技術(shù) | 窯尾煙氣濕法脫硫技術(shù)的工程應(yīng)用
01生產(chǎn)線簡介
某公司現(xiàn)有一條6000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，擁有一個質(zhì)量研究中心和一個混凝土研究中心，自備可開采60年的礦山，礦石可通過800m長的運輸廊道直接進入廠區(qū)儲庫。公司已具備年生產(chǎn)熟料160萬噸、生產(chǎn)水泥200萬噸的能力。
目前，該公司窯尾袋收塵器的處理風(fēng)量為105×10?m³/h，熟料產(chǎn)量平均為6500t/d。濕法脫硫工程技改之前采用氨法脫硫，窯尾收塵器出口粉塵濃度控制在20mg/m³(標)以下，氨法脫硫技術(shù)將SO?濃度控制在200mg/m³(標)以下。氨法脫硫技術(shù)平均每天消耗20％濃度氨水36t。氨水消耗量過大，不僅增加了熟料的生產(chǎn)成本，而且對窯尾煙囪設(shè)備造成嚴重的腐蝕。2017年，該公司決定進行窯尾石灰石一石膏濕法脫硫技改。
該公司生產(chǎn)線所用的燃煤品種含硫量為0.8％以內(nèi)，石灰石礦石原料中的含硫量很高(見表1)，使得窯尾煙氣中的SO?含量非常高。如果不噴氨水，生料磨停時SO?排放濃度均值為2000mg/m³(標)，最大2500mg/m³(標)，生料磨開時SO?排放濃度均值也達到了800mg/m³(標)，最大1200mg/m³(標)。
02石灰石-石膏濕法脫硫工藝介紹
眾所周知，燃煤爐窯煙氣采用石灰-石膏濕法脫硫工藝，是目前技術(shù)最成熟、脫硫效率最高、應(yīng)用最廣泛、運行最穩(wěn)定可靠的工業(yè)脫硫工藝。本技改工程采用的就是這種工藝。
在傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫工藝基礎(chǔ)上，結(jié)合水泥窯窯尾工藝和設(shè)備的特點，對生產(chǎn)線進行了優(yōu)化和改進。以該公司生產(chǎn)線為例，濕法脫硫工藝由幾個主要的子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：煙氣非標系統(tǒng)、脫硫劑制備系統(tǒng)、脫硫塔系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等。該公司生產(chǎn)線濕法脫硫工藝流程圖見圖1。
03石灰石-石膏濕法脫硫工程系統(tǒng)主要配置
3.1 脫硫塔系統(tǒng)
本工程中脫硫塔塔徑設(shè)計為8.8m，脫硫塔內(nèi)配置2507不銹鋼氧化風(fēng)管一組，2507不銹鋼側(cè)攪拌器一組，2507不銹鋼增效托盤一層，高鉻合金漿液循環(huán)泵3臺。高鉻合金及雙相不銹鋼提高了設(shè)備的耐腐蝕性能，增加了設(shè)備的穩(wěn)定性和耐用壽命。脫硫塔系統(tǒng)中還配置了漿液地坑一座，石膏排出泵一臺，F(xiàn)RP噴淋層三層，PP屋脊式除霧器兩層。屋脊式除霧器不僅可截留脫硫噴淋時霧滴中的顆粒物，原煙氣中的顆粒物通過除霧器時，也會被部分截留下來。為了滿足窯尾停磨和開磨兩種工況下，脫硫塔進口SO?含量變化時，氧化風(fēng)的使用量，系統(tǒng)配置了兩臺75kW羅茨風(fēng)機，很大程度上節(jié)省了脫硫系統(tǒng)的能耗。
3.2 石灰石漿液制備槽系統(tǒng)
本工程中的脫硫劑采用窯尾收塵器的回灰，充分體現(xiàn)了水泥窯脫硫用脫硫劑的成本優(yōu)勢。ф4.0m×4.0m漿液制備槽儲罐放置在窯尾收塵器的回灰拉鏈機側(cè)，通過下料管、鎖風(fēng)下料器直接將拉鏈機內(nèi)的石灰石粉送入漿液制備槽中。該配置為脫硫漿液系統(tǒng)提供了4～5h的緩沖時間，且省去了窯灰儲倉等設(shè)備，節(jié)省了一次投資成本，同時減少了系統(tǒng)維護檢修點。該系統(tǒng)中另配置了一臺漿液輸送泵和一臺罐頂攪拌器。
3.3 石膏脫水系統(tǒng)
本工程中的石膏脫水系統(tǒng)配置了8m²的真空皮帶脫水機一臺，與脫水機配套的設(shè)備有旋流器、濾液水箱、氣液分離器、真空水環(huán)泵、濾布沖洗水泵各一臺，同時設(shè)置了一間石膏堆庫，用于臨時堆放脫硫石膏。該脫水系統(tǒng)較之于旋轉(zhuǎn)板框等脫水系統(tǒng)，穩(wěn)定性高，故障率低，設(shè)備維護簡單。
3.4 其他配套設(shè)備
脫硫系統(tǒng)為了獲得穩(wěn)定的水源，配套ф4.0m×4.0m工藝水箱一座、除霧器沖洗水泵一臺。為了方便應(yīng)對水泥窯系統(tǒng)的大修，為脫硫系統(tǒng)配置了一座ф7.0m×12.0m的漿液儲槽，用于臨時儲存脫硫塔內(nèi)未脫水的漿液。
由于脫硫系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的環(huán)保系統(tǒng)，為了盡可能地實現(xiàn)高度自動控制，脫硫系統(tǒng)單獨設(shè)置了一套PLC控制系統(tǒng)，同時配套了多點壓力、溫度、密度和液位監(jiān)測，并在各子系統(tǒng)間的管道上設(shè)置了多臺電動閥，以實現(xiàn)漿液的順利輸送。
3.5 脫硫系統(tǒng)的布局
脫硫系統(tǒng)的整體布局需滿足整個窯尾工藝并兼顧運行維護方便的特點，綜合考慮工藝要求、布置條件、交通運輸、整體美觀和諧等。工程設(shè)計選擇將脫硫塔系統(tǒng)放置在窯尾收塵器、生料庫和窯尾煙囪之間的空檔內(nèi)。脫硫系統(tǒng)布置外觀見圖2。
04脫硫工程質(zhì)量描述
本脫硫工程質(zhì)量完全滿足國家相關(guān)的設(shè)計、施工、驗收規(guī)范及標準。工程驗收指標為：
(1)窯尾主煙囪的SO?排放濃度<35mg/m³(標)(此指標為基于脫硫系統(tǒng)前的SO?濃度<2500mg/m³(標)，氧氣濃度含量基于10％)；
(2)窯尾主煙囪的粉塵排放濃度<20mg/m³(標)(此指標為基于脫硫系統(tǒng)前的粉塵濃度<20mg/m³(標)，氧氣濃度含量基于10％)。
脫硫系統(tǒng)運行考核期間各項指標情況如下：
(1)該系統(tǒng)考核期共一個月時間。在考核期間，為了考驗脫硫系統(tǒng)的能力，提高了礦山高硫石灰石的比重，一度導(dǎo)致脫硫系統(tǒng)入口SO?濃度升至超過CEMS的量程值2500mg/m³(標)，但主煙囪的SO?排放濃度均<35mg/m³(標)。
(2)實際窯尾主煙囪的粉塵排放濃度遠低于驗收指標，窯尾主煙囪的粉塵排放濃度均<10mg/m³(標)。
脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的灰渣為石膏，即CaSO?·2H?0，本工程產(chǎn)生的副產(chǎn)品——脫硫石膏的純度較高，成分檢測結(jié)果見表2。
檢測結(jié)果表明，該脫硫石膏已十分接近天然石膏，完全可作為水泥緩凝劑使用。脫硫石膏的利用，一定程度上也降低了脫硫系統(tǒng)的運行成本。
05環(huán)境及經(jīng)濟效益分析
5.1 環(huán)境效益分析
為了說明本工程污染物排放的變化所帶來的環(huán)境效益，表3列出了生產(chǎn)線安裝煙氣濕法脫硫系統(tǒng)前后污染物排放的數(shù)據(jù)對比。
從表3可以看出，加裝煙氣脫硫裝置后，正常運行時每年的SO?排放量可由10224t減少到410.4t，SO?平均每年的消減量達到了9813.6t。系統(tǒng)SO?排放濃度(煙囪出口)控制在80mg/m³(標)(干基，10％O?)，遠遠優(yōu)于GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》以及環(huán)保政策所允許的污染物排放總量，給當?shù)貛砹司薮蟮沫h(huán)境效益。
5.2 經(jīng)濟效益分析
本脫硫技改工程建造前，系統(tǒng)采用氨法脫硫，控制煙囪出口SO?排放濃度200mg/m³(標)(干基，10％O?)，每年氨水的成本為300(d)×660(元/t)×36(t/d)，10000=712.8萬元。
脫硫系統(tǒng)在考核期間(高硫原料)，系統(tǒng)平均電耗實測值為1.7kWh/t熟料，則每年所需電耗成本為：300(d)×6500(t/d)×1.7(kWh/t)×0.8(元/kW)/10000=265.2萬元。此經(jīng)濟分析僅為簡單計算，并未計算石灰石原料的消耗成本和產(chǎn)生脫硫石膏的收益。
06結(jié)語
青山綠水就是金山銀山，水泥生產(chǎn)企業(yè)將環(huán)保工作視為生產(chǎn)活動中的重中之重。該公司的脫硫技改工程所帶來的環(huán)境和社會效益是巨大的。該項目投運至今，脫硫效率一直處于優(yōu)良狀態(tài)，配套設(shè)備故障率極低，為濕法脫硫技術(shù)在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗。
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