煙氣濕法脫硫系統簡介及石膏脫水裝置的改進

金志民，王道斌，張熙格，張舒予

杭州富陽某5 000t/d水泥熟料生產線，石灰質原料采用當地石灰巖礦區的石灰石，礦石中的含硫量不穩定，SO3數值在0.11%～0.20%之間變化，進廠石灰石的化學成分如表1所示。據測算，該生產線生料磨停運時，SO2排放濃度最高值可達500mg/Nm3，生料磨正常運行時，SO2排放濃度在300mg/Nm3左右。

表1 進廠石灰石的化學成分

2020年11月，浙江省生態環境廳發布的《浙江省水泥行業超低排放改造實施方案》中規定，2025年6月底前，水泥窯及窯尾余熱利用系統煙氣SO2的排放濃度≯35mg/Nm3。為實現SO2超低排放，達到環保要求，該生產線配置了濕法脫硫系統。

1 濕法脫硫系統概況

1.1 系統簡介

該水泥生產線采用“石灰石-石膏”濕法脫硫工藝，窯尾廢煙氣經窯尾大布袋除塵器除塵后，通過窯尾排風機接入脫硫系統，脫硫后的凈煙氣再返回至窯尾煙囪排放到大氣。該濕法脫硫系統使用窯尾大布袋收塵器收集的窯灰作為吸收劑，煙氣進入吸收塔與噴淋的石灰漿液逆向接觸，發生化學反應，除去煙氣中的SO2。吸收塔上部設有三級高效除霧器，經過脫硫處理的煙氣通過除霧器后，除去清潔煙氣中所攜帶的霧滴。

同時，脫硫塔底部也在以強制氧化的方式將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣（石膏的雛形），氧化后生成的硫酸鈣溶液通過石膏排漿泵排出，進入終端的石膏脫水系統，最終形成的副產物為CaSO4·2H2O。

1.2 運行標準及運行效果

脫硫系統執行最新國家標準規定的同時，還應符合杭州市的大氣污染物排放標準要求。

脫硫系統驗收標準：窯尾煙囪的SO2排放濃度（脫硫前的SO2濃度≤500mg/Nm3，O2濃度含量基于10%）≤10mg/Nm3。

改造后，系統運行期間，脫硫塔進口SO2濃度值在220～360mg/Nm3范圍內變化，SO2排放濃度始終＜10mg/Nm3。在3臺循環泵全部開啟的情況下，測試SO2排放濃度始終＜5mg/Nm3，該項目完全可以滿足超凈排放的設計要求。2020年11月份對脫硫系統進行了檢測，其運行指標遠優于合同規定值。

2 濕法脫硫系統石膏脫水裝置介紹

2.1 石膏脫水裝置的構成

石膏脫水裝置主要由石膏旋流器、真空皮帶脫水機和氣液分離器、水環式真空泵、濾液水箱及石膏倉（庫）組成，如圖1所示。

圖1 石膏脫水裝置的構成及其工藝流程

（1）石膏旋流器

石膏旋流器安裝在真空皮帶脫水機的上部，利用強離心力實現石膏漿液的初步分離，可在各種負荷條件下，通過控制旋流子的數量，滿足入口最低漿液流量和壓力，或在漿液濃度變化（漿液濃度15%、20%、25%和30%）的條件下穩定運行。

（2）真空皮帶脫水機

真空皮帶脫水機是充分利用物料重力和真空吸力實現固液分離的高效設備，需高位布置，與石膏旋流器放置在同一建筑物的不同層面。

（3）真空泵

每臺真空皮帶脫水機配置1臺水環式真空泵泵，與皮帶機就近布置。

（4）石膏儲存庫

石膏脫水裝置設置一個石膏倉（庫），作為臨時存放脫硫石膏用。石膏倉（庫）下部設有石膏裝運通道，可定期外運。

2.2 石膏脫水工藝流程

來自吸收塔的石膏漿液經石膏排漿泵進入石膏旋流器，濃縮后的漿液再經過真空皮帶脫水機脫水，脫水的同時對石膏進行沖洗，以滿足石膏綜合利用的品質要求。脫水后石膏含水量＜15%（重量），送入石膏倉（庫）貯存。濾出液返回吸收塔作為補充水，以維持吸收塔內的液面平衡，或者定期將部分濾出液注入篦冷機以保持脫硫系統水質。旋流器的上清液送回吸收塔。具體流程見圖1。

石膏脫水裝置分為兩級，第一級為石膏旋流濃縮器，從旋流器至下級脫水設備的漿液固體含量為40%～50%；第二級為真空皮帶脫水機，經真空皮帶脫水機脫水，生成滿足設計要求的石膏餅，石膏濾液水進入濾液回收水箱，通過濾液水泵送入篦冷機系統或吸收塔循環利用。

石膏脫水系統配備相應的沖洗設施，當排出石膏的管線不運行時，沖洗設施即對管道進行沖洗。

3 石膏脫水裝置優化改進

真空皮帶脫水機一般需要高位布置，以便于石膏直接落入石膏倉（庫）儲存。傳統的石膏脫水裝置布置在脫硫綜合樓中，脫硫綜合樓為鋼筋混凝土結構，濾液水箱、皮帶脫水機、旋流器及各種水泵等分3～4層布置，土建成本大，設備安裝不方便，運行維護復雜且費用多。傳統石膏脫水裝置中石膏堆庫置于皮帶機下部，石膏就地儲存，需用鏟車或人工裝車外運，耗費人力，污染環境。整套裝置布置分散，占地面積大，工藝綜合成本較高，需從節約場地、簡化布局、方便運行維護等方面進行優化。

圖2為常規的濕法脫硫系統石膏脫水裝置設計圖。圖3為改進后的濕法脫硫系統石膏脫水裝置設計圖，圖4為改進后的石膏脫水裝置外觀圖。

圖2 常規的5 000t/d生產線濕法脫硫系統石膏脫水裝置

圖3 改進后的石膏脫水裝置結構

圖4 改進后的石膏脫水裝置外觀照片

本次改進主要包括以下兩個方面：

（1）取消了脫硫綜合樓

重新布置石膏脫水裝置，將石膏倉安裝在石膏倉框架上，石膏倉框架緊挨著事故漿液罐設置，石膏倉頂面及事故漿液罐頂面高度一致，在石膏倉及事故漿液罐的上表面安裝真空皮帶脫水機、氣液分離器及旋流器，真空皮帶脫水機的出料口位于石膏倉的上方，在石膏倉和事故漿液罐的上方設置鋼結構防雨棚。改進后的二級脫水部分位于同一樓層，簡化了管道，操作維護更加簡便；改進后的旋流器位于雨棚內部，改善了設備運行環境，尤其對于北方的用戶，避免了管道凍結風險。

（2）石膏堆庫（土建）改為石膏倉（鋼結構）

石膏倉固定框架由四根立柱圍合而成，固定框架分三層布置，第一層為卸料層，第二層為石膏倉支撐層，第三層為平臺支撐層；在卸料層立柱之間的框架上設有支撐橫梁，支撐橫梁的下方為貨車通道，支撐橫梁的上表面設有檢修平臺；頂部的平臺支撐層的上表面與事故漿液罐、石膏倉上表面平齊。改進后的石膏倉更有利于清潔生產。

4 結語

改進后的石膏脫水裝置省去了脫硫綜合樓和石膏堆庫，節約了一次性投資成本；布置緊湊，減少了占地面積，有利于脫硫系統總平面布置；事故漿液系統和石膏脫水系統緊鄰布置，減少了系統間的管道工程量，更有利于系統設備運行和維護檢修。■