水泥熟料煅燒窯：二氧化硫高的原因及處理措施
添加時間：2025/10/20 16:58:18 瀏覽次數：22
水泥窯系統二氧化硫（SO?）排放濃度過高，通常是由多種因素共同作用導致的。下面系統地分析原因，并提供相應的預防與控制措施。
一、二氧化硫（SO?）的主要來源有兩個：
1、原料硫：這是最主要的來源。石灰石、黏土、砂巖等原料中含有的硫化物（如FeS?，黃鐵礦）和硫酸鹽（如CaSO?·2H?O，石膏）。
2、燃料硫：煤等燃料中含有的硫分，在燃燒時會被氧化成SO?。
二、SO?濃度高的主要原因分析
1、原料方面
原材料中黃鐵礦（FeS?）含量高是導致SO?瞬時峰值飆升的最常見原因。黃鐵礦在500-600℃的預熱器系統（通常是C3或C4級旋風筒）中會迅速分解氧化，生成大量的SO?。反應式為：4FeS? + 11O? → 2Fe?O? + 8SO?
硫酸鹽（如石膏）含量高：硫酸鹽在高溫下（>1050℃）會分解生成SO?，但這部分貢獻通常小于黃鐵礦。如硫酸鈣CaSO4在1350～1400℃時能完全分解。但如果有碳素（煤粉）存在時，分解溫度便大大降低：
CaSO4 + 2C = CaS + CO2
CaS + 3CaSO4 = 4CaO + 4SO2
2CaSO4 + C = 2CaO + 2 SO2 + CO2
如果進廠原料質量控制不嚴，原料成分波動大，導致某一批次的含硫原料進入生產系統，會引發SO?排放的劇烈波動和超標。一般入窯生料的全硫含量控制在0.8%以下，基本能控制SO?的排放。
2.工藝與操作方面
1）、預熱器溫度控制不當可能導致SO?超標，如C3、C4級旋風筒溫度過高，會加速黃鐵礦的分解，導致大量SO?在預熱器內生成。FeS2的分解反應是一個吸熱反應，意味著它需要吸收熱量才能進行。溫度是影響這一反應的重要因素。根據資料顯示，FeS2在高于400℃時開始分解，而在900℃時，分解反應最為顯著。這表明在900℃的高溫下，FeS2幾乎完全分解。
2）、窯爐系統氣氛不當，局部缺氧：在窯尾煙室和分解爐底部如果出現還原性氣氛（缺氧），原料中的硫酸鈣（CaSO?）會被還原成CaO和SO?，這部分SO?進入上部溫度較低的預熱器后，無法被有效吸收，直接排出系統。硫酸鈣在還原氣氛中的分解方程式為：
CaSO4(高溫)=CaO+SO2↑+1/2O2↑。
3）、過剩空氣系數不足，如果總風量不足也會導致系統內出現還原性區域。
4）、內循環效應減弱：正常情況下，在預熱器下部（C5級）和分解爐中生成的SO?會與新鮮分解出來的高活性CaO反應，生成CaSO?，這部分CaSO?隨物料再次進入窯內，形成“內循環”，從而固定住硫。但如果分解爐溫度過低：CaCO?分解不充分，生成的CaO少，吸收SO?的能力不足。
6）、生料易燒性差，需要更高的煅燒溫度，可能導致硫酸鹽在窯內高溫區分解。
7)、窯尾溫度過低：不利于硫堿的穩定循環，使得SO?逃逸。
8）、生料喂料和喂煤不穩定：大幅度的波動會破壞系統熱工制度和氣氛的穩定，導致SO?控制失效。
3. 燃料方面
如果使用的煤種硫分超標，燃燒后直接增加了系統的SO?總負荷。同時，煤的不完全燃燒會產生CO，造成還原性氣氛，如同前面所述，會促使硫酸鹽分解。
三、預防與控制措施
針對以上原因，可以采取“源頭控制、過程優化、末端治理”的綜合策略。
1、源頭控制
做好石灰石預均化工作，對石灰石等主要原料進行預均化堆放，穩定入磨原料的化學成分，避免硫含量的劇烈波動。將高硫原料與低硫原料按比例搭配使用，控制入窯生料的總硫含量（通常建議控制在SO?< 0.8%以下，具體視系統承受能力而定）。在條件允許的情況下，優先選擇低硫品位的礦山或原料供應商。同時，控制燃料品質，采購和使用低硫煤，嚴格控制入廠煤的硫分指標。
2、過程優化與操作調整
1）、優化配料方案：
適當提高生料的堿度（SM）或鋁率（IM），可以增加液相量，有助于在窯內形成更穩定的硫堿化合物（如2CaSO?·K?SO?），將其固定在熟料中帶出系統。
2）、精確控制工藝參數：穩定預熱器溫度：防止C3、C4級溫度過高，避免黃鐵礦過早大量分解。確保氧化氣氛：適當加大窯尾高溫風機拉風，保證分解爐和窯尾煙室處于充足的氧化氣氛中，防止硫酸鹽的還原。監控O?和CO含量。
3）、提高分解爐溫度和效率：確保生料在分解爐內分解率達到90%-95%以上，產生足量的高活性CaO來吸收SO?。
4）、穩定操作：保持喂料、喂煤、風量等參數的穩定，維持整個系統熱工制度的穩定。
四、末端治理
目前，水泥行業降硫措施主要有以下幾種：
1、氨-硫酸銨法脫硫工藝
該工藝系統中，煙氣中的二氧化硫與硫酸銨飽和漿液充分混合后被吸收，通過控制反應區內的漿液pH值范圍，脫硫塔內發生以下反應。
（1）二氧化硫與水的吸收反應
SO2+H2O=H2SO3
H2SO3+（NH4）2SO4=NH4HSO4+NH4HSO3
(2）氨在漿液里的中和反應
H2SO3+NH3=NH4HSO3
NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3
NH4HSO4+NH3=（NH4）2SO4
（3）亞硫酸銨強制氧化為硫酸銨的化學反應
（NH4）2SO3+1/2O2=（NH4）2SO4
煙氣中的水不斷蒸發，硫酸銨固體從溶液中結晶析出。
2、氧化鎂（鋅）法脫硫工藝
該工藝系統包括漿液制備、吸附與氧化裝置、懸浮體分離機等設備，使用氫氧化鎂Mg（OH）2或氧化鎂MgO作為脫硫劑，其工作流程為：在脫硫塔內，將煙氣中的二氧化硫和氫氧化鎂漿液完全混合吸收后，對塔底的漿液進行強制氧化處理，再通過分離設備進行分離，工藝副產物硫酸鎂按工業廢棄物處理。
該工藝脫硫效率較高，但會產生大量廢棄物，且系統耗水量巨大。
3、石灰石脫硫工藝
該工藝是二十世紀末興起的一種半干法脫硫技術，其工藝流程為：在反應器內噴水使石灰石表面包裹一層水膜，進入石灰石循環流化反應器內的含二氧化硫氣體與脫硫劑接觸，二氧化硫在水的存在下與碳酸鈣發生化學反應，在石灰石表面生成亞硫酸鈣。反應過程如下：
SO2+CaCO3+1/2H2O=CaSO3·1/2H2O+CO2
在溫度適宜時，亞硫酸鈣可進一步生成硫酸鈣，反應過程如下：
CaSO3·1/2H2O+1/2O2+3/2H2O=CaSO4·2H2O
吸附在石灰石表面的硫酸鈣及亞硫酸鈣經篩選，與未參與反應的石灰石顆粒分離，篩選出的石灰石顆粒與新加入脫硫系統的石灰石混合均勻，再次進入系統循環使用。
4、噴射熟石灰粉Ca(OH)?：原理與噴生料類似，但Ca(OH)?的活性更高，脫硫效率也更好，成本介于噴生料和噴小蘇打之間。
5、石灰石-石膏濕法脫硫工藝
石灰石-石膏濕法脫硫工藝為基礎，融合了常規的水泥窯爐工藝，主要由煙氣非標系統、脫硫劑制備系統、脫硫塔系統、石膏脫水系統、工藝水制備系統等子系統構成。煙氣經窯尾袋除塵器后，由尾排風機進入脫硫塔內并作上升運動，漿液經循環泵上升至噴淋層并向下噴淋，同時，由氧化風機在塔底鼓入過量的空氣，使漿液中的亞硫酸鈣完全氧化為硫酸鈣。主要包括如下反應：
H2O+SO2=H2SO3
CaCO3+H2SO3=CaSO3+CO2+H2O
H2O+1/2CaSO3=CaSO4
CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O
經脫硫劑洗滌脫硫后的濕煙氣，向上方繼續運動，由除霧器去除過量霧滴后，經脫硫塔出口引至煙囪排放。
脫硫后產生的濃漿由石膏排出泵送往石膏脫水系統處理，經旋流器進行一級脫水，含較少細顆粒石膏的一級脫水漿液溢流后返回塔內，含有較多石膏顆粒的漿液則因重力作用落入真空膠帶機進行二級脫水。石膏庫可暫存脫水處理后的石膏。
石灰石-石膏濕法脫硫工藝運行穩定，應用廣泛，適用于任何濃度的含硫煙氣脫硫，脫硫效率可達 99.9%，尤其是在煙氣量較大的工況應用時，優勢更加明顯。
總之，控制水泥窯SO?的核心在于“管好原料，穩住工況，強化內循環，必要時輔以末端治理”。通過系統性的分析和綜合施策，完全可以有效解決SO?排放高的問題。
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