CN105498508B - 一种利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，直接利用干法旋窑生产线系统装备中的增湿塔和/或生料立磨作为半干法脱硫装置，将脱硫促进剂水溶液喷入运行中的增湿塔和/或生料立磨内，以进入增湿塔内废气流中的粉尘和/或生料立磨内的生料原料为主要脱硫剂直接脱除废气流中的SO2，脱硫产物作为生产用原料直接循环利用。本发明技改投资少，运行费用低，水泥企业易于接受，便于推广应用；利于解决量大面广、且废气排放总量大的水泥生产企业的硫排放污染问题，且“脱硫废渣”直接作为水泥生产的正常原料循环利用，无二次污染，利于环境保护。

Description

一种利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种利用新型干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法。
背景技术
当前，我国的新型干法旋窑水泥设计产能已达35亿吨/年，因燃煤含硫或原料含硫尤其是用含硫化物的石灰石或煤矸石原料配料时，硫排放实际上大大超出《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）规定200mg/Nm3的现象较为普遍，部分水泥企业窑尾烟气SO2排放浓度高达2600～3000mg/Nm3，既加剧大气酸雨，也已影响到水泥企业的成本乃至生存。为解决硫排放超标问题，水泥生产企业及科研院所技术工作者进行了长期的试验和探索，主要的技术方法大致可以分为如下四类：
第一类，采用“干法旋窑脱硫固硫燃烧方法”解决燃煤含硫造成的硫排放超标的问题，但这种干法旋窑燃煤燃烧方法实际操控上有技术要求，工艺操作控制掌握不好或装备不能满足催化燃烧条件时，效果不是很理想，且对生料原料中所含的硫化物（分解温度仅600～700'C即在三四级预热器就已分解出SO2）进不了分解炉或回转窑内时完全起不了作用。
第二类，是在生料配料原料中配入3.5～6%的电石渣或石灰作为脱硫剂，在生料立磨运行时可以有效脱硫，但停生料立磨时硫排放不太稳定，甚至严重超排，且对于缺电石渣的地方经济性差，而用石灰更不经济成本上大多难以承受。
第三类，是花千万元以上建设一个象火电锅炉一样的专用脱硫装置，这对于市场不景气的水泥企业来说其投资大多难以接受，且运行电耗偏高。
第四类，是在窑尾烟气管道上喷脱硫剂，中国专利“干法旋窑窑尾烟气管道脱硫装置（专利号201420458058.6）”提供了一种窑尾烟气管道脱硫装置，该技术在窑尾烟气SO2浓度小于600mg/Nm3时其经济性尚可，但，一方面，烟气管道上脱硫存在的一个突出问题是需要定期从烟气管道中排出硫酸盐为主的废渣，并需定期清理烟气管道的可能粘堵，另一方面，在窑尾烟气SO2浓度高于600mg/Nm3时，尤其在窑尾烟气SO2浓度≥1000mg/Nm3时其脱硫剂用量很大，经济性差。
客观上，国内外至今尚没有一种可有效地同步解决干法旋窑燃煤硫和原料硫造成的SO2排放超标的低投资、低运行成本的可靠的方法，更未见任何可直接利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可同时解决干法旋窑水泥生产燃煤硫和原料中的硫化物导致的SO2超标问题，且运行可靠，投资较少，运行成本较低的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，直接利用干法旋窑生产线系统装备中现有的的增湿塔和/或生料立磨作为半干法脱硫装置，将脱硫促进剂水溶液喷入运行中的增湿塔和/或生料立磨内，以进入增湿塔内废气流中的粉尘和/或生料立磨内的生料原料为主要脱硫剂直接脱除废气流中的SO2，脱硫产物作为生产用原料直接循环利用。
所述脱硫促进剂包括水溶性强碱和表面活性剂，水溶性强碱和表面活性剂的质量比为水溶性强碱10～50:表面活性剂 1（优选水溶性强碱20～40: 表面活性剂1）。所述脱硫促进剂水溶液的质量浓度为0.05～10%（优选0.5～5%）。脱硫促进剂的用量及脱硫促进剂水溶液的浓度大小以控制在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3及不影响干法旋窑生产系统工况稳定为准进行动态调整。
所述将脱硫促进剂水溶液喷入运行中的增湿塔和/或生料立磨内，指增设增湿塔、生料立磨的喷入装置或利用增湿塔、生料立磨已有的喷水装置改造，将脱硫促进剂水溶液从运行中的增湿塔内上部空间雾化喷入，和/或喷入运行中的生料立磨内。
所述水溶性强碱为碱金属的氧化物和/或氢氧化物和/或碳酸盐及碱土金属的氧化物和/或氢氧化物中的至少一种，优选氢氧化钠和/或碳酸钠。所述表面活性剂为市售的能有效改善固体物料表面湿润性能、促进吸收反应的阴离子型和/或阳离子型和/或非离子型和/或两性离子型表面活性剂中的至少一种，优选烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠和/或皂化松香。
本发明的技术原理：
1）针对新型干法旋窑生产线系统的装备特征及旋窑的窑炉废气特点和流向，选择生产线系统装备中废气汇聚流经的大容积的增湿塔和利用大量废气余热粉磨生料粉的生料立磨作为半干法脱硫装置；
2）针对进入增湿塔内的废气流中含有大量碳酸钙和少量氧化钙粉尘及生料立磨粉磨的物料以碳酸钙为主的特征，利用脱硫促进剂水溶液的高效促进作用，将进入增湿塔内废气流中的含碳酸钙和少量氧化钙的粉尘、及生料立磨内的以碳酸钙为主的生料原料在碾碎粉磨过程中产生的新鲜活性表面与微细粉作为主要脱硫剂，直接脱除废气流中的SO2，从而确保SO2排放达标。
3）将新型干法旋窑生产线系统的增湿塔物料以正常的生产工序循环利用，将生料立磨粉磨生料粉以正常的生产工序用于生产熟料，直接利用半干法废气脱硫的“废渣”作为水泥生产的原料。
本发明的有益效果：
1）直接利用干法旋窑生产线系统装备中的增湿塔和/或生料立磨作为半干法脱硫装置，技改投资少，且利用脱硫促进剂水溶液的高效促进作用，将进入增湿塔内废气流中的含碳酸钙和部分氧化钙的粉尘，及生料立磨内的以碳酸钙为主的生料原料，在辗碎粉磨过程中产生的新鲜活性表面与微细粉作为主要脱硫剂，直接脱除废气流中的SO2，运行费用低，水泥企业易于接受，便于推广应用。
2）利于解决量大面广、且废气排放总量大的水泥生产企业的硫排放污染问题，且“脱硫废渣”直接作为水泥生产的正常原料以正常的生产工序循环利用，无二次污染，利于环境保护。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
以某Φ3x42m干法旋窑生产线系统装备进行脱硫方法试验。
该生产线因燃煤含硫及使用硫铁矿作为铁质校正原料，导致硫排放超标，在线检测SO2含量波动在450～1100mg/Nm3。无余热发电。该生产线系统的窑尾废气走向为：出窑系统C1预热器废气经高温风机抽拉，从高温风机出口后分为两路，一路直接入增湿塔，一路入生料立磨后再入增湿塔，生料立磨停时则入生料立磨烟气管道阀门关闭，生料立磨开时则将直接入增湿塔的烟气管道阀门关小而生料立磨烟气管道阀门全开，入增湿塔内的两路废气经增湿塔内喷水增湿，大量粉尘沉降于塔内经增湿塔底锁风螺旋拉出直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料，入增湿塔内废气经增湿塔出口进入收尘器除尘，与收尘器相连的尾排风机将除尘废气送入烟囱排空。
本次试验直接以生产线系统的装备—增湿塔作为半干法脱硫装置，利用增湿塔现有的雾化喷水增湿装置雾化喷入脱硫促进剂水溶液。
试验时以质量浓度为0.7%的脱硫促进剂水溶液（其中的脱硫促进剂为质量比氢氧化钠20份：烷基磺酸钠1份）替代正常生产时増湿塔内所喷加的清水，以在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3为标准调整喷入增湿塔内的脱硫促进剂水溶液的用量.
增湿塔底锁风螺旋拉出的粉尘按正常的生产工序直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料。
试验显示：无论是停或开生料立磨，在线检测废气SO2排放数值均可稳定地控制在100～180mg/Nm3，而对干法旋窑生产系统工况的稳定性没有可见的任何影响。
本次试验说明：对于无余热发电锅炉的干法旋窑生产线，直接利用生产线系统的装备—增湿塔作为半干法脱硫装置是完全可行的。
实施例2
以某Φ3.5x54m干法旋窑生产线系统装备进行脱硫方法试验。
该生产线因燃煤含硫及使用含硫化物的石煤作为生料配料原料，导致硫排放超标，在线检测SO2波动在500～1200mg/Nm3。有余热发电机组5MW。该生产线系统的窑尾废气走向为：出窑系统C1预热器废气经高温风机抽拉，高温风机出口后废气分为两路，一路进窑尾余热锅炉后入增湿塔，一路直接入增湿塔，入增湿塔内的两路废气经增湿塔内喷水增湿，大量粉尘沉降于塔内经增湿塔底锁风螺旋拉出直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料。增湿塔出口废气又分两路，一路直接进收尘器，一路入生料立磨后再经立磨风机抽送入收尘器，生料立磨停时则入生料立磨的烟气管道阀门关闭，生料立磨开时则将直接入收尘器的烟气管道阀门关闭而生料立磨热废气管道阀门全开，两路废气经收尘器除尘后经尾排风机拉出送入烟囱排空。
本次试验直接以生产线系统的两个不同的装备—增湿塔及生料立磨分别作为两个半干法脱硫装置，其中增湿塔半干法脱硫装置利用增湿塔现有的雾化喷水增湿装置雾化喷入脱硫促进剂水溶液，生料立磨半干法脱硫装置利用现有的立磨喷水装置改造（更换立磨内喷嘴为雾化喷嘴、加脱硫促进剂水溶液罐与计给料泵、接压缩空气管道）
试验时以质量浓度为1%的脱硫促进剂水溶液（其中的脱硫促进剂为质量比氢氧化钠30份：烷基苯磺酸钠1份）分别替代正常生产时增湿塔内及生料立磨内所喷加的清水，以在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3为标准，调整喷入增湿塔内的脱硫促进剂水溶液的用量和雾化喷入生料立磨内的脱硫促进剂水溶液的用量及相对比例，增湿塔底锁风螺旋拉出的粉尘按正常的生产工序直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料，立磨生料粉作为正常的生料粉以正常的工艺控制送入窑系统煅烧为熟料。
试验显示：无论是停或开生料立磨，在线检测废气SO2排放数值均可稳定地控制在80～180mg/Nm3，而对干法旋窑生产系统工况的稳定性没有可见的任何影响，对熟料强度无明显影响，但熟料中的SO3平均提高了0.2%，对余热发电的发电量无可见影响。
本次试验说明：对于有余热发电锅炉的干法旋窑生产线，直接利用生产线系统的装备—增湿塔和生料立磨作为半干法脱硫装置是完全可行的。
实施例3
以某Φ4.8x74m干法旋窑生产线系统装备进行脱硫方法试验。
该生产线因燃煤含硫及使用含硫化物的煤矸石作为生料配料原料，导致硫排放超标，在线检测SO2波动在400～1300mg/Nm3。有余热发电机组9MW。该生产线系统的窑尾废气走向为：出窑系统C1预热器废气经增湿塔后的高温风机抽拉，一路进窑尾余热锅炉后入增湿塔，一路直接入增湿塔，增湿塔内的两路废气经增湿塔内喷水增湿，大量粉尘沉降于塔内经增湿塔底锁风螺旋拉出直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料。增湿塔内废气经增湿后被高温风机拉出，高温风机出口后废气又分为两路，一路直接进收尘器，一路入生料立磨后再经立磨风机抽送入收尘器，生料立磨停时则入生料立磨的烟气管道阀门关闭，生料立磨开时则将直接入收尘器的烟气管道阀门关闭而生料立磨热废气管道阀门全开，两路废气经收尘器除尘后经尾排风机拉出送入烟囱排空。
本次试验直接以生产线系统的两个不同的装备—增湿塔及生料立磨分别作为两个半干法脱硫装置，其中增湿塔半干法脱硫装置利用增湿塔现有的雾化喷水增湿装置雾化喷入脱硫促进剂水溶液，生料立磨半干法脱硫装置利用现有的立磨喷水装置改造（更换立磨内喷嘴为雾化喷嘴、加脱硫促进剂水溶液罐与计给料泵、接压缩空气管道）
试验时以质量浓度为0.9%的脱硫促进剂水溶液（其中的脱硫促进剂为质量比碳酸钠40份：烷基磺酸钠1份）分别替代正常生产时増湿塔内及生料立磿内所喷加的清水，以在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3为标准，调整喷入增湿塔内的脱硫促进剂水溶液的用量和雾化喷入生料立磨内的脱硫促进剂水溶液的用量及相对比例，增湿塔底锁风螺旋拉出的粉尘按正常的生产工艺直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料，立磨生料粉作为正常的生料粉以正常的生产工艺控制送入窑系统煅烧为熟料。
试验显示：无论是停或开生料立磨，在线检测废气SO2排放数值均可稳定地控制在100～190mg/Nm3，而对干法旋窑生产系统工况的稳定性没有可见的任何影响，对熟料强度无明显影响，但熟料中的SO3平均提高了0.15%，对余热发电的发电量无可见影响。
本次试验说明：对于有余热发电锅炉的大型干法旋窑生产线，直接利用生产线系统的装备—增湿塔和生料立磨作为半干法脱硫装置是完全可行的。
实施例4
以某Φ4x62m干法旋窑生产线系统装备进行脱硫方法试验。
该生产线因使用含硫化物的矿山石灰石作为生料配料原料，导致硫排放严重超标，在线检测SO2波动在1000～2600mg/Nm3。有余热发电机组5MW。该生产线系统的窑尾废气走向为：出窑系统C1预热器废气经增湿塔后的高温风机抽拉，一路进窑尾余热锅炉后入增湿塔，一路直接入增湿塔，增湿塔内的两路废气经增湿塔内喷水增湿，大量粉尘沉降于塔内经增湿塔底锁风螺旋拉出直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料。增湿塔内废气经增湿后入高温风机，高温风机出口后废气又分为两路，一路直接进收尘器，一路入生料立磨后再经立磨风机抽送入收尘器，生料立磨停时则入生料立磨的烟气管道阀门关闭，生料立磨开时则将直接入收尘器的烟气管道阀门关闭而生料立磨热废气管道阀门全开，两路废气经收尘器除尘后经尾排风机拉出送入烟囱排空。
本次试验直接以生产线系统的两个不同的装备—增湿塔及生料立磨分别作为两个半干法脱硫装置，其中增湿塔半干法脱硫装置利用增湿塔现有的雾化喷水增湿装置雾化喷入脱硫促进剂水溶液，生料立磨半干法脱硫装置利用现有的立磨喷水装置改造（更换立磨内喷嘴为雾化喷嘴、加脱硫促进剂水溶液罐与计给料泵、接压缩空气管道）
试验时以质量浓度为2%的脱硫促进剂水溶液（其中的脱硫促进剂为质量比氢氧化钠38份：皂化松香1份）分别替代正常生产时増湿塔内及生料立磨内所喷加的清水，以在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3为标准，调整雾化喷入增湿塔内的脱硫促进剂水溶液的用量和雾化喷入生料立磨内的脱硫促进剂水溶液的用量及相对比例，增湿塔底锁风螺旋拉出的粉尘按正常的生产工艺直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料，立磨生料粉作为正常的生料粉以正常的生产工艺控制送入窑系统煅烧为熟料。
试验显示：无论是停或开生料立磨，在线检测废气SO2排放数值均可稳定地控制在120～190mg/Nm3，而对干法旋窑生产系统工况的稳定性没有可见的任何影响，对熟料强度无明显影响，但熟料中的SO3平均提高了0.17%，对余热发电的发电量无可见影响。
本次试验说明：对于有余热发电锅炉的2500t/d干法旋窑生产线，直接利用生产线系统的装备—增湿塔和生料立磨作为半干法脱硫装置是完全可行的。
实施例5
以某Φ4.3x66m干法旋窑生产线系统装备进行脱硫方法试验。
该生产线因使用硫铁矿尾渣及含硫化物的石灰石作为生料配料原料，导致硫排放严重超标，在线检测SO2波动在1200～3000mg/Nm3。有余热发电机组6MW。该生产线系统的窑尾废气走向为：出窑系统C1预热器废气经增湿塔后的高温风机抽拉，一路进窑尾余热锅炉后入增湿塔，一路直接入增湿塔，增湿塔内的两路废气经增湿塔内喷水增湿，大量粉尘沉降于塔内经增湿塔底锁风螺旋拉出直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料。增湿塔内废气经增湿后入高温风机，高温风机出口后废气又分为两路，一路直接进收尘器，一路入生料立磨后再经立磨风机抽送入收尘器，生料立磨停时则入生料立磨的烟气管道阀门关闭，生料立磨开时则将直接入收尘器的烟气管道阀门关闭而生料立磨热废气管道阀门全开，两路废气经收尘器除尘后经尾排风机拉出送入烟囱排空。
本次试验直接以生产线系统的两个不同的装备—增湿塔及生料立磨分别作为两个半干法脱硫装置，其中增湿塔半干法脱硫装置利用增湿塔现有的雾化喷水增湿装置雾化喷入脱硫促进剂水溶液，生料立磨半干法脱硫装置利用现有的立磨喷水装置改造（更换立磨内喷嘴为雾化喷嘴、加脱硫促进剂水溶液罐与计给料泵、接压缩空气管道）
试验时以质量浓度为1.5%的脱硫促进剂水溶液（其中的脱硫促进剂为质量比氢氧化钠40份：烷基磺酸钠1份）分别替代正常生产时増湿塔内及生料立磨内所喷加的清水，以在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3为标准，调整喷入增湿塔内的脱硫促进剂水溶液的用量和雾化喷入生料立磨内的脱硫促进剂水溶液的用量及相对比例，增湿塔底锁风螺旋拉出的粉尘按正常的生产工艺直接配入生料提升机生料粉中入窑煅烧为熟料，立磨生料粉作为正常的生料粉以正常的生产工艺控制送入窑系统煅烧为熟料。
试验显示：无论是停或开生料立磨，在线检测废气SO2排放数值均可稳定地控制在90～170mg/Nm3，而对干法旋窑生产系统工况的稳定性没有可见的任何影响，对熟料强度无明显影响，但熟料中的SO3平均提高了0.22%，对余热发电的发电量无可见影响。
本次试验说明：对于有余热发电锅炉的干法旋窑生产线，直接利用生产线系统的装备—增湿塔和生料立磨作为半干法脱硫装置是完全可行的。

Claims (9)

1.一种利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，直接用干法旋窑生产线系统装备中现有的增湿塔和/或生料立磨作为半干法脱硫装置，将脱硫促进剂水溶液喷入运行中的增湿塔和/或生料立磨内，以进入增湿塔内废气流中的粉尘和/或生料立磨内的生料原料为主要脱硫剂直接脱除废气流中的SO2；
所述脱硫促进剂包括水溶性强碱和表面活性剂，水溶性强碱和表面活性剂的质量比为水溶性强碱10～50:表面活性剂 1；
所述水溶性强碱为氢氧化钠和/或碳酸钠。
2.根据权利要求1所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所得脱硫产物作为生产用原料直接循环利用。
3.根据权利要求1或2所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述脱硫促进剂中，水溶性强碱和表面活性剂的质量比为水溶性强碱20～40: 表面活性剂1。
4.根据权利要求1或2所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述脱硫促进剂水溶液的质量浓度为0.05～10%。
5.根据权利要求4所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述脱硫促进剂水溶液的质量浓度为0.5～5%。
6.根据权利要求1或2所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，脱硫促进剂的用量及脱硫促进剂水溶液的浓度大小以控制在线检测废气SO2排放小于200mg/Nm3及不影响干法旋窑生产系统工况稳定为准进行动态调整。
7.根据权利要求1或2所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述将脱硫促进剂水溶液喷入运行中的增湿塔和/或生料立磨内，指增设增湿塔、生料立磨的喷入装置或利用增湿塔、生料立磨已有的喷水装置改造，将脱硫促进剂水溶液从运行中的增湿塔内上部空间雾化喷入，和/或喷入运行中的生料立磨内。
8.根据权利要求1或2所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子型表面活性剂和/或阳离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂和/或两性离子型表面活性剂中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的利用干法旋窑生产线系统装备的脱硫方法，其特征在于，所述表面活性剂为烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠和/或皂化松香。
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