水泥生產中新型高效脫硫劑試驗研究

孫波，李曉靜，劉國華

（南京永能新材料有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引言

隨著SO2排放標準要求的提高，水泥脫硫技術在實際生產中得到越來越多應用，常用的脫硫技術有干法脫硫技術、FGD 濕法脫硫、 氨法脫硫技術等。 目前市場上的脫硫劑對操作、工藝及設備要求較高，且存在成本高、能耗大及脫硫效果不理想問題。 針對不足和難點，南京永能新材料有限公司研究開發(fā)了一種新型高效脫硫產品[1-2]，通過堿土金屬和催化劑等組分的優(yōu)化調整，使得該脫硫劑可在中低溫條件下， 降低堿性成分和SO2的吸收反應溫度，加快和促進SO2的吸收和轉化進程，生成更加穩(wěn)定的產物，以達到有效降低SO2排放的目的。

1 新型高效脫硫劑技術原理

新型高效脫硫劑技術原理如圖1 所示。該產品對水泥窯生產過程中各階段所產生的硫氧化物進行吸收固化。 ①篩選優(yōu)化了高效脫硫劑系列；②顯著加速CaO 與SO2的低溫反應；③通過催化氧化技術促進SO2的快速轉化，形成穩(wěn)定的硫酸鹽。

圖1 新型高效脫硫劑技術原理

2 脫硫劑工業(yè)試驗

2.1 重慶某水泥集團分公司脫硫劑試驗

2.1.1 技術方案

南京永能高效脫硫劑以在生料配料過程中添加的形式，通過研磨充分、均化反應消解部分硫化物。 從初始值到最低值，記錄SO2排放值的變化情況以及對應的脫硫劑使用量，進而對比分析和判斷高效脫硫劑的脫硫效果。

2.1.2 試驗步驟

原料磨停機狀態(tài)，13∶54 停止添加現(xiàn)使用的脫硫液體，14∶53 檢測到 SO2排放峰值達 438 mg/m3，超過了標準要求上限值，開始使用南京永能脫硫劑驗證脫硫效果，14∶56~15∶09 檢測儀氣體反吹造成SO2排放值一直處于 430 mg/m3，15∶09 SO2排放值為270 mg/m3，15∶14 SO2排放值降到 137 mg/m3，15∶23 SO2排 放 值 為 50 mg/m3，16 ∶01 SO2排 放 值 低 至33 mg/m3，16∶00 開始調整脫硫劑用量為 82 L/h，SO2排放值穩(wěn)定在 170 mg/m3以內，16∶36 停止試驗，具體試驗數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 重慶某水泥集團脫硫劑試驗數(shù)據(jù)

由表1 可以得出：

（1）開始添加高效脫硫劑 10 min 后，SO2排放值開始下降，脫硫效果明顯；

（2）使用脫硫劑產品 30 min，能將 SO2排放值從 438 mg/m3降低至 50 mg/m3；

（3）試驗過程中，SO2排放值最低可降至33 mg/m3；

（4）82 L/h 的脫硫劑用量可將SO2排放值穩(wěn)定在180 mg/m3以內，滿足國家排放標準。

2.2 浙江某水泥集團1#窯脫硫劑試驗

2.2.1 技術方案

通過添加高效脫硫劑檢測SO2濃度變化趨勢，并將SO2降至最低值，從而確定脫硫劑的作用效果，試驗方法同2.1.1 中所述。

2.2.2 試驗步驟

原料磨開機時，11∶33 SO2排放值為 60 mg/m3，開始使用南京永能脫硫劑，11∶46 SO2排放值為40 mg/m3，11:52 降 低 至 30 mg/m3，11∶56 降 低 至 20 mg/m3，12:03 降 低 到 10 mg/m3，12:07 降 低 至 5 mg/m3，12∶12 降低至 1 mg/m3，12∶45 試驗停止， 詳細數(shù)據(jù)記錄見表2。

表2 浙江某水泥集團1# 窯脫硫劑試驗數(shù)據(jù)

2.3 浙江湖州某水泥集團脫硫劑試驗

2.3.1 技術方案

該水泥企業(yè)未使用脫硫劑時，SO2排放值在300~500 mg/m3， 通過記錄添加脫硫劑前后的SO2濃度變化，分析高效脫硫劑的脫硫效果，試驗方法同2.1.1 所述。

2.3.2 試驗步驟

13:00 原料磨停機后，13:30 出現(xiàn)SO2排放峰值345 mg/m3，開始使用南京永能脫硫劑，添加給定量60 Hz（130 kg/h），13:45 SO2排放值降低至 116 mg/m3，14:00 給定量 70 Hz （146 kg/h），SO2排放值降至66 mg/m3，14:30 給定量 80 Hz（160 kg/h），SO2排放值為 52 mg/m3，14:50 SO2排 放 值 低 至 4 mg/m3，15:10 SO2排放值降為0 mg/m3，試驗結束，泵停止后，15:35 SO2升高到 228 mg/m3。100 min 內共計使用高效脫硫劑產品 240 kg， 將 SO2濃度從 345 mg/m3降低至0 mg/m3，脫硫效果顯著，具體試驗數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 浙江湖州某水泥集團脫硫劑試驗數(shù)據(jù)

3 結果與討論

3.1 安徽蕪湖某水泥廠脫硫劑重復驗證試驗

通過停止使用原脫硫劑，觀察SO2排放值，加入高效脫硫劑驗證產品效果。18∶00 點原脫硫劑停止使用，20∶30 SO2排放值達到 122 mg/m3后開始添加南京永能脫硫劑， 初始加入量為5 L/min，10 min 后SO2排放值降低至70.6 mg/m3，然后調整脫硫劑加入量為 2.5 L/min，15 min 后降低至 37.7 mg/m3， 21∶05后SO2排放值穩(wěn)定在13.9 mg/m3。 在數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，降低脫硫劑加入量至1.5 L/min，SO2排放值穩(wěn)定在14.8 mg/m3，23:00 結束第一階段使用， 停止加入脫硫劑， 并關閉原使用脫硫劑，25 min 后SO2排放值升高至70.6 mg/m3，重新加入原脫硫劑，試驗數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 安徽蕪湖某水泥廠脫硫劑試驗數(shù)據(jù)

為再驗證高效脫硫劑的脫硫效果，次日14∶35 停生料磨， 原脫硫劑給定 38 Hz，SO2排放值為13.8 mg/m3，15:15 停止原脫硫劑使用，25 min 后SO2排放值升高至184.4 mg/m3， 開始加入南京永能高效脫硫劑，初始加入量為4 L/min，10 min 后SO2排放值降至96.1 mg/m3，調整脫硫劑加入量為 2 L/min，15 min 后降至38.5 mg/m3，再調整脫硫劑加入量為1.2 L/min，17:10 時 SO2排放值升高至 91.5 mg/m3， 然后調節(jié)脫硫劑用量為 4 L/min，17:40 穩(wěn)定在 20 mg/m3后停止試驗，具體現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)見表5。

3.2 試驗效果分析

綜合分析表4 和表5 中的數(shù)據(jù)可以看出，通過生料磨運行及停磨兩個階段的測試，使用高效脫硫劑效果明顯，調整見效快，有效降低SO2排放，可將SO2濃度控制在 50 mg/m3以下， 滿足 GB 4915—2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》的超低排放規(guī)定。 通過產品組分設計， 該高效脫硫劑可加快SO2的反應和轉化，并且其體系呈中性，具有摻加量小、對設備無腐蝕危害等優(yōu)點。 根據(jù)產品的研究理念，設計比例分段添加，生料磨前端通過粉磨和硫鐵礦反應脫除一部分硫， 同時后端入窯斜槽處做備用， 分段添加的方式可以提高脫硫劑脫硫效率，降低產品用量，從而降低企業(yè)生產成本，每噸熟料脫硫成本在2 元左右。

表5 安徽蕪湖某水泥廠脫硫劑再驗證試驗數(shù)據(jù)

4 結論

（1）通過產品組分設計，高效脫硫劑具有脫硫效率高、摻量小、見效快及添加方式簡單等特點，可有效降低水泥企業(yè)脫硫成本，并保持穩(wěn)定達標。

（2）脫硫劑中含有稀土元素，可激發(fā)出熟料的潛在活性，從而改善水泥質量。

（3）與市場上傳統(tǒng)的高堿型脫硫劑產品相比，該高效脫硫劑體系呈中性，對設備無腐蝕，不會對窯尾收塵過程產生影響， 可有效避免預熱器系統(tǒng)結皮現(xiàn)象。