窯尾煙氣濕法脫硫技術(shù)的工程應(yīng)用

羅振，劉鋒，肖磊，王春麗

1 大冶尖峰水泥生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

大冶尖峰水泥有限公司（以下簡(jiǎn)稱尖峰水泥）現(xiàn)有一條6 000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，擁有一個(gè)質(zhì)量研究中心和一個(gè)混凝土研究中心，自備可開采60年的礦山，礦石可通過800m長(zhǎng)的運(yùn)輸廊道直接進(jìn)入廠區(qū)儲(chǔ)庫(kù)。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，尖峰水泥窯尾袋收塵器的處理風(fēng)量為105×104m3/h，熟料產(chǎn)量平均為6 500t/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(biāo)）以下，氨法脫硫技術(shù)將SO2濃度控制在200mg/m3（標(biāo)）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(duì)窯尾煙囪設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。2017年，尖峰水泥決定進(jìn)行窯尾石灰石-石膏濕法脫硫技改，由中材裝備集團(tuán)有限公司以EPC模式承接該工程。

尖峰水泥生產(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SO2含量非常高。如果不噴氨水，生料磨停時(shí)SO2排放濃度均值為2 000mg/m3（標(biāo)），最大2 500mg/m3（標(biāo)），生料磨開時(shí)SO2排放濃度均值也達(dá)到了800mg/m3（標(biāo)），最大1 200mg/m3（標(biāo)）。

2 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(yùn)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，我們結(jié)合水泥窯窯尾工藝和設(shè)備的特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。以大冶尖峰水泥生產(chǎn)線為例，濕法脫硫工藝由幾個(gè)主要的子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：煙氣非標(biāo)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。大冶尖峰水泥生產(chǎn)線濕法脫硫工藝流程圖見圖1。

3 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(jì)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(tái)。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(tái)，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(shí)霧滴中的顆粒物，原煙氣中的顆粒物通過除霧器時(shí)，也會(huì)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(jìn)口SO2含量變化時(shí)，氧化風(fēng)的使用量，系統(tǒng)配置了兩臺(tái)75kW羅茨風(fēng)機(jī)，很大程度上節(jié)省了脫硫系統(tǒng)的能耗。

表1 石灰石原料成分檢測(cè)，%

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(shì)。? 4.0m×4.0m漿液制備槽儲(chǔ)罐放置在窯尾收塵器的回灰拉鏈機(jī)側(cè)，通過下料管、鎖風(fēng)下料器直接將拉鏈機(jī)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(shí)間，且省去了窯灰儲(chǔ)倉(cāng)等設(shè)備，節(jié)省了一次投資成本，同時(shí)減少了系統(tǒng)維護(hù)檢修點(diǎn)。該系統(tǒng)中另配置了一臺(tái)漿液輸送泵和一臺(tái)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(jī)一臺(tái)，與脫水機(jī)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(tái)，同時(shí)設(shè)置了一間石膏堆庫(kù)，用于臨時(shí)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(hù)簡(jiǎn)單。

圖1 大冶尖峰水泥生產(chǎn)線濕法脫硫工藝流程圖

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?4.0m×4.0m工藝水箱一座、除霧器沖洗水泵一臺(tái)。為了方便應(yīng)對(duì)水泥窯系統(tǒng)的大修，為脫硫系統(tǒng)配置了一座?7.0m×12.0m的漿液儲(chǔ)槽，用于臨時(shí)儲(chǔ)存脫硫塔內(nèi)未脫水的漿液。

由于脫硫系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的環(huán)保系統(tǒng)，為了盡可能地實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)控制，脫硫系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置了一套PLC控制系統(tǒng)，同時(shí)配套了多點(diǎn)壓力、溫度、密度和液位監(jiān)測(cè)，并在各子系統(tǒng)間的管道上設(shè)置了多臺(tái)電動(dòng)閥，以實(shí)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(gè)窯尾工藝并兼顧運(yùn)行維護(hù)方便的特點(diǎn)，綜合考慮工藝要求、布置條件、交通運(yùn)輸、整體美觀和諧等。工程設(shè)計(jì)選擇將脫硫塔系統(tǒng)放置在窯尾收塵器、生料庫(kù)和窯尾煙囪之間的空檔內(nèi)。脫硫系統(tǒng)布置外觀見圖2。

4 脫硫工程質(zhì)量描述

圖2 脫硫系統(tǒng)布置外觀

本脫硫工程質(zhì)量完全滿足國(guó)家相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。工程驗(yàn)收指標(biāo)為：

（1）窯尾主煙囪的SO2排放濃度＜35mg/m3（標(biāo)）（此指標(biāo)為基于脫硫系統(tǒng)前的SO2濃度＜2 500mg/m3（標(biāo)），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(biāo)）（此指標(biāo)為基于脫硫系統(tǒng)前的粉塵濃度＜20mg/m3（標(biāo)），氧氣濃度含量基于10%）。

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行考核期間各項(xiàng)指標(biāo)情況如下：

（1）該系統(tǒng)考核期共一個(gè)月時(shí)間。在考核期間，為了考驗(yàn)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SO2濃度升至超過CEMS的量程值2 500mg/m3（標(biāo)），但主煙囪的SO2排放濃度均＜35mg/m3（標(biāo)）。

（2）實(shí)際窯尾主煙囪的粉塵排放濃度遠(yuǎn)低于驗(yàn)收指標(biāo)，窯尾主煙囪的粉塵排放濃度均＜10mg/m3（標(biāo)）。

脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的灰渣為石膏，即CaSO4·2H2O，本工程產(chǎn)生的副產(chǎn)品——脫硫石膏的純度較高，成分檢測(cè)結(jié)果見表2。

檢測(cè)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(yùn)行成本。

5 環(huán)境及經(jīng)濟(jì)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(duì)比。

從表3可以看出，加裝煙氣脫硫裝置后，正常運(yùn)行時(shí)每年的SO2排放量可由10 224t減少到410.4t，SO2平均每年的消減量達(dá)到了 9 813.6t。系統(tǒng)SO2排放濃度（煙囪出口）控制在80mg/m3（標(biāo)）（干基，10%O2），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GB 4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以及環(huán)保政策所允許的污染物排放總量，給當(dāng)?shù)貛砹司薮蟮沫h(huán)境效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)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SO2排放濃度200mg/m3（標(biāo)）（干基，10%O2），每年氨水的成本為300（d）×660（元/t）×36（t/d）/10 000=712.8萬元。

表2 脫硫石膏成分檢測(cè)，%

表3 SO2排放變化表

脫硫系統(tǒng)在考核期間（高硫原料），系統(tǒng)平均電耗實(shí)測(cè)值為1.7kWh/t熟料，則每年所需電耗成本為：300（d）×6 500（t/d）×1.7（kWh/t）×0.8（元/kW）/10 000=265.2萬元。此經(jīng)濟(jì)分析僅為簡(jiǎn)單計(jì)算，并未計(jì)算石灰石原料的消耗成本和產(chǎn)生脫硫石膏的收益。

6 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(dòng)中的重中之重。大冶尖峰水泥有限公司在環(huán)保之路上一直走在行業(yè)的前列。中材裝備集團(tuán)有限公司為尖峰水泥承建的脫硫技改工程所帶來的環(huán)境和社會(huì)效益是巨大的。

該項(xiàng)目投運(yùn)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(yàn)?！?/p>