水泥生产中新型高效脱硫剂试验研究

孙波，李晓静，刘国华

（南京永能新材料有限公司，江苏 南京 211153）

0 引言

随着SO2排放标准要求的提高，水泥脱硫技术在实际生产中得到越来越多应用，常用的脱硫技术有干法脱硫技术、FGD 湿法脱硫、 氨法脱硫技术等。 目前市场上的脱硫剂对操作、工艺及设备要求较高，且存在成本高、能耗大及脱硫效果不理想问题。 针对不足和难点，南京永能新材料有限公司研究开发了一种新型高效脱硫产品[1-2]，通过碱土金属和催化剂等组分的优化调整，使得该脱硫剂可在中低温条件下， 降低碱性成分和SO2的吸收反应温度，加快和促进SO2的吸收和转化进程，生成更加稳定的产物，以达到有效降低SO2排放的目的。

1 新型高效脱硫剂技术原理

新型高效脱硫剂技术原理如图1 所示。该产品对水泥窑生产过程中各阶段所产生的硫氧化物进行吸收固化。 ①筛选优化了高效脱硫剂系列；②显著加速CaO 与SO2的低温反应；③通过催化氧化技术促进SO2的快速转化，形成稳定的硫酸盐。

图1 新型高效脱硫剂技术原理

2 脱硫剂工业试验

2.1 重庆某水泥集团分公司脱硫剂试验

2.1.1 技术方案

南京永能高效脱硫剂以在生料配料过程中添加的形式，通过研磨充分、均化反应消解部分硫化物。 从初始值到最低值，记录SO2排放值的变化情况以及对应的脱硫剂使用量，进而对比分析和判断高效脱硫剂的脱硫效果。

2.1.2 试验步骤

原料磨停机状态，13∶54 停止添加现使用的脱硫液体，14∶53 检测到 SO2排放峰值达 438 mg/m3，超过了标准要求上限值，开始使用南京永能脱硫剂验证脱硫效果，14∶56~15∶09 检测仪气体反吹造成SO2排放值一直处于 430 mg/m3，15∶09 SO2排放值为270 mg/m3，15∶14 SO2排放值降到 137 mg/m3，15∶23 SO2排 放 值 为 50 mg/m3，16 ∶01 SO2排 放 值 低 至33 mg/m3，16∶00 开始调整脱硫剂用量为 82 L/h，SO2排放值稳定在 170 mg/m3以内，16∶36 停止试验，具体试验数据如表1 所示。

表1 重庆某水泥集团脱硫剂试验数据

由表1 可以得出：

（1）开始添加高效脱硫剂 10 min 后，SO2排放值开始下降，脱硫效果明显；

（2）使用脱硫剂产品 30 min，能将 SO2排放值从 438 mg/m3降低至 50 mg/m3；

（3）试验过程中，SO2排放值最低可降至33 mg/m3；

（4）82 L/h 的脱硫剂用量可将SO2排放值稳定在180 mg/m3以内，满足国家排放标准。

2.2 浙江某水泥集团1#窑脱硫剂试验

2.2.1 技术方案

通过添加高效脱硫剂检测SO2浓度变化趋势，并将SO2降至最低值，从而确定脱硫剂的作用效果，试验方法同2.1.1 中所述。

2.2.2 试验步骤

原料磨开机时，11∶33 SO2排放值为 60 mg/m3，开始使用南京永能脱硫剂，11∶46 SO2排放值为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 试验停止， 详细数据记录见表2。

表2 浙江某水泥集团1# 窑脱硫剂试验数据

2.3 浙江湖州某水泥集团脱硫剂试验

2.3.1 技术方案

该水泥企业未使用脱硫剂时，SO2排放值在300~500 mg/m3， 通过记录添加脱硫剂前后的SO2浓度变化，分析高效脱硫剂的脱硫效果，试验方法同2.1.1 所述。

2.3.2 试验步骤

13:00 原料磨停机后，13:30 出现SO2排放峰值345 mg/m3，开始使用南京永能脱硫剂，添加给定量60 Hz（130 kg/h），13:45 SO2排放值降低至 116 mg/m3，14:00 给定量 70 Hz （146 kg/h），SO2排放值降至66 mg/m3，14:30 给定量 80 Hz（160 kg/h），SO2排放值为 52 mg/m3，14:50 SO2排 放 值 低 至 4 mg/m3，15:10 SO2排放值降为0 mg/m3，试验结束，泵停止后，15:35 SO2升高到 228 mg/m3。100 min 内共计使用高效脱硫剂产品 240 kg， 将 SO2浓度从 345 mg/m3降低至0 mg/m3，脱硫效果显著，具体试验数据如表3 所示。

表3 浙江湖州某水泥集团脱硫剂试验数据

3 结果与讨论

3.1 安徽芜湖某水泥厂脱硫剂重复验证试验

通过停止使用原脱硫剂，观察SO2排放值，加入高效脱硫剂验证产品效果。18∶00 点原脱硫剂停止使用，20∶30 SO2排放值达到 122 mg/m3后开始添加南京永能脱硫剂， 初始加入量为5 L/min，10 min 后SO2排放值降低至70.6 mg/m3，然后调整脱硫剂加入量为 2.5 L/min，15 min 后降低至 37.7 mg/m3， 21∶05后SO2排放值稳定在13.9 mg/m3。 在数据稳定后，降低脱硫剂加入量至1.5 L/min，SO2排放值稳定在14.8 mg/m3，23:00 结束第一阶段使用， 停止加入脱硫剂， 并关闭原使用脱硫剂，25 min 后SO2排放值升高至70.6 mg/m3，重新加入原脱硫剂，试验数据如表4 所示。

表4 安徽芜湖某水泥厂脱硫剂试验数据

为再验证高效脱硫剂的脱硫效果，次日14∶35 停生料磨， 原脱硫剂给定 38 Hz，SO2排放值为13.8 mg/m3，15:15 停止原脱硫剂使用，25 min 后SO2排放值升高至184.4 mg/m3， 开始加入南京永能高效脱硫剂，初始加入量为4 L/min，10 min 后SO2排放值降至96.1 mg/m3，调整脱硫剂加入量为 2 L/min，15 min 后降至38.5 mg/m3，再调整脱硫剂加入量为1.2 L/min，17:10 时 SO2排放值升高至 91.5 mg/m3， 然后调节脱硫剂用量为 4 L/min，17:40 稳定在 20 mg/m3后停止试验，具体现场试验数据见表5。

3.2 试验效果分析

综合分析表4 和表5 中的数据可以看出，通过生料磨运行及停磨两个阶段的测试，使用高效脱硫剂效果明显，调整见效快，有效降低SO2排放，可将SO2浓度控制在 50 mg/m3以下， 满足 GB 4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》的超低排放规定。 通过产品组分设计， 该高效脱硫剂可加快SO2的反应和转化，并且其体系呈中性，具有掺加量小、对设备无腐蚀危害等优点。 根据产品的研究理念，设计比例分段添加，生料磨前端通过粉磨和硫铁矿反应脱除一部分硫， 同时后端入窑斜槽处做备用， 分段添加的方式可以提高脱硫剂脱硫效率，降低产品用量，从而降低企业生产成本，每吨熟料脱硫成本在2 元左右。

表5 安徽芜湖某水泥厂脱硫剂再验证试验数据

4 结论

（1）通过产品组分设计，高效脱硫剂具有脱硫效率高、掺量小、见效快及添加方式简单等特点，可有效降低水泥企业脱硫成本，并保持稳定达标。

（2）脱硫剂中含有稀土元素，可激发出熟料的潜在活性，从而改善水泥质量。

（3）与市场上传统的高碱型脱硫剂产品相比，该高效脱硫剂体系呈中性，对设备无腐蚀，不会对窑尾收尘过程产生影响， 可有效避免预热器系统结皮现象。