窯尾煙氣濕法脫硫技術的工程應用

羅振，劉鋒，肖磊，王春麗

1 大冶尖峰水泥生產線簡介

大冶尖峰水泥有限公司（以下簡稱尖峰水泥）現有一條6 000t/d新型干法水泥熟料生產線，擁有一個質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儲庫。公司已具備年生產熟料160萬噸、生產水泥200萬噸的能力。

目前，尖峰水泥窯尾袋收塵器的處理風量為105×104m3/h，熟料產量平均為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）以下，氨法脫硫技術將SO2濃度控制在200mg/m3（標）以下。氨法脫硫技術平均每天消耗20%濃度氨水36t。氨水消耗量過大，不僅增加了熟料的生產成本，而且對窯尾煙囪設備造成嚴重的腐蝕。2017年，尖峰水泥決定進行窯尾石灰石-石膏濕法脫硫技改，由中材裝備集團有限公司以EPC模式承接該工程。

尖峰水泥生產線所用的燃煤品種含硫量為0.8%以內，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SO2排放濃度均值為2 000mg/m3（標），最大2 500mg/m3（標），生料磨開時SO2排放濃度均值也達到了800mg/m3（標），最大1 200mg/m3（標）。

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，是目前技術最成熟、脫硫效率最高、應用最廣泛、運行最穩定可靠的工業脫硫工藝。本技改工程采用的就是這種工藝。

在傳統的石灰石-石膏濕法脫硫工藝基礎上，我們結合水泥窯窯尾工藝和設備的特點，對生產線進行了優化和改進。以大冶尖峰水泥生產線為例，濕法脫硫工藝由幾個主要的子系統構成，包括：煙氣非標系統、脫硫劑制備系統、脫硫塔系統、石膏脫水系統、工藝水系統等。大冶尖峰水泥生產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主要配置

3.1 脫硫塔系統

本工程中脫硫塔塔徑設計為8.8m，脫硫塔內配置2507不銹鋼氧化風管一組，2507不銹鋼側攪拌器一組，2507不銹鋼增效托盤一層，高鉻合金漿液循環泵3臺。高鉻合金及雙相不銹鋼提高了設備的耐腐蝕性能，增加了設備的穩定性和耐用壽命。脫硫塔系統中還配置了漿液地坑一座，石膏排出泵一臺，FRP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SO2含量變化時，氧化風的使用量，系統配置了兩臺75kW羅茨風機，很大程度上節省了脫硫系統的能耗。

表1 石灰石原料成分檢測，%

3.2 石灰石漿液制備槽系統

本工程中的脫硫劑采用窯尾收塵器的回灰，充分體現了水泥窯脫硫用脫硫劑的成本優勢。? 4.0m×4.0m漿液制備槽儲罐放置在窯尾收塵器的回灰拉鏈機側，通過下料管、鎖風下料器直接將拉鏈機內的石灰石粉送入漿液制備槽中。該配置為脫硫漿液系統提供了4～5h的緩沖時間，且省去了窯灰儲倉等設備，節省了一次投資成本，同時減少了系統維護檢修點。該系統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

本工程中的石膏脫水系統配置了8m2的真空皮帶脫水機一臺，與脫水機配套的設備有旋流器、濾液水箱、氣液分離器、真空水環泵、濾布沖洗水泵各一臺，同時設置了一間石膏堆庫，用于臨時堆放脫硫石膏。該脫水系統較之于旋轉板框等脫水系統，穩定性高，故障率低，設備維護簡單。

圖1 大冶尖峰水泥生產線濕法脫硫工藝流程圖

3.4 其他配套設備

脫硫系統為了獲得穩定的水源，配套?4.0m×4.0m工藝水箱一座、除霧器沖洗水泵一臺。為了方便應對水泥窯系統的大修，為脫硫系統配置了一座?7.0m×12.0m的漿液儲槽，用于臨時儲存脫硫塔內未脫水的漿液。

由于脫硫系統是一個比較復雜的環保系統，為了盡可能地實現高度自動控制，脫硫系統單獨設置了一套PLC控制系統，同時配套了多點壓力、溫度、密度和液位監測，并在各子系統間的管道上設置了多臺電動閥，以實現漿液的順利輸送。

3.5 脫硫系統的布局

脫硫系統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。工程設計選擇將脫硫塔系統放置在窯尾收塵器、生料庫和窯尾煙囪之間的空檔內。脫硫系統布置外觀見圖2。

4 脫硫工程質量描述

圖2 脫硫系統布置外觀

本脫硫工程質量完全滿足國家相關的設計、施工、驗收規范及標準。工程驗收指標為：

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

脫硫系統運行考核期間各項指標情況如下：

（1）該系統考核期共一個月時間。在考核期間，為了考驗脫硫系統的能力，提高了礦山高硫石灰石的比重，一度導致脫硫系統入口SO2濃度升至超過CEMS的量程值2 500mg/m3（標），但主煙囪的SO2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）。

脫硫系統產生的灰渣為石膏，即CaSO4·2H2O，本工程產生的副產品——脫硫石膏的純度較高，成分檢測結果見表2。

檢測結果表明，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的運行成本。

5 環境及經濟效益分析

5.1 環境效益分析

為了說明本工程污染物排放的變化所帶來的環境效益，表3列出了生產線安裝煙氣濕法脫硫系統前后污染物排放的數據對比。

從表3可以看出，加裝煙氣脫硫裝置后，正常運行時每年的SO2排放量可由10 224t減少到410.4t，SO2平均每年的消減量達到了 9 813.6t。系統SO2排放濃度（煙囪出口）控制在80mg/m3（標）（干基，10%O2），遠遠優于GB 4915-2013《水泥工業大氣污染物排放標準》以及環保政策所允許的污染物排放總量，給當地帶來了巨大的環境效益。

5.2 經濟效益分析

本脫硫技改工程建造前，系統采用氨法脫硫，控制煙囪出口SO2排放濃度200mg/m3（標）（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，%

表3 SO2排放變化表

脫硫系統在考核期間（高硫原料），系統平均電耗實測值為1.7kWh/t熟料，則每年所需電耗成本為：300（d）×6 500（t/d）×1.7（kWh/t）×0.8（元/kW）/10 000=265.2萬元。此經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生脫硫石膏的收益。

6 結語

青山綠水就是金山銀山，水泥生產企業將環保工作視為生產活動中的重中之重。大冶尖峰水泥有限公司在環保之路上一直走在行業的前列。中材裝備集團有限公司為尖峰水泥承建的脫硫技改工程所帶來的環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良狀態，配套設備故障率極低，為濕法脫硫技術在水泥行業的推廣應用積累了寶貴的經驗。■