水泥廠濕法脫硫煙氣再熱系統探討

施勇

（合肥水泥研究設計院，合肥 230051）

1 前言

隨著國家對礦山開采的限制以及優質石灰石存量的減少，很多水泥廠不得不使用低品位石灰石，造成了窯尾煙氣中的SO2超標，部分排放不達標的水泥廠開始采用濕法（窯灰-石膏法）工藝進行脫硫。脫硫后的凈煙氣排煙溫度較低（45℃～60℃），吸收塔出口帶有飽和水蒸汽的凈煙氣在排出過程中部分冷凝形成液滴，煙氣自煙囪口排出后不能有效抬升，擴散到大氣中，特別是當地區溫度、氣壓較低或在陰霾天氣的時間段，煙氣中攜帶的粉塵及液滴聚集在煙囪附近形成“石膏雨”或酸雨，對電廠及周邊環境產生污染，甚至腐蝕設備。因此，對如何提高排煙溫度，減少“石膏雨”產生尤為重要。

2 凈煙氣加熱方案

2.1 減少“石膏雨”的設想

從“石膏雨”的成因可看出，其形成機理較復雜，其與塔內煙氣量及煙氣流速的大小、除霧器的選型和反應塔的液氣比（含硫量）、煙囪內筒的形式及流速等方面有很大關系。

一般來說，吸收塔內流速、煙囪內流速越高，越容易產生“石膏雨”；煙氣中SO2濃度越高越容易產生“石膏雨”；平板式除霧器容易產生“石膏雨”，屋脊式的效果就相對好；煙囪內壁光滑比內壁粗糙的產生的“石膏雨”嚴重，增加管式除霧器比不增加的要好。但就目前而言，由于環境條件的差異、石灰石品質的差異及設計參數的選擇上的差異造成出現“石膏雨”的情況時有發生，解決對策之一是加熱凈煙氣。

2.2 加熱凈煙氣的方案比較

水泥廠濕法脫硫煙氣再加熱的方案主要有：氣-氣加熱器，氣-汽加熱器、旁路煙氣加熱、窯頭凈煙氣加熱等。

濕煙氣提升排煙溫度對比見下表。通過下表可看出GGH或SGH進行煙氣加熱的方案在水泥廠應用的可能性很小，可能采用的是旁路煙氣法或窯頭凈煙氣加熱法。

2.3 旁路煙氣加熱

當生料磨機運行時，大多數窯尾除塵器出口的SO2都低于600mg/Nm3，當執行SO2限值為200mg/Nm3或重點地區企業執行SO2限值為100mg/Nm3時，旁路加熱方案具有可行性。當排放要求為30mg/Nm3或更低時，采用旁路加熱方案容易造成煙氣排放指標超標。

假設煙氣完全混合，煙氣總量中約1%的旁路熱煙氣可提高吸收塔出口煙氣溫度0.9℃[1]，煙氣再熱程度會受到凈煙氣中液滴量影響，凈煙氣中存在水分越多，混合煙氣溫度越低，大部分熱量被用于蒸發這些液滴，所以高性能除霧系統也是影響旁路加熱方案成功與否的重要因素。

濕煙氣提升排煙溫度技術比較表

根據有關經驗，生料磨機運行時煙氣中的SO2濃度大多會低于600mg/Nm3，煙氣溫度約100℃（余熱發電運行時）。假定煙氣經過反應塔后溫度為50℃，脫硫效率≥98%，采用旁通煙氣加熱方案，保證煙囪出口SO2最終濃度控制在100mg/Nm3和50mg/Nm3兩種，根據核算得出，最終煙囪出口煙氣溫度見圖1和圖2。

2.4 窯頭凈煙氣加熱

新增一路管道從窯頭排風機后抽取部分熱煙氣（120℃～160℃）加熱系統混合器中反應塔凈煙氣。新增煙道上需增設可調擋板門及相應的測溫、測壓裝置，以便對煙氣加熱系統的參數進行實時監測和控制。假定兩種煙氣能完全混合，可按照下式估算混合后的煙氣溫度（Tsta）[2]。

式中：

Tsta—煙囪出口煙氣溫度（℃）；

T1—入混合器的窯頭凈煙氣溫度（℃）；

Q1—入混合器的窯頭凈煙氣流量（℃）；

T2—入混合器的脫硫后凈煙氣溫度（℃）；

Q2—入混合器的脫硫后凈煙氣流量（℃）。

根據經驗，5000t/d熟料生產線窯尾風量約50萬Nm3/h，經脫硫后煙氣量增至55萬Nm3/h，煙氣溫度45℃～55℃。窯頭煙氣量約為30萬Nm3/h，溫度約150℃，考慮到管道散熱等因素，進入混合器的溫度約140℃。通過核算需從窯頭凈煙氣抽取45%～55%的風量至煙氣混合器中，才可能將脫硫后的凈煙氣加熱至70℃，減少“石膏雨”現象。

圖1 旁通煙氣加熱后煙氣最終溫度（排放濃度100mg/Nm3）

圖2 旁通煙氣加熱后煙氣最終溫度（排放濃度50mg/Nm3）

煙氣混合器設置于反應塔出口后，考慮到該區域存在潮濕、腐蝕、冷熱交替、沖刷等惡劣條件，混合器的金屬部分材質選用耐硫酸露點腐蝕用鋼，如S-TEN或國產09CrCuSb（ND）鋼。

3 結論

濕法脫硫后的凈煙氣溫度較低，易產生“石膏雨”。利用水泥廠工藝特點，提出兩種加熱方案，提升脫硫后的排煙溫度，無需增加額外的能耗，利用廢氣加熱凈煙氣的方案，對節能降耗和減少周邊環境污染具有重大意義。

參考文獻：

[1] 薛建明，王小明，劉建明，許月陽．濕法煙氣脫硫設計及設備選型手冊[M]．北京：中國電力出版社，2011．

[2] 周至祥，段建中，薛建明．火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊[M]．北京：中國電力出版社，2006．