加拿大VC 水泥脫硫工程石膏脫水系統的簡化

王道斌 鄭麗君 于浩波

(天津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400)

1 工程概況

2017 年11 月，公司承接了加拿大VC 水泥生產線高效煙氣脫硫工程，負責設計及供貨，業主負責安裝及后期的運行調試，公司給與現場指導。該水泥廠為6500tpd 生產線，位于加拿大的多倫多市。該工程自2018 年5 月份首批貨物發出以來，經歷了2 年延期，經歷了疫情，經過艱難的溝通和漫長的安裝，終于在2021 年4 月份完成投運。脫硫工程到現在運行平穩，給業主帶來了巨大的社會、環境及經濟效益，反響極好。

圖1 脫硫系統運行外觀

工程驗收標準：窯尾主煙囪的SO2排放濃度(脫硫系統前的SO2濃度≦2000mg/Nm3(均值1117 mg/Nm3)，氧濃度含量基于10%)≤100mg/Nm3。

加拿大當地采用的是總量控制政策，政府環保部門對于該水泥生產線所確認的現有工程總量控制指標為：折算到窯尾廢氣的SO2單排位放濃度為均值不高于200mg/Nm3即可。業主為了節約電耗及使脫硫劑的利用率更高，循環泵運行最多兩臺；脫硫塔漿液PH 值一直低位運行，控制在4 左右。在此前提下系統運行過程中SO2排放濃度可以控制在100 mg/Nm3左右。在3臺循環泵全部開啟(PH 值在正常范圍4.8～5.5 內)的情況下測試排放濃度低于50 mg/Nm3，即該項目遠優于設計要求。

2 石膏脫水系統的簡化

石灰(石)- 石膏濕法脫硫工藝是目前應用最廣泛的一種脫硫工藝，也是水泥行業脫硫目前最成熟、運行最可靠的工藝。石膏脫水系統作為該工藝的后續物料處理系統，是該工藝的重要組成部分。加拿大VC 水泥生產線原設計的石膏脫水系統流程可見圖2。

如圖2 所示，從吸收塔石膏排漿泵來的石膏漿液經石膏旋流器將石膏漿液進行一級脫水。旋流器底流送到真空脫水機脫水；旋流器的溢流返回脫硫塔。

圖2 加拿大VC 水泥原有的石膏脫水系統流程圖

在二級脫水系統，濃縮后的石膏漿液經過真空皮帶脫水機進行真空脫水。脫硫石膏運送至水泥熟料做緩凝劑用；濾液水進入濾液水箱，由濾液水泵打回脫硫塔，部分濾液水可根據脫硫水質變化輸送部分濾液水篦冷機噴水系統用。

該系統配備的相關設備有：

(1)真空皮帶機(1 臺)：過濾面積9m2，膠帶寬度1000，膠帶速度1-9m/min，真空度0.053MPa，變頻電機，主機5.5KW，帶就地系統控制箱，高位布置；真空耗量3000m3/h。含氣液分離器，DN1000，材質為FRP。

(2)水環真空泵(1 臺)：材質鑄鐵，壓力530mbar，抽氣量3500m3/h，功率90KW。

(3)濾液泵(2 臺)：材質：Cr30，流量35m3/h，揚程25m，功率15KW。

(4)旋流器(1 臺)：材質：聚氨酯/鋼襯聚氨酯，進料量30m3/h，含固量15%；底流流量5.5m3/h，含固量45%。

(5)濾液水箱：φ4000×4000，V＝50m3，外部油漆防腐。

具體設備工藝布局可見圖3，其中上圖為主視圖，下圖為俯視圖。

圖3 加拿大VC 水泥原有的石膏脫水系統布置圖

該工藝流程復雜，設備較多，占地面積大，一次性投資及運行維護成本都很高。

如何合理利用水泥工業既有工藝來簡化石膏脫水系統工藝流程，是業主迫切的需求。經現場實際考察及與業主的多次溝通，最終確認了簡化思路，具體方案如下：

石膏脫水系統流程簡化可見圖4。

圖4 簡化后的加拿大VC 水泥石膏脫水系統流程圖

由圖4 所示，從吸收塔石膏排漿泵輸送來的石膏漿液經石膏旋流器將石膏漿液進行一級脫水后由文氏進料器直接輸送進篦冷機，原石膏脫水系統中的二級脫水系統(包括真空皮帶機、真空泵、濾液水箱、濾液水泵等)均取消。由于原脫水系統的處置物都是內部消化：脫硫石膏會摻入水泥熟料，濾液水也會加入篦冷機用作將溫水以保證脫硫水質，因此改進后的脫水系統對整體水泥工業物料平衡沒有影響。

簡化后的系統配備的相關設備有：

(1)旋流器(1 臺)(原設備保留)。

(2)文氏管進料器(1 臺)：碳鋼材質，喉管處設4 路切向進風口DN40。

對比簡化前后的石膏脫水系統可以看出：簡化后的水泥工業石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的石膏脫水系統使得脫水相應設備減少，節省了布局空間，系統運行可靠性大大增加。

3 經濟效益

本次石膏脫水系統簡化帶來的經濟效益主要體現在以下幾個方面：

3.1 簡化后的水泥工業石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的石膏脫水系統取消了真空皮帶機、水環泵、濾液水箱及濾液水泵等設備，取消了脫硫綜合樓，只保留了旋流器，新增了文氏管進料裝置，減少一次性投資成本130 萬元。

3.2 簡化后的系統沒有動力設備，每年節省電耗360000kW.h(年運行時間按300 天計)，年減少運行費用36 萬元。

3.3 簡化后的系統運行維護費用大大降低，年減少運行費用20 萬元。

除了經濟效益，該簡化還節省了占地面積約150 平米，對于廠區交通運輸方便和水泥廠整體美觀和諧都起到了積極的作用。

4 優化建議

后續的優化建議有兩點：

4.1 石膏排漿去篦冷機的管路材質更換

業主目前使用的是304 L 不銹鋼管，已有局部彎頭段出現磨損。原因分析：首先業主的石膏漿液比正常運行的脫硫項目PH 都要低得多。正常范圍4.8～5.5，加拿大項目一直是4 左右，明顯偏酸，腐蝕性更高；其次管道材質，304L 不銹鋼，用在這種帶腐蝕性的漿液上是肯定用不住的，建議更改為2507 材質的不銹鋼或是更好的1.4529 不銹鋼管(前提仍是PH 值控在常規范圍內)。

4.2 旋流器回塔漿液采用漿液泵打回脫硫塔

由于篦冷機離脫硫塔有近200 米遠，且旋流器的回流口和脫硫塔內的漿液高差不大，因此旋流器回塔漿液流動不暢，易產生堵塞現象。建議在篦冷機旁邊設一小水箱，將旋流器的回液先流入到水箱內，再由水箱旁漿液泵將旋流器回液打回到脫硫塔內。

5 結論

加拿大VC 水泥生產線高效煙氣脫硫工程是公司承接的第一條發達國家水泥線脫硫項目，意義十分重大。其簡化后的石膏脫水系統，取消了原系統的大部分設備，既大大減少了一次性投資，又降低了運行維護成本，節省了布局空間，系統運行可靠性也大大增加，具有極高的推廣價值。