水泥窯尾煙氣濕法脫硫工藝水平衡問題的探討

王春麗

1 引言

水平衡的有效合理控制是石灰石—石膏濕法脫硫系統得以正常運行的前提，只有當脫硫系統的進水與出水達到基本平衡的時候，脫硫系統才能穩定運轉。如果脫硫系統的進水少，出水多，就需要系統補水，增大系統耗水量；如果脫硫系統的進水多，出水少，脫硫塔液位會持續上漲，嚴重的將導致脫硫系統崩潰，必須外排大量廢水。脫硫廢水含有大量雜質，廢水中主要有過飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬等。水泥工業脫硫劑采用窯灰，雜質含量更多，因此，有必要對系統水平衡進行分析，以保證脫硫系統安全、經濟運行。

2 水泥窯尾煙氣石灰石—石膏濕法脫硫工藝流程

圖1為水泥窯尾煙氣石灰石—石膏濕法脫硫工藝流程，煙氣從高溫風機出來，有兩種工況：

工況一：生料磨停。煙氣直接進入窯尾收塵器、尾排風機、脫硫塔，而后入煙囪，這種工況下進入脫硫塔的煙氣溫度一般在120℃以上，脫硫塔出口的煙氣溫度常在55℃左右。

工況二：生料磨開。煙氣進入生料磨系統，用于烘干生料，然后進入窯尾收塵器，經尾排風機出來后進脫硫塔，脫硫后的煙氣排入煙囪，此種工況下進入脫硫塔的煙氣溫度常在100℃以下，脫硫塔出口的煙氣溫度常在50℃左右。另外，生料磨中石灰石（CaCO3）持續產生有新鮮表面的生料，同時粉料有較長的停留時間，所以生料磨運行時可脫除煙氣中部分的SO2，較生料磨停的工況，進入脫硫塔煙氣中SO2含量較低。詳見表1脫硫系統工藝參數。

3 石灰石—石膏濕法脫硫工藝水系統的構成

3.1 石灰石—石膏濕法脫硫系統的進水的構成

石灰石—石膏濕法脫硫系統的進水由以下幾部分構成（圖2）：

（1）入口煙氣帶水：指進入脫硫塔的原煙氣中攜帶的水分。此部分水量由各水泥廠工藝運行情況決定。

（2）除霧器沖洗用水：指定期沖

洗脫硫塔內除霧器所消耗的水量。其作用是，沖洗掉除霧器板片上捕集

的漿體、固體沉淀物，保持板片清潔，防止葉片結垢和堵塞流道，也可用于脫硫塔緊急降溫和系統補水。此部分水量是脫硫系統進水的主要來源，可根據除霧器上下壓差情況、吸收塔液位情況適當調整。

（3）石灰石制漿用水：指將水泥窯灰制成一定濃度的漿液（即脫硫反應劑）所需的水量。當脫硫系統水入超過水出時，也可以用石膏脫水后的濾液來制漿，以減少系統進水量。

（4）石膏脫水系統沖洗水：指沖洗皮帶機濾布所需的水量。此部分水量可根據濾布潔凈程度而適度調整。

（5）設備和管道沖洗水：脫硫系統的漿液泵及其輸送管道在停運后，需立即用水沖洗，防止漿液沉積，堵塞管路及影響泵的正常使用。測量儀表如pH計、密度計、與漿液接觸式液位計、漿液流量計等均需定期沖洗。

（6）設備冷卻水：指氧化風機、漿液泵、真空泵、攪拌器等設備的冷卻、軸封用水。

圖1 水泥窯尾煙氣濕法脫硫工藝流程

圖2 水平衡圖

3.2 石灰石—石膏濕法脫硫系統的出水的構成

石灰石—石膏濕法脫硫系統的出水由如下幾部分構成：

（1）出口煙氣帶水：指脫硫塔出口煙氣中攜帶的水分。脫硫塔出口煙氣為飽和濕煙氣，此部分水量與出口煙氣溫度有關。

（2）石膏結晶水：原煙氣中的SO2與脫硫塔漿液中的Ca2+以及鼓入的氧化空氣進行化學反應，最終生成石膏，從而達到去除SO2的目的。

其主要化學反應式為：

吸收過程：

氧化過程：

（3）石膏游離水：脫硫石膏一般攜帶20%以下的游離水。

（4）系統外排水：當脫硫系統水平衡入超過出或者漿液中Cl-含量超標時，需外排廢水，有些水泥廠將此部分外排水作為篦冷機噴水消化掉。

4 水泥窯尾煙氣濕法脫硫水平衡分析

如圖2所示，只有當脫硫系統的進水與出水達到基本平衡的時候，脫硫系統才能正常穩定運轉。

下面以某5 000t/d水泥窯尾煙氣石灰石—石膏濕法脫硫工藝為例，分別計算生料磨停和生料磨開兩種工況下，脫硫系統的出水量。

由表1可見，脫硫系統的出水主要是煙氣帶走水量，反應水和石膏游離水僅是很小的一部分；出口煙氣帶水量與出口煙氣溫度密切相關，出口煙氣55℃比出口煙氣50℃時，煙氣帶水量顯著增多。

表1 濕法脫硫系統工藝參數

這是由于水的飽和蒸氣壓隨溫度的升高而升高，詳見表2不同溫度下水的飽和蒸氣壓。

表2 水在不同溫度下的飽和蒸氣壓

根據水泥廠窯尾煙氣濕法脫硫的兩種工況，為確保濕法脫硫系統的進水與出水水平衡，特提出如下建議。

4.1 生料磨停工況下的水平衡

當水泥窯尾煙氣濕法脫硫處于第一種工況，生料磨停工況下運行時，進入濕法脫硫系統的煙氣溫度較高，出口煙氣溫度也高，出口煙氣帶水量較多，這就要求系統進水也要增多。此種工況下的水平衡是比較容易達成的，當脫硫塔液位持續降低時，可以合理加快除霧器沖洗頻率，以增大系統進水量，但是要注意進入脫硫系統的工藝水水質，本文第5小節對工藝水水質有詳細說明。

4.2 生料磨開工況下的水平衡

當水泥窯尾煙氣濕法脫硫處于第二種工況，生料磨開工況下運行時，進入濕法脫硫系統的煙氣溫度較低，出口煙氣溫度也低，出口煙氣帶水量較少，可采取如下措施，保證水平衡：

（1）合理調整除霧器沖洗周期。當脫硫系統低負荷運行或者脫硫塔液位較高時，除霧器沖洗周期可適當延長，以減少脫硫系統的進水量。應當注意，為保證脫硫系統出口粉塵含量達標，除霧器沖洗周期不可任意延長，甚至長時間不沖洗。

（2）盡可能減少設備冷卻水進入脫硫系統，參與脫硫系統的水循環。水泥廠都有自己的循環水系統，主機設備包括窯、生料輥磨、水泥磨、高溫風機、尾排風機、窯頭風機、篦冷機等都需要冷卻水循環冷卻。因此，可以將濕法脫硫系統的漿液泵、氧化風機等的冷卻水并入水泥廠區循環水系統，以減少脫硫系統的進水量。

（3）將真空泵冷卻水引入工藝水箱，供給濕法脫硫系統的各用水點使用。真空泵冷卻水屬于設備冷卻水中用量較大的，將這部分水引入工藝水箱，循環利用，可在一定程度上緩解濕法脫硫系統的入大于出的水不平衡狀況。

（4）采用石膏脫水后的濾液水調制石灰石漿液，以減小制漿系統用水量。

（5）合理利用事故罐。當脫硫系統長時間低負荷運行時，可考慮將漿液送入事故漿罐儲存，待負荷轉高時再返回脫硫塔漿池。

（6）部分濾液水外排，可作為篦冷機冷卻水。

5 進入脫硫系統的工藝水水質要求

依據相關規范，脫硫塔漿池運行Cl-濃度不應高于20 000ppm。漿液Cl-濃度高，不僅會給脫硫反應帶來不利影響，降低脫硫效率，影響石膏品質，而且對脫硫設備的防腐提出更高要求，增加脫硫成本。這也是許多石灰石—石膏濕法脫硫工藝廢水定期外排的原因之一。廢水定期外排，在一定程度上，增加了濕法脫硫系統的耗水量，影響著濕法脫硫系統的水平衡。

依據《火力發電廠石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統設計規程》，對進入脫硫系統的工藝水水質要求如表3所示。

6 結語

表3 直接進入脫硫系統的工藝水水質要求

隨著國家對環保要求的日益嚴格，石灰石—石膏濕法脫硫正在成為水泥廠的標配系統，但有的煙氣脫硫系統卻無旁路，這就對濕法脫硫的連續穩定運行提出了更高的要求。水平衡是濕法脫硫系統穩定運行的基本保障，實際運行中，要根據各水泥廠的實際情況，因地制宜，科學管理，以期達到節約用水、減少外排甚至避免外排、穩定運行的目的?！?/p>