工業生產中SO2過量地排入大氣，使環境空氣中SO2濃度超標城市不斷增多，嚴重危害人體呼吸系統。由SO2排放引起的酸雨范圍不斷擴大，已由上世紀80年代初的西南局部地區擴展到西南、華中、華南和華東的大部分地區，目前年平均降水PH值低于5.6的地區已占全國面積的40%左右。SO2污染和形成的酸雨危害居民健康，腐蝕建筑材料、破壞生態系統、造成很大經濟損失，已成為制約社會經濟發展的重要因素之一。本文介紹新型干法水泥生產SO2排放和水泥磨制備生料的脫硫作用，供水泥生產企業參考，根據企業原料和產品，采用相應生產工藝，確保SO2排放達標。
一、水泥生產SO2排放量分析
水泥生產中熟料燒成的物料分解和燃料燃燒都會產生SO2，SO2產生的量主要與原料、燃料帶入硫化合物的多少，與其它化合物比例，燒成氣氛和窯型有關。
1、水泥生產需要一定的含硫氧化物
水泥生產原料中往往含有一定的氧化鉀、氧化鈉。這些氧化物在高溫下揮發后到低溫區又重新凝聚，在窯系統內處于閉路循環狀態，在新型干法生產中，這種循環引起預熱器內結皮、堵塞、料斗不暢；嚴重時引起窯內結皮和大塊，嚴重影響燒成系統正常運行。當原料中含有一定硫的情況下，在燒成系統硫和堿化合形成硫酸堿，其中部分固熔于熟料中，隨熟料排出窯外，從而減少R2O在預熱系統因富集形成的結皮，但當硫含量超過一定數量，將與生料中的CaO形成2CaSO4·K2SO4，2C2S·CaSO4結皮，而且十分堅固，對燒成系統也不利。因此在新型干法水泥生產中一般控制堿含量在1%以下，原料中應有一定的硫化物，控制硫、堿比為0.6～0.8。
若生料中堿含量為1%、硫堿比為0.8，那么生產每kg熟料生料中SO3含量為：（生料耗為1.50，生料中堿以Na2O計）1.50×0.8×80/62×1000×1%=15.48g（其中0.8＝SO3摩爾數/Na2O摩爾數，62為Na2O分子量，80為SO3分子量）生料中SO3含量為1.0%。
即：為保證生產合格水泥熟料，控制生料中堿含量小于1%，在有合適的硫堿比情況下，這時生料中SO3含量不大于1.0%。
2、燃料對水泥生產中SO3的影響
目前水泥工業生產中，燃料基本采用煤炭。按新型干法生產工藝計算，生產每kg熟料所需熱量為3200kJ左右，所使用的燃煤低位熱值在22000kJ以上，若燃煤中全硫含量為2%，生產1kg熟料。燃料所帶入的S計算如下：
3200/22000×2%×1000=2.9g折算為SO3為：2.9×80/32=7.25g我國水泥工業90%的企業所用燃料煤含硫量在1.5%以下，通過以上計算，其帶入的硫折算為SO3小于水泥生料中堿含量為1%時，硫、堿比為0.8的SO3含量。從數量上說明生料對SO2排放起主要作用。
燃料中的硫在燃燒時形成的SO2要經過回轉窯、分解爐、預熱器才能排出，這個路徑中除和Na2O、K2O結合外，還與大量的新生成CaO結合，形成硫酸鹽礦物，SO2來不及進入預熱器而被吸收了。可見目前水泥工業SO2排放的多少，在現行水泥生產用煤達到用煤標準情況下，與燃煤中S含量的多少關聯不大。
3、原料中硫化物含量是水泥生產中SO2排放多少的關鍵
原料帶入的硫化合物有易發揮的硫化物、中等揮發性的亞硫酸鹽和難揮發的硫酸鹽。硫化物主要以FeS2形式存在于黃鐵礦或亞穩定的白鐵礦礦物中，在懸浮預熱器的條件下，于370℃～420℃氧化成SO2并釋放出來。亞硫酸鹽在500℃～600℃之間不均衡地轉化為硫化物和硫酸鹽。硫酸鹽在高溫下是穩定的，并存留在物料中。硫化物和亞硫酸鹽在水泥生產的預熱階段都會分解，此時沒有活性CaO與之反應，會逃逸出懸浮預熱器，排入大氣即造成污染。因此，原料帶入的硫化合物是造成SO2排放量增大的主要根源。
1臺窯的SO2排放量除與生料粉中的硫化合物含量有關，還有一些因素影響系統對SO2的吸收率。SO2在窯系統內首先與揮發的堿金屬氧化物（也包括極少量重金屬）形成硫酸堿。硫化物的吸收率與窯內氣氛有關，在一定的氧化氣氛下若硫/堿比合適，便有可能將SO2全部吸收。SO2與堿化合物或鈣化合物反應需要一定的O2濃度，在窯尾廢氣中要求O2的zui低濃度為2％～4％，SO2在800℃～850℃的溫度區可與CaO發生zui強的化合反應生成硫酸鈣。若SO2濃度高，堿含量相對較少，即硫/堿比高，則除生成硫酸堿外還會生成含有CaO、堿、Al2O3和/或SiO2的其它類硫酸鹽，可通過燒成帶隨熟料帶出窯外。硫/堿比過高將有剩余SO2。
對旋風預熱器窯檢測，在各臺窯zui下級旋風筒中沒有測出SO2，也就是說即使在窯內產生一些SO2，在碳酸鹽分解區也都被新生成的CaO所吸收了，由于煤燃燒產生的SO2發生在該氣體到達碳酸鹽分解區之前或在碳酸鹽分解之中，從而在碳酸鹽分解區被吸收，直接印證了前述水泥生產SO2排放的多少，在現行水泥生產用煤達到用煤標準情況下，與燃煤中S含量的多少關聯不大的論述。
因為原料帶入的硫化合物，在較低溫度下分解后，氧化和吸收反應速度變慢，物料溫度越低、吸收的SO2量越少，使出預熱器含塵氣體中的SO2濃度，隨預熱器級數的增多，即隨生料粉加料點氣體溫度的降低而升高。
一般地說原燃料帶入水泥窯中的硫化合物，在氧化氣氛煅燒工況下88%～100％都能以不同形式的硫酸鹽結合到熟料中，以SO2形式排放的不多，排放率zui高為12％。假定原燃料中硫化合物的12％以SO2形式排入大氣，生料中SO3含量為1%時，生產每kg熟料排入大氣的SO2量為：1.5×1000×1％×1000×12%×64/80=1440mg（1.5為料耗、64為SO2分子量、80為SO3分子量）。
目前，新型干法水泥生產線生產每kg熟料排入大氣的廢氣量約2.0Nm3，按此計算，廢氣中SO2濃度為720mg/Nm3。由于以上計算生料中堿含量、硫堿比排放率均取了高值，這時得出的廢氣中SO2濃度720mg/Nm3可以認為是新型干法水泥生產SO2排放的zui值。
通常，水泥生料的SO3為0.4%～0.8%，平均系統吸收率往往超過95%，若取為95%，SO2的排放量為（0.240～0.480）g/kg熟料，以生產每kg熟料排入大氣的廢氣量約2.0Nm3計算，排放廢氣中SO2濃度為（120～240）mg/Nm3，若后續無SO2吸收措施，水泥生產實測SO3排放濃度有可能超過一般限值200mg/Nm3，即超標。大部分水泥生產企業難于滿足特別排放限值減至100mg/Nm3的要求。
二、水泥生產SO2排放現狀和對策
2012年水泥工業大氣污染物排放標準修訂開展的抽樣調查中，共獲得153個有效的水泥窯SO2排放樣本，平均排放濃度59.6mg/m3，較2003年調查的159.2mg/m3有顯著降低，其根本原因是水泥窯型發生了顯著變化，之前SO2排放較多的濕法窯、機立窯已被新型干法回轉窯替代。
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目前一些水泥企業技改，甚至新建生產線，忽視了SO2排放，沒有裝備以水泥磨為主機的窯磨一體運行生料制備系統，甚至不具備窯尾廢氣入磨的條件，或窯磨同步率較低，出現SO2排放超標現象，應引起重視。所有水泥窯（約98%）都能符合（200mg/m3）的要求，78%的水泥窯可控制在100mg/m3以下，65%的水泥窯可控制在50mg/m3以下，這固然是因為水泥窯本身就是性能優良的固硫裝置，水泥窯中大部分的S都以硫酸鹽的形式保留在水泥熟料中，SO2排放不多，特別是預分解窯，因分解爐內有高活性CaO存在，它們與SO2氣固接觸好，可大量吸收SO2，排放濃度相應較低。另一個因素是采用了窯磨一體運行生產工藝，將窯尾廢氣送入正在運行中的生料磨（窯磨一體機），獲得額外的SO2吸收能力（可能高達80%）。表2為生料磨開啟、停運時的SO2排放濃度對比，采用窯磨一體運行，作為SO2的污染削減裝置十分有效。
為保證達標排放，建議：
（1）生料制備*水泥磨為主機，窯磨一體運行，充分吸收窯尾廢氣中SO2。
（2）合理調配窯磨產量，提高窯磨同步率，避免窯單獨運行超標排放。 水泥生產工藝流程
（3）在出預熱器窯尾廢氣管道上設立生料粉或石灰石粉噴灑裝置，在磨不運行時啟動，增強廢氣堿性，吸收SO2。
（4）調換揮發性S含量很高的原料或采取高效附加措施。
為防止大氣污染，我國加嚴了水泥制造污染物排放限值，其中，水泥窯及窯尾余熱利用系統排放SO2一般限值為200mg/Nm3，特別排放限值減至100mg/Nm3。經過上文詳細分析水泥生產SO2排放和水泥磨制備生料的脫硫作用，相信很多水泥生產廠家已經知道如何改進生產了。如還有疑問，紅星機器廠家。
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