋冷卻器冷卻至400℃以下，利用旋風(fēng)分離器分離出CaO粉塵，含塵氣體進(jìn)入預(yù)熱器出口管道內(nèi)；收集的CaO由溜管經(jīng)鎖風(fēng)閥進(jìn)入Ca（OH）2漿液反應(yīng)罐。CaO的抽取點(diǎn)盡量選擇在分解爐頂部或分解爐出口管道部位。CaO的取料點(diǎn)的選擇，應(yīng)通過分解爐內(nèi)部流場(chǎng)模擬，選擇粉塵濃度高的地方開孔。

（2）CaC03制備與收集。CaC03的制備相對(duì)簡單，主要是選用CaC03含量>90%的優(yōu)質(zhì)石灰石，經(jīng)生料磨粉磨通過收塵器收集，然后輸送至具有一定儲(chǔ)量的鋼板倉儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

（3）Ca（OH）2脫硫漿液的制備與儲(chǔ)存。收集的CaO與水反應(yīng)生成高濃度Ca（OH）2漿液，經(jīng)攪拌器充分?jǐn)嚢瑁磻?yīng)罐下部濃度較高的漿液依靠重力送入Ca（OH）2儲(chǔ)存罐，再加入適量水稀釋成濃度20%-30%的漿液備用。Ca（OH）2反應(yīng)罐應(yīng)設(shè)于預(yù)熱器一層或二層，收集的CaO直接入反應(yīng)罐，減少中間輸送。儲(chǔ)存罐布置于預(yù)熱器附近并臨近反應(yīng)罐，使反應(yīng)罐內(nèi)的漿液不需要輸送泵，利用高差自流入儲(chǔ)存罐，以減少設(shè)備投資及運(yùn)行成本。反應(yīng)罐及儲(chǔ)存罐的容積根據(jù)漿液用量確定，一般為4h的儲(chǔ)期；為運(yùn)輸方便，罐體φ≤3.5m，高度根據(jù)儲(chǔ)量要求確定。

（4）CaCO3脫硫漿液的制備與儲(chǔ)存。計(jì)量后的CaCO3經(jīng)輸送系統(tǒng)送入攪拌罐，加水?dāng)嚢栊纬蓾舛?0%-30%的漿液備用。

（5）脫硫漿液的輸送與霧化。制備并儲(chǔ)存好的脫硫漿液由輸送泵送至增濕塔及原料磨，經(jīng)噴槍霧化后，與煙氣中的S02反應(yīng)，降低煙氣中S02排放濃度。增濕塔是脫硫劑的主要噴入點(diǎn)，利用現(xiàn)有的噴水孔共有15臺(tái)噴槍，不需另外改造，只更換噴槍即可。原料磨脫硫劑的噴入點(diǎn)選擇在入磨風(fēng)管前端，設(shè)2臺(tái)噴槍，噴槍噴嘴方向應(yīng)與氣流方向相反，以使?jié){液與氣體充分接觸反應(yīng)，使脫硫效果更好。

四、調(diào)試運(yùn)行情況

為比較兩種脫硫劑的使用效果，有針對(duì)性地選擇了兩條熟料生產(chǎn)線進(jìn)行試驗(yàn)：ZG水泥廠使用CaCO3脫硫劑，DG水泥廠使用Ca（OH）2脫硫劑。

4.1 CaCO3脫硫劑

ZG水泥廠初始S02排放濃度400mg / Nm3，SO2排放濃度隨著CaCO3噴入量增加逐步降低，增濕塔噴入量9t/ h時(shí)，脫硫效率約30%；繼續(xù)加大噴入量后入磨風(fēng)溫由190℃左右降至170℃，出磨風(fēng)溫大幅降低，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降30t/h- 40t / h。繼續(xù)向原料磨出口噴入漿液量>2t/h，原料磨進(jìn)出口溫度均偏低，磨機(jī)不僅產(chǎn)量大降，而且會(huì)飽磨或振停。當(dāng)增濕塔噴入量繼續(xù)加大，出口溫度會(huì)降至150℃以內(nèi)，增濕塔出現(xiàn)濕底。

CaCO3脫硫劑降低SO2排放濃度的效率僅為30%左右，實(shí)際應(yīng)用效果不理想，主要原因?yàn)镃aCO3活性低。

4.2 Ca（OH）2脫硫劑

DG水泥廠脫硫試驗(yàn)的運(yùn)行調(diào)試先后分3階段，SO2排放濃度隨Ca（OH）2噴入量增加逐步降低，中控顯示SO2排放濃度由350mg/Nm3-400mg/Nm3降低為180mg/Nm3，脫硫效率約為45%-55%，最終實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。調(diào)試中的漿液濃度越高，脫硫效率越高，但超過一定濃度后噴槍易堵，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。試驗(yàn)證明，采用20%濃度漿液時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定；漿液用量越大時(shí)，脫硫效率越高，但超過一定量后會(huì)造成增濕塔濕底，應(yīng)控制增濕塔出口溫度在150℃以上。

以Ca（OH）2為脫硫劑降低SO2排放濃度的效率為50 %左右，當(dāng)熟料生產(chǎn)線SO2初始排放濃度不超過400mg/Nm3時(shí)，使用Ca（OH）2脫硫劑完全可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

五、結(jié)語

熱生料噴注脫硫技術(shù)的開發(fā)利用效果驗(yàn)證有據(jù)，工藝簡單、投資少、運(yùn)行成本低。（1）利用增濕塔取代外置反應(yīng)塔，作為脫硫反應(yīng)區(qū)，原料磨停機(jī)時(shí)，噴漿過程可兼顧系統(tǒng)降溫作用。（2）選擇分解爐內(nèi)高濃度CaO為脫硫劑，無需購買脫硫劑。（3）脫硫劑及反應(yīng)產(chǎn)物無需儲(chǔ)存、運(yùn)輸，直接收集利用再進(jìn)入系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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