降低两档短窑窑尾废气SO2的措施

2016-03-27张传行张玉福陈忠民

新世纪水泥导报 2016年5期

关键词：生料预热器压机

张传行张玉福陈忠民

1. 中国联合水泥集团东平中联水泥有限公司，山东东平 271504；2. 济宁中联水泥有限公司，山东泗水 273200

降低两档短窑窑尾废气SO2的措施

张传行1张玉福1陈忠民2

1. 中国联合水泥集团东平中联水泥有限公司，山东东平 271504；2. 济宁中联水泥有限公司，山东泗水 273200

两挡短窑由于较同规模的长窑相比，短了15%左右，在选煤用煤上控制煤中的全硫在0.9%以下；窑尾废气中SO2的85%是在生料终粉磨系统中吸收，因此在考虑生料终粉磨的选型时，应考虑到生料磨的降硫作用，将生料磨运转率与窑同步即可；在生料磨进行检修，或其它特殊原因必须停生料磨时，可采用恢复增湿塔喷水，开启生料系统循环风机，加大窑内通风等措施，提高氧化气氛，降低废气中的SO2浓度，平均能够降低32.64 mg/m3。

两档短窑生料辊压机废气二氧化硫降低措施

0 引言

东平中联美景水泥有限公司，是2012年刚投产的5 000 t/d预分解窑水泥熟料生产线，配置双系列五级预热器和TTF分解炉、Φ 5 m×60 m两挡短窑、第四代篦冷机，生料终粉磨采用单台CLF200/160辊压机粉磨系统。公司地处山东省泰安市东平县境内，厂区紧靠东平湖，系山东省环保治理重点地区，自2015年1月1日开始执行新标准，窑尾废气中SO2排放浓度最高限值100 mg/m3。自2014年投产以来，国家环保部门对我公司的废气排放安装了在线监测系统，表1所示是2014年8月开窑生产期间二氧化硫排放在线监测数据。从表1可以看出，自2014年8月12日至31日，窑尾废气中SO2的排放浓度最高浓度为498 mg/m3，最小值是62 mg/m3，平均值为215 mg/m3，达标率很低，平均只有16.67%，当时执行的标准是200 m g/m3。而2015年执行的标准是100 mg/m3，这是硬指标，绝不能有丝毫的含糊和侥幸。面对这一现状，我们全面分析，采取控制措施，确保达标排放。

1 窑尾废气中SO2的主要来源

水泥窑尾系统中的SO2来源于原材料和原煤。其中原材料中的硫有两种形式。一种以硫化物的形式存在，硫化物分为有机和无机硫化物，这部分硫化物分解温度在300～600 ℃之间，对窑尾废气中的硫含量影响较大；另一种硫以硫酸盐形式存在，因其分解温度较高，分解后产生的氧化硫很快又与其它碱性氧化物结合成新的硫酸盐，固化在熟料中，只有少量的SO3在还原气氛较重的情况下被还原成SO2，这种量非常小，对废气中SO2影响较小，有时甚至忽略。

煤中的硫在燃烧过程中被反应生成SO2，可氧化成SO3，或与系统中的生料反应，生成硫酸盐，随熟料出窑，但也有相当一部分随烟气上移，特别是窑尾分解炉中的喂煤，煤的燃烧过程及SO2被反应或被吸收的途径相对窑头喂煤短，残留SO2的量要多，窑尾喷煤对废气中SO2的影响较大，因此控制煤燃烧产生的SO2是主要的环节。

上述反应主要集中在窑内及分解炉内部，如果操作不当，会造成窑系统结圈、结皮等工艺事故，从而影响到正常的生产。同时，以上反应生成的SO2，与原材料中的硫以及硫化物燃烧生成的SO2一同随气体上移到预热器，在其内部富集，主要集中在C2～C3预热器内部，温度在300～600 ℃，各种硫化物分解的SO2在分解炉、预热器中被CaO吸收，生成硫酸盐。硫酸盐固化在熟料中，到窑内遇高温又被分解成SO2，这样形成循环。煤中硫含量升高时，废气中硫增加较为明显，大部分都会进入废气，部分SO2气体冷凝在温度较低的生料上，随生料进入下一级预热器，温度较高时又再次分解，形成SO2的低温富集循环。

同时，系统生成的SO2还与系统内的其它碱性氧化物反应，生成其它的硫酸盐，如K2O、Na2O、MgO等，相应生成K2SO4、Na2SO4、MgSO4等，而这几种硫酸盐生成相对温度较低，一般会富集在窑尾或预热器中，形成窑尾烟室结皮，或预热器各级旋风筒锥体。下料管结皮，严重时会影响系统通风，甚至下料不畅，系统产量下降，严重者直至停窑。

表1 2014年8月SO2排放在线监测数据

2 控制废气中SO2的措施

山东省下发实施的GB4915-2013《山东省建材工业大气污染物排放标准》，要求现有企业2015年1月1日起SO2排放标准限值为100 mg/m3。我公司为了实现达标，采取了优化配料，调整原材料的控制指标，调整操作，减少用煤，强化用风，优化生料磨的运行等措施。

2.1 调整原材料的技术指标

由于废气中的SO2超标，公司进行原材料的调整，将煤矸石去掉，采用了页岩配少量粉煤灰，同时对粉煤灰的成分也进行了调整。对各种原材料进行技术指标的调整与控制，主要是硫含量的控制。其各种成分如表2。

表2 各种原材料的化学成分 %

通过多次试验，调整原材料的种类，其目的是考虑带硫的含量，确保窑尾废气中的SO2达标排放。从熟料中SO3及在线监测窑尾废气中SO2的变化可以看出，熟料中的SO3在逐渐下降，而废气中的SO2排放浓度也在下降，在2015年1月前提前实现达标排放，见表3。

从表3可以看出，熟料中的硫含量越高，说明原燃材料中带入的总硫量越高，而整个系统中通过硫的固化而在废气中所余下的SO2浓度也越高，因此，加强原燃材料中硫含量的控制，降低总硫量的带入，也会降低废气中的SO2的浓度。

表3 2014年全年熟料中SO3及在线监测窑尾废气中SO2的变化

2.2 加强原煤指标的控制

我公司的回转窑属两挡短窑，其规格为Φ 5 m ×60 m，与同产能规模的其它长窑如Φ 4.7 m×72 m相比，长度相应减少了12 m。与同规模产能的长窑相比较，在原材料基本一样的情况下，煤质相同、熟料中的SO3相同的情况下，废气中的SO2浓度多100 mg/m3左右。这对于短窑而言，降硫难度更大，对各种原燃材料中的硫含量要求更高，特别是对煤质的要求，相对于长窑来讲有点苛刻。自投产以来不到三年的时间，我们用不同热量、不同煤灰、不同硫含量的煤做过多次试验，最终优选出较为合适的方案。我公司曾用过低热煤、高热煤、低内水煤、高内水煤、高硫煤、低硫煤以及多种煤的混配。进入2015年窑尾废气中SO2浓度排放标准降为100 mg/m3，我们对煤质指标进行新的调整，见表4、5。

表4 原煤技术指标

表5 1～5月原煤工业分析

2.3 煅烧操作控制

调整用煤用风量来控制窑尾废气中SO2浓度的变化，当煤中硫含量高时，可以通过加大系统风量，减少还原气氛，促使气体中更多的SO2氧化转化成SO3，以加快转化成硫酸盐固化在熟料中，从而减少SO2的浓度。这时也可以适当减少喷煤量，适当降低台时产量，保持废气中SO2的浓度不超标。

2.4 生料磨运转的连续性

与两档短窑相配套的生料磨系统是采用了单台CLF200/160辊压机终粉磨系统，该系统与传统的管磨的区别在于出窑的高温废气，经余热发电锅炉进行热交换后，所余气体全部经过生料粉磨系统，作为热源，对入磨原材料进行烘干。此流程是废气经高温风机进入生料磨的V型选粉机，在此风与料充分接触，进行热交换。在这个过程中，选粉机选回的细粉与系统内的风充分接触，出V选的风料混合物，进入动态选粉机，进一步实现风与料的混合与选粉；余下的风料混合物再进入旋风收尘器，此过程是大量的生料细粉再次与风结合；最后经循环风机进入袋收尘，细粉与风再次充分接触，在整个系统中一次次地风料充分接触，实现热交换。同时也是生料粉与废气中SO2相反应生成硫酸盐而降硫的过程。通过大量的在线监测数据可以计算出生料终粉磨的降硫效率，大约能降掉废气中90%左右的SO2，因此生料终粉磨对废气的降硫效果非常明显。表6是在窑况不变的情况下，开辊压机与不开辊压机废气中SO2的变化。

表6 生料磨开机与库满停机时废气中SO2变化

从表6可以看出，生料辊压机正常开机时，废气中SO2浓度平均只有13.1 mg/Nm3，生料磨库满停机时废气中的SO2浓度达到94.64 mg/Nm3，已接近控制指标100 mg/Nm3的上限。通过上术数据计算，生料磨开机对废气中SO2的降低效率为，（96.64-13.1）/96.64×100%=86.45%。

2.5 增湿塔喷水控制

在生料磨库满停机时短短几个小时内，由于生料终粉磨系统不发挥降硫作用，废气中的SO2会超标。这时适当起用增湿塔喷水系统，增加水汽的浓度，使废气在窑尾排气管道中的水分增大，加快SO2与水反应，再与生料细粉中的部分CaO、CaCO3等反应，加大降硫效果，降低废气中SO2的浓度。增湿塔喷水，增开生料磨循环风机后废气中SO2浓度由原来的平均94.64 mg/Nm3，降到平均62 mg/Nm3，降低了32.64 mg/Nm3，见表7。