一種新型環保催化脫硫劑在水泥窯尾煙氣脫硫中的應用

鄧大偉，胡嘉駒（南京永能新材料有限公司，江蘇 南京 211000）

1 水泥生產線硫排放介紹

1.1 試用背景

近年來，隨著國家水泥工業大氣污染物排放標準開始落地實施，按照GB4915—2013《水泥工業大氣污染物排放標準》規定以及貴州省主要污染物總量減排工作的總體部署，D1152/893—2014貴州省地方標準《貴州省水泥工業大氣污染物排放標準》自2014年6月20日起正式實施，其中要求SO2最高標況排放濃度限值為200mg/m3。某客戶客戶現有熟料生產線1條，設計產能為2500t/d，配置生料粉磨系統，在停磨期間，窯尾煙氣SO2時常出現超標現象，需采取開磨并調整配料方案等措施進行降硫減排，給企業正常生產運行帶來較大困難。

1.2 硫的來源及二氧化硫超標機理

水泥生產過程中硫的來源主要分為兩個方面，一是源自燃料中的硫，另一方面則來自原料中的硫。燃料中硫的主要為硫酸鹽、硫化物、有機硫等。燃料燃燒時產生的SO2被分解爐及燒成帶中大量活性CaO吸收，或在過渡帶與堿反應生成硫酸鹽被固化到熟料當中。因此在正常情況下，燃料中的硫對窯尾煙氣中SO2的排放影響很小。

圖1 水泥窯SO2產生機理示意圖

原料中硫的存在形式與燃料基本相同，由硫酸鹽、硫化物、有機硫組成，其中硫化物（FeS、FeS2）含量高低直接影響熟料生產線SO2排放水平。原料經過粉磨制成生料，經過預熱器逐級加熱升溫，最終在分解爐分解后進入回轉窯煅燒，原料中硫酸鹽在此過程中很穩定，大體上都會進入窯系統進行循環反應。但硫化物不同(如硫鐵礦)，在400～600℃，即二、三級旋風筒附近發生氧化反應，生成的SO2氣體會直接跟隨煙氣經窯尾煙囪排入大氣中。而在停磨期間，生料不能持續產生帶有新鮮表面的石灰石(CaCO3)，降低了對煙氣中SO2的吸附，且在原有的工藝條件下沒有較好的方式對SO2進行捕捉，造成水泥窯尾煙氣 SO2超標[1，2]。

1.3 傳統煙氣脫硫方案的存在的問題

為降低窯尾SO2排放[3，4]，傳統的方法多為過噴氨脫硫、熱生料引入脫硫、干濕法脫硫開生料磨抑硫等措施，但實際效果卻不太理性，存在各種各樣的弊端，見表1。

表1 傳統煙氣脫硫方案運行中存在的問題

2 實踐應用

2.1 催化脫硫原理

催化脫硫劑由催化劑、氧化劑、表面活性劑等組分復合而成。通過添加鋰、鑭氧化物等不同添加劑來增加催化脫硫劑的活性；通過添加氧化劑提高SO2轉化為SO3的效率；通過添加堿土成分來進一步強化固硫，形成硫酸鹽成分固存下來。在中低溫狀況下激化SO2和生料組分的反應活性，形成SO3并固化到熟料中而帶出，從而達到減少SO2排放的目的。其原理見圖2。其催化脫硫劑的添加位置和現場照片見圖3。

圖2 新型催化劑脫硫原理示意圖

圖3 脫硫劑添加的現場照片

2.2 應用數據分析

兩種生料磨狀態下，在線監測采集數據見圖3。

圖3 加入脫硫劑后SO2監測值隨時間變化趨勢圖

2.3 應用效果總結

（1）未添加脫硫劑，停磨硫排放瞬時實測值（標況下，以下同）687 mg/m3，開磨期間硫排放瞬時實測值292 mg/m3。添加脫硫劑后，兩種生料磨狀態下均可迅速（8 min內），將硫排放降低至環保紅線內。

（2）在相同排放指標下（＜200mg/m3），停磨期間脫硫劑用量為264kg/h,開磨期間脫硫劑用量為100 kg/h，24 h折合噸熟料成本2～2.3元/t，脫硫成本較低；

（3）此種新型催化脫硫劑能顯著降低硫排放值，具有用量少、反應快，控制靈活等優點。此外，脫硫劑摻加方式簡單，只需一臺600W計量泵便可實現輸送，用電量低。其配有的變頻器可接入中控系統，使用量可實現中控自動控制，靈活快捷；

（4）相對日前成熟的濕法脫硫工藝，此種催化脫硫劑添加工藝簡單，脫硫見效快，且固定投資小，對熟料生產線正常生產及工序質量沒有不良影響。

3 結語

南京永能新材料有限公司的新型催化脫硫劑的應用有效地解決了客戶因煙氣中SO2排放超標造成的環保問題，提高了窯系統安全生產的穩定性和可持續性，同時也為含硫量較高固廢資源的利用（如硫酸渣、煤矸石等）提供了可觀的使用空間，給企業帶來了良好的經濟效益和社會效益。