5000t/d窯尾煙氣脫硫污水處置探討

張峰亮，王道斌，肖磊

以水泥窯窯尾收塵器回灰作為脫硫劑，采用傳統(tǒng)的石灰石（石灰）—石膏濕法脫硫工藝實(shí)現(xiàn)水泥窯窯尾煙氣脫硫是非常理想的脫硫方案。大冶尖峰水泥有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大冶尖峰）5 000t/d水泥生產(chǎn)線高效煙氣脫硫工程于2018年5月完成，自投運(yùn)至今脫硫系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，脫硫效果及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。該工程由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)天津院）以EPC總承包方式實(shí)施。該項(xiàng)目是湖北省水泥企業(yè)第一個(gè)脫硫改造項(xiàng)目，具有重大示范意義。

1 石灰石（石灰）-石膏濕法脫硫工藝簡(jiǎn)介

本次技改采用的石灰-石膏濕法脫硫工藝，是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、運(yùn)行最穩(wěn)定的工業(yè)脫硫工藝。

本項(xiàng)目石灰石-石膏濕法脫硫工藝由煙氣非標(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)等幾個(gè)主要的子系統(tǒng)構(gòu)成。圖1為大冶尖峰水泥生產(chǎn)線濕法脫硫工藝流程圖。

2 脫硫系統(tǒng)物料平衡及水平衡

脫硫系統(tǒng)物料平衡計(jì)算見(jiàn)表1。

由表1可知，脫硫系統(tǒng)的耗水量為煙氣帶走的水量、脫硫石膏結(jié)合水、脫硫石膏游離水三部分的總和，總計(jì)21.205t/h。

3 氯離子濃度對(duì)脫硫系統(tǒng)的影響

脫硫系統(tǒng)中的Cl-主要來(lái)自于脫硫劑和工藝水。由于脫硫廢水在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用，若無(wú)外排，Cl-將一直存在于水溶液中，持續(xù)積累最終達(dá)到＞20 000ppm最高限值。

氯離子濃度過(guò)高給脫硫系統(tǒng)造成的影響主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）反應(yīng)速率

脫硫漿液吸收SO2時(shí)，溶液呈弱酸性，煙氣中氯離子的持續(xù)增加會(huì)導(dǎo)致漿液中的H+濃度增大，抑制SO2的吸收速率。

（2）脫硫石膏析出速率

高Cl-濃度漿液中，硫酸鹽的飽和濃度很低。隨著亞硫酸鹽的生成，漿液中相對(duì)過(guò)飽和石膏急劇增加，對(duì)石膏晶體的析出速率產(chǎn)生影響。特別要強(qiáng)調(diào)的是，在這種情況下，極大地增加了沉淀和結(jié)垢的危險(xiǎn)性。在實(shí)際操作過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)停后，從塔底部清理出了大量的沉淀物。

（3）設(shè)備選材

脫硫用金屬材質(zhì)的選取，將其耐受漿液中氯離子濃度高低作為一個(gè)重要的考量依據(jù)，金屬材質(zhì)耐氯離子濃度越高，造價(jià)越高。脫硫系統(tǒng)需嚴(yán)格控制合金材料接觸介質(zhì)的氯離子含量，目前行業(yè)中普遍認(rèn)可的數(shù)值為20g/L。

4 脫硫廢水處置方案及實(shí)施效果

（1）脫硫廢水水質(zhì)計(jì)算

圖1 大冶尖峰水泥生產(chǎn)線濕法脫硫工藝流程圖

表1 脫硫系統(tǒng)物料平衡計(jì)算表

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行期間需定時(shí)外排一定量的廢水，嚴(yán)格控制系統(tǒng)漿液的Cl-含量＜20 000ppm，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，最好控制漿液中的Cl-含量＜10 000ppm。廢水外排除了能夠保證漿液氯離子含量以外，也是去除廢水中重金屬和保證廢水pH值的重要手段，對(duì)于脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。

大冶尖峰實(shí)測(cè)的窯尾收塵回灰里的Cl-含量為0.133%，工藝水中的Cl-濃度為210mg/L，水質(zhì)滿足FGD工藝水水質(zhì)要求，見(jiàn)表2。

按照前述的物料及水平衡表，脫硫塔進(jìn)口硫值為最高值時(shí)，石膏產(chǎn)量7.942t/h（進(jìn)口硫值2 500mg/m3（標(biāo)）），此時(shí)的游離水（相當(dāng)于外排廢水）為1.191t/h，氯離子含量穩(wěn)定在7 835ppm，此時(shí)脫硫系統(tǒng)無(wú)需再外排廢水。

表2 FGD工藝水水質(zhì)要求

脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，脫硫塔進(jìn)口硫值按平均值1 000m/m3（標(biāo)）考慮，則需要的脫硫劑量為1 436kg/h，石膏產(chǎn)量為3.111t/h，此時(shí)的游離水為0.467t/h，脫硫廢水水質(zhì)計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 脫硫廢水水質(zhì)計(jì)算表

由表3可知，若要保持脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，漿液的氯離子含量應(yīng)盡量控制在10 000ppm以下，脫硫廢水處理量需為613kg/h，考慮到脫硫石膏帶走的游離水（467kg/h）部分，仍需外排少量的廢水（146kg/h）才能保證水質(zhì)。

（2）脫硫廢水處置方案

本公司未設(shè)置廢水處理系統(tǒng)，但為此單獨(dú)安裝運(yùn)行一套處理系統(tǒng)又很不經(jīng)濟(jì)。在與總承包方天津院研究后，我們提出了一套脫硫廢水處置方案，設(shè)置了脫硫廢水外排接口，排出的廢水作為篦冷機(jī)噴水內(nèi)部消化。篦冷機(jī)噴水根據(jù)生產(chǎn)情況可持續(xù)噴水，每小時(shí)約噴水1m3左右。

（3）實(shí)施效果

從兩年多的運(yùn)行效果來(lái)看，大冶尖峰的脫硫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了廢水零排放；廢水引入篦冷機(jī)，既能為熟料降溫，也能為窯頭收塵器預(yù)降塵，且不會(huì)影響熟料質(zhì)量。該脫硫廢水處理方案妥善處理了脫硫廢水，不會(huì)造成二次污染，在維持脫硫系統(tǒng)高效運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)約了運(yùn)行成本。另外，窯尾廢氣經(jīng)脫硫后變?yōu)轱柡蜐駸煔?，濕煙囪運(yùn)行對(duì)煙囪防腐要求嚴(yán)格，據(jù)了解，多數(shù)濕法脫硫項(xiàng)目煙囪改造采用玻璃鱗片防腐，但效果并不理想。筆者認(rèn)為不銹鋼防腐煙囪應(yīng)為濕法脫硫系統(tǒng)煙囪的首選。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述方案，在滿足大冶尖峰5 000t/d水泥生產(chǎn)線高硫原料硫排放達(dá)標(biāo)的同時(shí)，解決了脫硫廢水排放的問(wèn)題。采用篦冷機(jī)噴水降溫的方式處理脫硫廢水，大幅節(jié)約了成本，并充分利用了水資源。該項(xiàng)目的廢水處理方案可廣泛應(yīng)用于其他水泥生產(chǎn)企業(yè)。