摘 要

水泥工业在国家经济基础建设中扮演着不可或缺的角色，我国的水泥产量已连续多年位居世界第一^[1]。但是随着水泥产量的逐年增长，也积累了大量的废气排放，对环境带来了各种难以恢复的污染和破坏，其中以氮氧化物和硫化物最为严重，因此控制水泥生产中污染物的排放对大气环境的改善显得尤为重要。

　　本文主要针对水泥工业生产中硫排放的问题，对水泥工业中SO₂的来源进行了详细的分析，系统介绍了现有的水泥工业中固硫技术的发展现状及其各自的优缺点，并在现有的固硫技术基础之上提出了活性水泥生料脱硫技术的基本理论，绘制了该理论的基本工艺流程图，对该理论的必要设备进行设计与选型，并对比分析了其与现有的消石灰固硫技术的经济适用性，研究分析其可行性。

通过理论的计算分析表明：活性水泥生料脱硫技术相比于其他消石灰脱硫技术而言具有成本低，固硫效率高，无二次污染，设备简单，运行平稳等优点，具有一定的实施可行性。

本文的特色：本文是在对比分析了现有的固硫技术的基础之上，提出的活性水泥生料脱硫技术基本理论，并通过对比论证的方法论证了其与现有的消石灰脱硫技术的可行性；其次通过模拟生产线的方法对活性水泥生料脱硫技术的经济适用性做了分析论证。

关键词：水泥工业；二氧化硫；活性水泥生料；脱硫技术

Abstract

Cement industry has played an integral role in the national economic construction these years. China's cement output has ranked first in the world for many years. But with the increasing of the cement production, there has accumulated a large amount of emissions, environmental pollution and destruction that is difficult to recover while the nitrogen oxides and sulfides are the most serious. Controlling cement production improvements in pollutant emissions on the atmospheric environment is particularly important.

This paper is mains for the problem of the sulfur emissions of cement industrial production. It analysis the source of the SO₂ detailed in the cement industrial and it introduces the existing of cement industrial in the desulfurization technology of development status and their advantages and disadvantages. Based on the existing of desulfurization technology, we propose the basic theory of the desulfurization technology with the activity cement raw and draw the basic process figure of this basic theory. We also design and selection the necessary equipment of this basic theory, and compare its economic applicability and feasibility.

Research results that the desulfurization of activity cement raw compared to other lime desulfurization technology with low cost, high sulfur-fixing efficiency, no secondary pollution, simple, smooth running, and other advantages and it has certain implementation feasibility.

Features of this paper: this paper is based on the comparative analysis of desulfurization technology, proposing desulfurization of activity cement raw basic theory. And it is demonstrated its feasibility by comparing it with an existing lime desulfurization technology. And then following by simulated production line, we analysis the economic suitability and justification of the method of desulfurization technology of activity cement raw.

Key Words：Cement industry; Sulfur dioxide; The activity of cement raw material;　Desulfurization technology

目　　录

摘 要 II

Abstract II

目　　录 II

第1章 绪论 2

1.1 研究背景 2

1.2 国内外脱硫工艺应用现状及存在的问题 2

1.2.1 国内外脱硫工艺应用现状 2

1.2.2 国内外脱硫工艺存在的问题 2

1.3 活性水泥生料脱硫技术理论的提出 2

1.4 课题研究的目的及意义 2

1.5 课题研究的内容及技术路线 2

1.5.1课题研究的内容 2

1.5.2课题研究的技术路线 2

第二章 活性水泥生料脱硫技术工艺流程的设计 2

2.1 活性水泥生料的特性分析 2

2.2 活性水泥生料的脱硫机理 2

2.2.1 活性水泥生料的主要成分分析 2

2.2.2活性水泥生料脱硫的主要反应过程分析 2

2.2.3活性水泥生料脱硫机理与其它脱硫机理的关联与区别 2

2.3活性水泥生料脱硫技术的工艺流程 2

第三章 活性水泥生料脱硫技术的工程应用及相关设备的设计研究 2

3.1 活性水泥生料脱硫技术的系统工艺设计及装备简介 2

3.1.1分料系统 2

3.1.2 冷却系统 2

3.1.3 输送系统 2

3.2 关键设备的要求与选型 2

3.2.1 分料装置的要求与选型 2

3.2.2 水冷设备的要求与选型 2

3.2.3 带式传送机的要求与选型 2

3.3 基本工艺流程图的绘制 2

3.4 本章小结 18

第四章 活性水泥生料脱硫系统可行性的模拟计算 19

4.1 示范生产线的规模和脱硫系统及配套设备的介绍 19

4.2 相关运行成本的模拟计算分析 2

4.3 对比石灰脱硫技术方案的经济可行性分析 2

4.4 本章小结 2

第五章 结论及建议 2

5.1 结论 2

5.2 思考及建议 2

参考文献 2

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景

21世纪全球水泥工业的发展目标是积极转型，向绿色工业进军，当前最主要的两大任务是：继续提高生产效率，尽可能充分地综合利用自然资源和能源；最大限度地维护自然界的生态平衡，减少有害物质对环境的污染，最终实现可持续发展的战略格局^[2]。国家颁布的GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中明确规定，现有的新型干法水泥窑及窑磨一体机二氧化硫排放浓度不得超过200mg/m^3[3]，为严厉打击水泥厂二氧化硫超排现象，国家发改委在《关于调整排污费征收标准等有关问题的通知》（发改价格[2014]2008号）中明确规定2015年6月底前，各省（区、市）将废气中的二氧化硫征排污费收费标准调整至每污染当量^[4]不低于1.2元。而我国的水泥企业众多，很多企业每年由于SO₂超标的排污费就高达几百万元，因此，SO₂的减排任务非常艰巨。

水泥窑系统中的硫主要来源于原料跟燃料^[5]。原料中的硫的存在形式主要是有机硫化物、无机硫化物或者硫酸盐，原料中的单质硫含量基本可以忽略不计。由于硫酸盐的分解温度较高，而预热器内的温度达不到硫酸盐的分解温度，所以硫酸盐在预热器系统中不会发生分解。进入回转窑的硫酸盐的一部分会在窑内高温带发生分解，分解生成的SO₂气体随窑炉尾气向窑尾运动，在最上端的两级悬浮预热器中，由于温度较低，会冷凝并附着在生料上，并随生料一起进入窑内，形成一个在预热器系统和回转窑系统之间的循环，而另一部分未分解的硫酸盐则会作为水泥熟料的参合物而离开水泥窑系统；原料中以其他形式存在的硫，由于化合物的热分解温度较低，会在悬浮预热器中300-600℃ 的气氛下被氧化生成SO₂气体，这个反应主要在悬浮预热器的第二或者第三级旋风筒中进行。经分解产生的SO₂气体一部分会和回转窑中的CaO反应生成硫酸盐，另一部分则经过增湿塔、生料磨、除尘器等设备之后进入烟气排放系统进行排放。在预分解窑内，燃料是由窑头和分解炉喂入的。分解炉燃料中的硫化物经分解生成的 SO₂气体会和炉内大量的CaO反应生成CaSO₄，产物会直接伴随生料一同进入分解窑内进行煅烧。窑头燃料中的硫化物分解产生的SO₂气体的流动路径则可参照硫酸盐在回转窑高温带分解产生的SO₂气体的流动路径。由此可见由燃料带入的SO₂气体绝大部分能与高温的碱性生料CaO以及窑内的O₂反应生成硫酸盐，剩下的很小一部分SO₂气体将与悬浮预热器中生料氧化释放的SO₂汇合，进入烟囱后排放。

国内外检测数据表明^[6]，尽管水泥工业和电力工业都需要燃烧大量的化石燃料，但是水泥厂的SO₂排放量却远远低于电厂的SO₂排放量，并且有很多大型水泥厂的SO₂排放量 要在30mg/Nm₃/10%O₂（标况下10%的O₂含量气氛下的SO₂排放量为30mg/Nm₃，下同）以下，可以很轻松的达到国家排放标准要求。主要的原因在于水泥工业本身所具有自脱硫作用^[7]。特别是分解炉以及回转窑内经过高温分解产生的CaO等碱性物料对系统中的二氧化硫具有很高的捕捉率。在正常的水泥窑运行条件下，如果采用低价硫含量不高的原材料，窑尾的二氧化硫排放量可以轻松地控制在国家的排放标准之内。但是也有一部分水泥厂，由于原材料的开采地的种种原因，原料中低价硫含量比较高，窑尾的二氧化硫排放量甚至高于1000 mg/Nm₃/10%O₂。受地理条件的限制，尤其是以石灰石为主要原材料成分的地区，水泥工业的二氧化硫的排放量一般都比较高。