芻議新型干法水泥生產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)

丁偉敏

（廣州市越堡水泥有限公司）

0 前言

在新型干法水泥生產(chǎn)期間，水泥窯窯尾廢氣中的二氧化硫等是主要污染物，該氣體主要來源于染料與水泥原料之間的含硫化合物。在我國可持續(xù)發(fā)展理念的影響下，相關(guān)人員必須要充分認(rèn)識到當(dāng)前水泥生產(chǎn)中的要求，探索節(jié)能減排技術(shù)的有效手段，爭取能夠提高新型干法水泥生產(chǎn)的環(huán)境效益。

1 新型干法水泥節(jié)能減排技術(shù)的設(shè)計(jì)思路

在新型干法水泥生產(chǎn)期間，所使用的硫化物大部分為白鐵礦與黃鐵礦，其中還存在一定量的單硫化物，這些物質(zhì)在生產(chǎn)期間會(huì)隨著溫度的升高而釋放一定量的氣體，例如當(dāng)溫度上升至600℃后，會(huì)因?yàn)檠趸饔糜绊懚纬啥趸颍饕l(fā)生在第2 級與第3 級的旋風(fēng)筒中。若原料中揮發(fā)性硫的含量較高，在預(yù)熱期間會(huì)快速逃逸預(yù)熱器，此時(shí)因?yàn)槿狈钚匝趸}反應(yīng)，或者生料磨難以將其完全去除，則會(huì)產(chǎn)生二氧化硫排放。

結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，分解爐內(nèi)新生成的氧化鈣活性較高，能夠有效吸收煙氣中的二氧化硫，因此新型干法水泥生產(chǎn)工藝中本身就具有一定的脫硫功能；若廢氣用于烘干原材料[1]。廢氣中的二氧化硫還會(huì)在原料磨中被進(jìn)一步吸收，但是需要注意的是，當(dāng)溫度小于等于600℃的情況下，碳酸鈣對二氧化硫的吸收率要明顯低于氧化鈣，在上面兩級預(yù)熱器中，碳酸鈣的分解率較低，并且在高溫部位帶上的氧化鈣很少，再加之排放前的停留時(shí)間短，因此對二氧化硫的吸收率較低，這是造成污染的重要原因[2]。

2 新型干法水泥生產(chǎn)節(jié)能減排技術(shù)的實(shí)施路徑

2.1 工藝原理介紹

為了能夠達(dá)到新型干法水泥節(jié)能減排的目的，本文決定采用石灰石-石膏法脫硫工藝，該工藝選擇碳酸鈣為脫硫劑，在吸收塔內(nèi)部，吸收溶液與煙氣之間充分混合，并且其中的二氧化硫能與溶解中的碳酸鈣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最終二氧化硫被充分去除，并反應(yīng)生成大量的石膏化合物。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文所介紹的脫硫系統(tǒng)主要包括氧化系統(tǒng)、吸收塔系統(tǒng)、抽煙系統(tǒng)以及吸收劑制備系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。

2.3 工藝流程

該系統(tǒng)的基本工藝流程為：煙氣在經(jīng)過吸收塔之后，吸收塔采用了逆流噴淋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了氧化與吸收功能，其中在上部位置為吸收區(qū)、下部位置為氧化區(qū)，煙氣在經(jīng)過除塵之后，煙氣會(huì)與噴淋系統(tǒng)的循環(huán)漿液直接接觸。在負(fù)荷較小的情況下，可以選擇停運(yùn)一層噴淋層，此時(shí)系統(tǒng)能夠維持相對穩(wěn)定的液氣比，并發(fā)揮脫硫效果。在吸收區(qū)上側(cè)裝置除霧器，除霧器的主要功能是清除煙氣中的水分，在吸收二氧化硫之后，漿液進(jìn)入到循環(huán)氧化區(qū)，并在循環(huán)氧化區(qū)內(nèi)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)后，生成的溶液經(jīng)過濃縮之后會(huì)直接進(jìn)入到脫硫副產(chǎn)品系統(tǒng)，最終經(jīng)過脫水等處理后形成石膏。系統(tǒng)工藝流程的具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)工藝流程

3 對工藝流程的描述

3.1 石灰石漿液制備系統(tǒng)

在將＜45μm 的石灰石粉送至粉倉之后，經(jīng)葉輪給料機(jī)，將石灰石粉卸到漿液中，并加入工藝水，配置成為30%的石灰石漿液，之后將石灰石漿液泵送至循環(huán)泵入口位置。

3.2 煙氣系統(tǒng)

從窯尾廢氣排風(fēng)機(jī)排放出來的煙氣會(huì)在風(fēng)管的指引下傳送至FGD 系統(tǒng)中。此時(shí)煙氣在經(jīng)過脫硫煙氣擋板之后制劑進(jìn)入吸收塔內(nèi)部，并與噴淋漿液之間逆流接觸，使煙氣中的二氧化硫快速被漿液吸收。在這個(gè)過程中，煙氣的溫度會(huì)明顯下降，在經(jīng)過脫硫等一系列處理后，煙氣會(huì)經(jīng)過風(fēng)管最終被排放到大氣中。

在上述處理環(huán)節(jié)，為確保能夠順利的將FGD 系統(tǒng)與窯尾的煙氣分離開，需要在煙氣系統(tǒng)中設(shè)置若干個(gè)擋門板，分別承擔(dān)起脫硫煙氣與旁路的遮擋作用。在脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，旁路擋板處于關(guān)閉狀態(tài)，另一個(gè)擋板開啟，此時(shí)煙氣會(huì)經(jīng)過脫硫煙氣擋板進(jìn)入到吸收塔中并參與完成化學(xué)反應(yīng)。而在異常情況下，旁路擋板會(huì)啟動(dòng)，而脫硫煙氣擋板自動(dòng)關(guān)閉。

3.3 吸收與氧化系統(tǒng)

作為石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，吸收氧化系統(tǒng)的主要部件包括噴淋系統(tǒng)、吸收塔、漿液循環(huán)泵系統(tǒng)等。在該系統(tǒng)中，當(dāng)漿液從吸收塔底部位置，經(jīng)循環(huán)泵進(jìn)入至吸收塔上部位置進(jìn)行噴淋，此時(shí)會(huì)與煙氣逆流接觸并出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，由此可以吸收煙氣中的二氧化硫，在反應(yīng)生成的碳酸鈣在吸收塔底部位置，經(jīng)過循環(huán)漿液池內(nèi)部后會(huì)因?yàn)檠趸L(fēng)機(jī)作用影響而被空氣強(qiáng)氧化。最后石膏漿液會(huì)經(jīng)過專門的擺放泵排出，由專門的副產(chǎn)品處理系統(tǒng)處置。

在經(jīng)過脫硫之后，煙氣會(huì)通過除霧器攜帶水滴，采用兩級除霧器采用屋脊式的布置方法，均勻布置在吸收塔的頂部位置，兩級除霧器通過工藝水沖洗，這個(gè)沖洗過程是在系統(tǒng)程序的引導(dǎo)下自動(dòng)完成的。

吸收塔采用了鋼制塔體并內(nèi)襯防腐蝕材料構(gòu)成的，內(nèi)部設(shè)置了三層噴淋結(jié)構(gòu)，每個(gè)噴淋結(jié)構(gòu)分別由噴嘴、支管以及母管等構(gòu)成。三層噴淋結(jié)構(gòu)中分別設(shè)置了三臺漿液循環(huán)泵，循環(huán)泵采用智能化控制方法，能夠按照新型干法水泥生產(chǎn)中的二氧化硫排放量來調(diào)整運(yùn)行速率。其中的重要數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)二氧化硫的濃度為1200mg/Nm3時(shí)，三層噴淋系統(tǒng)全部開始運(yùn)行；而當(dāng)吸收塔的二氧化硫濃度不足800mg/Nm3時(shí)，會(huì)停運(yùn)一層噴淋系統(tǒng)，不僅不會(huì)影響二氧化硫處理效果，也能減少能耗。

3.4 副產(chǎn)品處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)的副產(chǎn)品處理系統(tǒng)可以分為兩部分，分別為真空皮帶過濾、旋流器等。當(dāng)吸收塔排除石膏漿液之后，將會(huì)直接泵送入旋流器進(jìn)行濃縮處理；濃縮之后的漿液進(jìn)入真空皮帶過濾機(jī)進(jìn)行脫水，這樣就能獲得含水量較低的石膏。此時(shí)將石膏存放在一旁運(yùn)輸即可。

3.5 工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)主要包括設(shè)備冷卻水、塔前噴淋水、制漿系統(tǒng)補(bǔ)水、氧化空氣冷卻等構(gòu)成。一般工藝水系統(tǒng)水源為廠區(qū)供水，在系統(tǒng)上可設(shè)置一臺工藝水箱與水泵，配合除霧器沖洗水泵，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的工藝水系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)效益評價(jià)

在按照上文方法構(gòu)建石灰石-石膏法脫硫工藝處理系統(tǒng)之后，該系統(tǒng)的裝置入口工況煙氣量為850000m3/h，脫硫效率≥92%，滿足新型干法水泥節(jié)能減排生產(chǎn)要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

同時(shí)對該方法的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評價(jià)后，判斷該系統(tǒng)每噸熟料脫硫成本在2.20～2.50 元左右，在考慮風(fēng)機(jī)電耗等因素影響后，計(jì)算出每噸熟料脫硫的最終成本約為3.30～3.50 元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

因此，認(rèn)為該系統(tǒng)的主要技術(shù)特征表現(xiàn)為：

⑴具有較高的脫硫效率，系統(tǒng)構(gòu)成簡單并且運(yùn)行穩(wěn)定性高；

表1 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

圖2 吸收塔系統(tǒng)

⑵副產(chǎn)品可作為水泥緩凝劑，最大程度上減少二次污染的產(chǎn)生；

⑶系統(tǒng)的占地面積更小，且運(yùn)行流程更加科學(xué)合理；

⑷通過進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬現(xiàn)場設(shè)計(jì)，有助于進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行功能；

⑸通過實(shí)現(xiàn)煙氣流速的量化適中化設(shè)計(jì)，能夠使煙氣在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到脫硫系統(tǒng)中，節(jié)能效果更明顯。

5 結(jié)語

本文介紹了一套石灰石-石膏法脫硫工藝脫硫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足新型干法水泥生產(chǎn)節(jié)能減排要求，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，其運(yùn)行成本低、脫硫效率高，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢，對于復(fù)雜工況下的新型干法水泥生產(chǎn)都有借鑒價(jià)值，因此應(yīng)該進(jìn)一步推廣。