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        水泥窯石灰石-石膏濕法脫硫工藝介紹

        2018-08-03 13:23:52羅振
        水泥技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:脫硫劑皮帶機(jī)石灰石

        羅振

        1 前言

        隨著國(guó)家對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量要求的逐漸提高,水泥窯窯尾煙氣中的污染物排放限值隨之降低,我國(guó)最新修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定,水泥窯及窯尾余熱利用系統(tǒng)的SO2排放濃度要求≤200mg/m3(標(biāo)),重點(diǎn)地區(qū)排放濃度甚至≤100mg/m3(標(biāo))。通過監(jiān)控窯尾煙氣的排放狀況,某些現(xiàn)有的水泥窯窯尾煙氣SO2的排放濃度未能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放指標(biāo),使得這些水泥企業(yè)必須新建脫硫系統(tǒng)以降低窯尾煙氣中SO2的排放濃度,滿足《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。

        按脫硫是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài),煙氣脫硫可分為濕法、半干法和干法三類工藝。石灰石濕法脫硫技術(shù)成熟穩(wěn)定,效率高,Ca/S比低,運(yùn)行可靠,操作簡(jiǎn)單;干法和半干法的脫硫產(chǎn)物為干粉狀,處理相對(duì)容易,工藝簡(jiǎn)單。但用石灰石作脫硫劑的干法、半干法的Ca/S相對(duì)比高,脫硫效率和脫硫劑的利用率低[1]。濕法和半干法脫硫工藝均可在水泥生產(chǎn)中得到應(yīng)用,但受脫硫效率、脫硫劑的利用率、工藝成熟程度等影響,濕法脫硫工藝應(yīng)用較廣泛。

        2 石灰石-石膏濕法脫硫的原理分析

        石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用石灰石作脫硫劑。石灰石經(jīng)破碎磨成粉狀與水混合攪拌制成脫硫劑漿液,在脫硫塔內(nèi),脫硫劑漿液與煙氣接觸混合,煙氣中的SO2與漿液中的Ca2+以及鼓入的氧化空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),最終生成石膏,從而達(dá)到去除SO2的目的。

        用石灰石-石膏濕法脫硫工藝脫硫的主要化學(xué)反應(yīng)過程為[2]:

        在脫硫塔內(nèi)煙氣中的SO2被漿液中的水吸收后與漿液中的CaCO3反應(yīng)生成CaSO3·1/2H2O,落入脫硫塔漿液儲(chǔ)槽內(nèi)的CaSO3·1/2H2O被鼓入空氣中的O2氧化,最終生成副產(chǎn)品石膏晶體CaSO4·2H2O。其主要化學(xué)反應(yīng)式為:

        吸收過程:

        2CaCO3+H2O+2SO2→2CaSO3·1/2H2O+CO2↑氧化過程:

        2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O→2CaSO4·2H2O

        3 水泥生產(chǎn)線中石灰石-石膏濕法脫硫工藝介紹

        在傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法脫硫工藝基礎(chǔ)上,結(jié)合水泥窯尾工藝和設(shè)備的特點(diǎn),以我公司設(shè)計(jì)研發(fā)的配套5 000t/d水泥生產(chǎn)線為例,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)等子系統(tǒng)構(gòu)成。圖1為某5 000t/d熟料生產(chǎn)線脫硫工藝流程圖。

        3.1 煙氣非標(biāo)系統(tǒng)

        煙氣非標(biāo)系統(tǒng)即脫硫的煙道系統(tǒng)。水泥窯脫硫系統(tǒng)中,將脫硫系統(tǒng)置于窯尾尾排風(fēng)機(jī)和窯尾煙囪之間,使脫硫塔處于正壓環(huán)境中。脫硫系統(tǒng)煙道包括窯尾尾排風(fēng)機(jī)至脫硫入口的非標(biāo)煙道,以及脫硫塔出口至窯尾煙囪的非標(biāo)煙道。原尾排風(fēng)機(jī)至煙囪段的非標(biāo)煙道或直接拆除,或增加密封擋板門作為脫硫系統(tǒng)旁路。

        3.2 脫硫劑制備系統(tǒng)

        石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)中,脫硫劑制備是關(guān)鍵部分。傳統(tǒng)的脫硫劑制備系統(tǒng)多采用濕式球磨機(jī),或者直接采購(gòu)細(xì)度為45μm篩篩余10%的石灰石粉,粉越細(xì)越好。而水泥窯尾輥磨系統(tǒng)生產(chǎn)的生料粉粒度級(jí)配及均勻性系數(shù)等均優(yōu)于傳統(tǒng)工藝制備的脫硫劑產(chǎn)品[3]。所以水泥窯的脫硫系統(tǒng)的脫硫劑粉可采用窯尾收塵器灰斗內(nèi)的生料粉,也可采用窯尾余熱發(fā)電灰斗內(nèi)的生料粉。窯尾生料粉和工藝水同時(shí)輸送至漿液制備槽中,在攪拌器的作用下,制備成固體濃度約為20%的脫硫漿液。脫硫漿液由該系統(tǒng)配置的提升泵送入脫硫塔內(nèi)。

        此系統(tǒng)中,如果生料粉無法直接依靠自身重力流向漿液制備槽中,則需要增加一套氣力輸送設(shè)備,主要設(shè)備有生料粉倉(cāng)、小袋收塵器、氣力輸送泵、計(jì)量秤等。一般脫硫系統(tǒng)消耗的生料粉量較少,為成本考慮可以不設(shè)置計(jì)量秤設(shè)備。

        3.3 脫硫塔系統(tǒng)

        在整個(gè)濕法脫硫系統(tǒng)中,脫硫塔子系統(tǒng)是最核心的部分。脫硫塔系統(tǒng)主要包括脫硫塔本體、漿液循環(huán)泵、氧化風(fēng)機(jī)等設(shè)備。脫硫塔由漿液區(qū)、反應(yīng)區(qū)、噴淋層區(qū)、除霧區(qū)、煙氣進(jìn)口、煙氣出口構(gòu)成。窯尾含硫煙氣由進(jìn)口進(jìn)入脫硫塔,在反應(yīng)區(qū)與噴淋層噴出的石灰石漿液進(jìn)行逆向接觸,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)去除煙氣中的SO2,已去除SO2的煙氣流經(jīng)脫硫塔上部的除霧器以去除煙氣中的漿液霧滴,最后,已去除SO2及漿液霧滴的飽和煙氣經(jīng)脫硫塔出口進(jìn)入尾排煙囪,排放至大氣。

        圖1 某5 000t/d熟料生產(chǎn)線脫硫工藝流程圖

        脫硫塔系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備:

        (1)脫硫塔本體,其內(nèi)部包含漿液攪拌器、漿液噴淋層、除霧器。攪拌器的作用是防止脫硫塔底部漿液區(qū)的石膏結(jié)晶沉淀,同時(shí)攪拌能增強(qiáng)氧化空氣與漿液的混合和溶解,進(jìn)而促進(jìn)石膏結(jié)晶生產(chǎn)。

        (2)漿液循環(huán)泵,其作用是將脫硫塔漿液區(qū)內(nèi)的石灰石漿液提升至噴淋層,利用SiC噴嘴雨滴化漿液,使?jié){液多層覆蓋在脫硫塔整個(gè)橫截面上,讓煙氣與脫硫漿液充分接觸。

        (3)羅茨風(fēng)機(jī),其作用是向脫硫塔漿液區(qū)內(nèi)鼓入大量的空氣,將漿液中的CaSO3氧化成CaSO4,最終形成石膏結(jié)晶漿液。

        (4)石膏泵,其作用是將漿液區(qū)內(nèi)的石膏漿液排出塔體,送入石膏脫水系統(tǒng)進(jìn)行終端脫水而形成石膏餅。

        3.4 石膏脫水系統(tǒng)

        石膏脫水系統(tǒng)作為水泥窯濕法脫硫的重要輔助系統(tǒng),對(duì)脫硫塔運(yùn)行指標(biāo)、漿液條件、物料平衡、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有重要作用。脫硫塔石膏泵排出的石膏漿液經(jīng)過旋流器、真空皮帶機(jī)兩級(jí)脫水,最終形成含水率約10%左右的石膏餅。皮帶機(jī)脫水產(chǎn)生的濾液回流至脫硫塔內(nèi)。

        石膏脫水系統(tǒng)主要包括以下設(shè)備:

        (1)旋流器,其作用是將來自脫硫塔內(nèi)的石膏漿液進(jìn)行初步脫水,形成50%的高濃度石膏漿液送至真空皮帶機(jī)進(jìn)行再次深度脫水,而旋流器產(chǎn)生的低濃度漿液回流至脫硫塔內(nèi)。

        (2)真空皮帶機(jī),其作用是將來自旋流器的高濃度漿液再次脫水為濃度大于90%的石膏餅,以完成最終的石膏脫水過程。

        (3)真空水環(huán)泵,其作用是為真空皮帶機(jī)提供高負(fù)壓環(huán)境,以實(shí)現(xiàn)石膏漿液的深度脫水。

        (4)濾液水箱和水泵,其作用是將濾液水回用至脫硫塔內(nèi)。

        3.5 工藝水系統(tǒng)

        濕法脫硫系統(tǒng)中的耗水主要有兩個(gè)方面,一是脫硫后飽和煙氣中帶走的水;二是石膏成品中所帶走的水。而系統(tǒng)中濾液水回流、旋流器低濃度液回流、地坑漿液回流等措施都使得水能夠被循環(huán)使用,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要求盡可能提高水循環(huán)利用率,以減少工藝水耗量。以5 000t/d的生產(chǎn)線為例,一般系統(tǒng)耗水量維持在15~20t/h左右。

        為了能向脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定地輸入水源,應(yīng)設(shè)置一套工藝水系統(tǒng),主要向漿液制備槽、除霧器、真空皮帶機(jī)等處供水。脫硫塔系統(tǒng)中的除霧器需要沖洗水量、水壓穩(wěn)定,以保證除霧器運(yùn)行時(shí)不堵塞,不增加脫硫系統(tǒng)運(yùn)行阻力。為保證石膏脫水系統(tǒng)中的皮帶機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,同樣需要為其提供流量和水壓穩(wěn)定的濾布沖洗水。因此,系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中為除霧器和皮帶機(jī)沖洗水單獨(dú)配置了供水水泵和工藝水箱。

        3.6 其他配置

        濕法脫硫中除了上述幾個(gè)子系統(tǒng)外,還有一些配置是必不可少的。如壓縮空氣設(shè)備、事故漿液槽、漿液管道與閥門、濾液水處理設(shè)備等。這些在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都需要相應(yīng)配套。

        4 結(jié)語

        隨著煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越普遍。目前我公司已為中材亨達(dá)水泥公司、大冶尖峰水泥公司、ST MARYS CEMENT INC.(Canada)、NEGERI SEMBI?LAN CEMENT INDUSTRIES SDN.BHD(Malaysia)等國(guó)內(nèi)外數(shù)條水泥生產(chǎn)線配套了安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的水泥窯石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)。

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