水泥行業(yè)超凈排放的幾點(diǎn)設(shè)想之二——二氧化硫控制技術(shù)

大氣網(wǎng)訊:摘要：隨著石灰石地域的限制和品位的降低,有些水泥廠不得不使用高硫石灰石,其含硫量為0.2%～2.0%不等,造成國(guó)內(nèi)部分水泥企業(yè)二氧化硫排放濃度超標(biāo)。本文介紹了幾種脫硫工藝,提出需評(píng)估和優(yōu)化脫硫方案,并盡量從過程中減少二氧化硫的排放。

0 概述

“十二五”期間，全國(guó)化學(xué)需氧量和氨氮、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)排放總量分別累計(jì)下降12.9％、13％、18％、18.6％。全國(guó)二氧化硫明顯下降，但水泥行業(yè)的二氧化硫排放卻持續(xù)上升。主要是因?yàn)橥晁喙I(yè)二氧化硫排放在全國(guó)排放量中占比一直較低，窯尾煙氣中二氧化硫的排放濃度一般為100mg／Nm3以內(nèi)，遠(yuǎn)小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，水泥行業(yè)無需治理煙氣中的二氧化硫。但是近年來，隨著石灰石地域的限制和品位的降低，有些水泥廠不得不使用高硫石灰石，其含硫量為0.2％～2.0％不等，造成國(guó)內(nèi)部分水泥企業(yè)二氧化硫排放濃度較高，甚至達(dá)到2 000mg／Nm3左右。2013年修訂的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中二氧化硫的排放限值，降低到200mg／Nm3，特別地區(qū)排放限值為100mg／Nm3。為達(dá)標(biāo)排放，煙氣二氧化硫超標(biāo)的水泥生產(chǎn)線需進(jìn)行脫硫改造。

1 二氧化硫產(chǎn)生和反應(yīng)機(jī)理

1.1 二氧化硫產(chǎn)生機(jī)理

水泥熟料煅燒產(chǎn)生的二氧化硫主要來自兩部分，一部分源于生料，一部分源于燃料。

原料中的硫主要以有齟硫化物、硫化物或硫酸鹽的形式存在。原料中的硫在500℃左右生成二氧化硫。生料磨開啟時(shí)，二氧化硫經(jīng)生料磨后大部分被生料吸收生成硫酸鹽，再次進(jìn)入預(yù)熱器，部分硫酸鹽隨熟料離開窯系統(tǒng)。生料磨關(guān)閉時(shí)，二氧化硫不經(jīng)過生料磨，直接進(jìn)入窯尾除塵器后排放 。

燃料中的硫存在形式有硫化物、硫酸鹽和有機(jī)硫。燃料在分解爐和回轉(zhuǎn)窯中燃燒。大部分部分硫形成穩(wěn)定的硫酸鹽，少部分二氧化硫經(jīng)過窯、分解爐預(yù)熱器等設(shè)備后通過煙囪排放。

硫酸鹽在溫度超過1 400％的情況下，易發(fā)生揮發(fā)現(xiàn)象。

1.2 二氧化硫反應(yīng)機(jī)理

CaCO3- CaO+CO2

2S02+2CaCO3+02=2CaSO4+2CO2

2S02+2CaO+O2=2CaSO4

SO2+CaO=3CaSO3

二氧化硫的反應(yīng)機(jī)理比較簡(jiǎn)單，粉狀石灰石在高溫下吸熱分解成CaO和CO2，熱分解溫度大致為800％左右。熱分解完成后因CO2氣體的析出，石灰石的表面形成大量的孔隙，提高了二氧化硫的反應(yīng)速率。因此溫度越高二氧化硫的吸收率越高。但是原料和燃料中的硫反應(yīng)生成的CaSO4與CaSO3在1 400℃以上的高溫煅燒，不可避免地造成部分CaSO4將被還原成二氧化硫，發(fā)生二氧化硫的內(nèi)循環(huán)。因此二氧化硫的脫除變得比較復(fù)雜。

2 二氧化硫治理技術(shù)

我國(guó)水泥煙氣脫硫技術(shù)剛剛起步，市場(chǎng)上存在著各種脫硫技術(shù)。主要技術(shù)可歸納為：(1)濕法脫硫；(2)熱牛料噴注脫硫；(3)吸收劑噴注法。

2.1  濕法脫硫

濕法煙氣脫硫工藝原理是使用石灰石、石灰等堿性漿液作洗滌劑，在反應(yīng)塔種對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，從而除去煙氣中的二氧化硫。目前， 石灰／石灰石法是世界上應(yīng)用最多FGD工藝，脫硫率可在90％以上。濕法工藝凈化效率比較高，沒備簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍比較廣。

2.2 熱生料噴注脫硫

利用分解爐內(nèi)新生成的高活性CaO能吸收煙氣中的二氧化硫形成硫酸鹽的原理．從分解爐出fllJ抽取含有高活性Ca0的高溫氣體、通過稀釋冷卻器冷卻至400C、經(jīng)旋風(fēng)分離器將物料收集下來，加水制成20％～30％,Ca(OH)2漿液，將制備好的漿液送入增濕塔和生料磨入口。

2.3 吸收劑噴注法

在生料入庫前，添加熟石灰或消石灰，在預(yù)熱器及出風(fēng)管道噴汪氨水或消石灰等堿性物質(zhì)，脫硫效率 可以達(dá)到70％。

三種脫硫工藝方案對(duì)比見表1

三種脫硫方案各有優(yōu)勢(shì)，濕法脫硫技術(shù)起源于電廠煙氣脫硫工藝，該技術(shù)非常成熟，因此率先任水泥企業(yè)得以應(yīng)用。除濕法脫硫外，國(guó)內(nèi)部分二氧化硫排放濃度超標(biāo)幅度較小的生產(chǎn)線采用的熱生料噴注和吸收劑噴注。國(guó)外水泥企業(yè)脫硫技術(shù)研究工作開展早于國(guó)內(nèi)，大部分采用了吸收劑噴注法，見表2。

3 結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)水泥脫硫技術(shù)剛剛起步，何種脫硫技術(shù)適用于我國(guó)的水泥企業(yè)尚無定論，因此需要根據(jù)水泥窯炯?xì)庵卸趸虻呐欧懦跏紳舛戎担瑢?duì)各種不同的脫硫方案進(jìn)行評(píng)估，提出最優(yōu)的脫硫方案，同時(shí)水泥行業(yè)需開展水泥窯內(nèi)二氧化硫循環(huán)機(jī)理，研究CaSO4窯內(nèi)的分解率，降低二氧化硫的循環(huán)率，從過程中減少二氧化硫的排放。

原標(biāo)題:水泥行業(yè)超凈排放的幾點(diǎn)設(shè)想之二——二氧化硫控制技術(shù)