水泥廠脫硫

點擊數：5659發布：2016-09-30　來源： 四川天宇興源環保科技有限公司

重慶**水泥有限公司窯尾煙氣脫硫工程

四川天宇興源環保科技有限公司

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二O一六年六月

一、概述

重慶**水泥有限公司現有一條2500 t/d新型干法水泥生產線，目前窯尾煙氣SO₂排放濃度最高達500 mg/m³（工況），現要求窯尾煙氣SO₂排放濃度小于100mg/m³。

   本項目廠區內另建有一套SNCR煙氣脫硝系統，利用氨水作為還原劑，在分解爐高溫區域內氨和氮氧化物反應，將氮氧化物降至300mg/m³以下。本工程擬采用高溫氨法脫硫，通過氨水和SO₂反應，生成硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨等硫酸根化合物，去除煙氣中的SO₂，噴射位置位于C2/C3煙氣出口管道。氨水的卸載和儲存單元可以利用原有SNCR脫硝系統的設備，采用一體化的集成設備，不需要增加土建工程，安裝簡單方便，無需停窯，僅需脫硝系統短暫停機，將氨水接入脫硫集成設備內，不會造成氮氧化物超標，電氣控制系統并入原有脫硝系統內，統一控制管理。

二、項目設計參數

2.1、設計基本參數

以下設計參數根據水泥生產線檢測儀表記錄而來，其他工藝參數設計時考慮嚴格于現有的工藝參數。

生產線煙氣參數

2.2、物料介質主要參數

（1）脫硫劑：17%氨水

（2）電源

動力電源：三相五線制 380 V/ 220 V，50Hz

事故電源：直流 220 V

控制電源：直流 220 V或交流 220 V

（3）壓縮空氣

壓力：0.4Mpa～0.6Mpa 

溫度：常溫

三、設計規范與標準

3.1、概述

本項目為重慶**水泥有限公司2500 t/d新型干法水泥生產線煙氣脫硫工程，具體設計參數詳見上述表格。

本工程采用高溫氨法脫硫工藝，脫硫劑采用17%濃度的氨水溶液。脫硫系統運行方式為連續運行，該系統具有很高的可靠性和可用率，不會因為該系統的故障而導致水泥生產線停機。

我方提供安全可靠、技術先進、運行經濟的，且能滿足環境保護要求的脫硫系統。

3.2、規程與標準

脫硫裝置的設計、制造、安裝、調試、試運行等應符合相關的規范及標準。

脫硫系統的設計、供貨、調試、試驗及檢查、試運行、考核、最終交付等應符合相關的法律及規范。

工程中的工作語言為中文，所有的文件、圖紙均用中文進行編寫。 

3.3、設計目標

（1）脫硫項目采用先進、成熟、可靠的脫硫技術，布局合理、裝備優良、運行經濟，維護方便。

（2）在窯爐任何生產負荷范圍內，以氨水為脫硫劑作為考核標準，廢氣中SO₂排放濃度不高于100mg/m³（工況，氧含量10%，干基）。

（3）脫硫系統設備管路密封良好，無泄漏。

（4）脫硫裝置的調試、啟停和運行應不影響水泥生產線的正常運行。

（5）車間布置留有足夠的通道，包括施工、檢修需要的吊裝及運輸通道。

（6）脫硫效率以及SO₂的排放達到環保部門規定要求，同時不影響水泥生產線的正常生產。

3.4、性能保證

在水泥窯爐上新建脫硫系統，其目的是為了確保鍋爐煙氣中SO₂的排放濃度在生產的任何情況低于環保局要求的排放濃度。

表格中計算數值依據業主方給定數據，氨水耗量為高溫氨法脫硫系統連續運行，SO₂ 按最大值500mg/m³降至100 mg/m³的氨水（17%）理論耗量，實際使用過程中氨水耗量根據窯爐實際運行情況確定。

四、脫硫工藝介紹

4.1、工藝系統說明

4.1.1、SO₂的產生及排放過程

水泥窯系統中的硫是由原料和燃料帶入的。原料中的硫以有機硫化物、硫化物（簡單硫化物或者復硫化物如硫鐵礦）或者硫酸鹽的形式存在，單質硫可以忽略不計。原料中存在的硫酸鹽在預熱器系統通常不會形成SO₂ 氣體，大體上都會進入窯系統。其中一部分硫酸鹽會在窯內高溫帶發生分解，生成的SO₂ 氣體隨窯氣向窯尾運動，在到達最低兩級預熱器等溫度較低區域時，冷凝在溫度較低的生料上，并隨生料沉集一起進入窯內，形成一個在預熱器和窯之間的循環，而未分解的硫酸鹽則會隨著熟料離開窯系統。原料中以其他形式存在的硫（主要以硫化物形式存在），則會在300~600℃被氧化生成SO₂氣體，主要發生在五（四）級預熱器的第二級旋風筒或者六級預熱器的第三級旋風筒。在預分解窯系統內，燃料由窯頭和分解爐喂入。分解爐燃料燃燒生成的SO₂會被分解爐存在的大量活性CaO吸收，生成的CaSO₄隨物料經最低級旋風筒由窯尾煙室進入窯內。窯頭喂入的燃料產生的SO₂氣體會和硫酸鹽在窯內高溫帶分解產生的SO₂氣體經歷類似的歷程。

原料中的硫氧化產生的SO₂在通過上級旋風筒時會被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO₂在原料磨中進一步被吸收。在溫度低于600℃的情況下，CaCO₃對SO₂的吸收效率要遠低于CaO。上面兩級預熱器中CaCO₃分解率極低，且僅有少量CaO被煙氣從高溫部分帶上去，因此吸收效率很低。再加上此時濕度較低以及排放前的停留時間較短，SO₂排放濃度可能很高。如果存在有機硫化物，其氧化行為與硫鐵礦接近。

總之，新型干法水泥生產過程中的SO₂排放與燃料帶入的硫和硫酸鹽在預熱器和窯之間的循環關系不大，而與原料中硫化物的量密切相關。

4.1.2、脫硫工藝基本原理

   目前水泥廠可以采用的脫硫技術主要包括干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫工藝包括反應劑噴注法、熱生料噴注法等，半干法脫硫主要是噴霧干燥脫硫法，濕法脫硫包括氨法脫硫、雙堿法脫硫、石灰石石膏法等脫硫工藝。

   反應劑噴注法是指將熟石灰噴入預熱器系統適當位置，利用熟石灰與SO₂反應，生成亞硫酸鈣，隨物料進入窯系統，此后經歷的過程與原料、燃料中帶有的硫類似，在窯系統內部循環，未分解的硫酸鈣排除窯系統，達到脫出SO₂的目的。基于SO₂的產生位置，脫硫劑的噴射位置一般位于C2/C3煙氣出口管道上。

  熱生料噴注法是將已分解的生料喂入預熱器系統適當位置。已分解的生料中含有大量的CaO，CaO可以與SO₂反應生成硫酸鈣。噴射的位置同樣位于C2/C3的煙氣出口管道。

  噴霧干燥脫硫法是一種濕法與干法相結合的脫硫工藝，將消化后的石灰石漿液噴入吸收塔，霧化后的小液滴中含有大量Ca(OH)₂顆粒，煙氣中的SO₂會溶于溶液中反應被吸收。一般利用水泥廠的增濕塔作為吸收塔，未反應的Ca(OH)₂隨著煙氣進入尾部收塵后排出，生成的含硫化合物隨窯灰進入生料磨。

   氨法脫硫目前廣泛應用于電廠脫硫系統內，是一種高效、低成本的濕法脫硫工藝，脫硫效率可達95%以上。該工藝利用氨水吸收煙氣中的SO₂生成亞硫酸銨，在富氧條件下亞硫酸銨會被氧化成硫酸銨，從而脫除煙氣中的SO₂。該工藝在水泥廠具有很高的應用價值，水泥廠一般都建有SNCR脫硝系統，利用SNCR脫硝系統的氨水作為脫硫劑，可減少一次投資成本，運行管理方便。

   雙堿法脫硫是采用鈉基脫硫劑進行塔內脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應產物溶解度大，不會造成過飽和結晶，造成結垢堵塞問題。另一方面脫硫產物被排入再生池內用氫氧化鈣進行還原再生，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔循環使用。雙堿法脫硫工藝應用在水泥廠脫硫時需要建設脫硫塔，一次投資成本較大。

   石灰石石膏法主要應用于火電廠的煙氣脫硫工程，采用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑，石灰石經破碎磨細成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當采用石灰為吸收劑時，石灰粉經消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內，吸收漿液與煙氣觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應從而被脫除，最終反應產物為石膏。一次投資成本過大，占地面積高，運行成本高，系統管理復雜，該工藝并不適用于水泥廠脫硫系統中。

   綜上分析，本項目廠區內同時設有SNCR 脫硝系統，SNCR 脫硝系統利用氨水作為脫硫劑，為了降低成本，同時又能達到脫硫的效果，本項目采用氨法脫硫。利用氨水作為脫硫劑，噴入煙氣系統內，使氨和SO₂ 反應，達到脫硫的目的，一般噴射位置選擇C2/C3 煙氣出口。

脫硫反應脫硫效率的主要影響因素有氨硫比、溫度、脫硫劑與煙氣混合程度等因素。

氨水在適合的噴射位置均勻的分配在煙氣中，根據不同噴射形式和噴射系統任務，氨水液滴將被均勻的分布在反應區域的截面上。

脫硫反應氨硫比一般控制在2.5左右（按全部生成硫酸銨計算），噴氨量過大會導致較大的氨逃逸，對除塵設備造成一定腐蝕。選擇合理的噴射位置，合適的噴氨量，將不會對后續處理設備造成影響。因此選取合適的的噴槍，合理的噴射角度及噴射距離就顯得尤為重要。

4.2、氨法脫硫系統主要設備

氨法脫硫裝置整套工藝是全機械化和自動運行的，主要包括4個分系統：

1）氨水卸載、儲存系統

2）集成系統

3）噴射與監測系統

4）工藝的管理和控制系統

4.2.1、氨水卸載、儲存系統

  氨水運輸和儲存需要特別的安全措施，槽車上的氨水經卸氨泵儲存在儲罐中，儲存在立式的304不銹鋼儲罐中。為了防止由于過熱引起的氨氣的釋放，儲罐體以及其輔助設施采取遮陽防雨措施以避免陽光直曬和雨淋。安全起見，儲罐不置于密閉的房間內。一般氨水儲存量滿足5~7天的氨水用量即可。

氨水儲罐設有1個泵模塊用來從槽車向儲罐加注氨水（PMF），該模塊同時還可以用于緊急排水或為罐體維修時做排液準備。

氨水儲存罐、卸氨泵站利用原有脫硝系統的設備，不另增加。

4.2.2、集成系統

  集成系統包括氨水的輸送系統、計量分配系統以及電氣控制系統，是整個脫硫工藝的核心。由于本項目脫硫系統不是連續運行，僅設置一臺泵，將氨水輸送至噴射模塊。輸送系統包含必要的閥門、止回閥、過濾器、壓力表。計量分配系統用來測量和控制正常運行時需要的脫硫劑量的組件被裝配在給料分配模塊中，這些模塊配有一個控制閥和一個流量變送器，用來自動控制到噴槍的脫硫劑溶液總流量。

  另外，計量分配系統還包括手動閥門、氣動控制閥門。可以方便靈活地控制每根噴槍的實際流量，以便于獲得更加均勻的流場分布。在分配柜中還設置有壓力開關及閥門，可以實時監控整個分配柜的運行狀態，保障系統安全運行。

4.2.3、脫硫劑噴射系統

  噴射系統由壓縮空氣減壓模塊、壓縮空氣環管、氨水環管、噴槍組成，噴槍布置在C2/C3出口煙氣管道內，共布置4支噴槍，側方向噴入，所有脫硫劑的流量平均分配到每一只噴槍內，保證最佳的霧化效果，最大的覆蓋面積。   噴槍采用雙流體噴嘴內部混合。每支噴槍由外部的壓縮空氣管和靠內部的氨水溶液管組成。內部管與外部管相連接，外部管通過卡套接頭與噴槍套管連接。噴槍具有極高的穿透力，還可以調節噴霧效果和液滴的尺寸。對于有角度的噴槍，噴射角度可以在運行期間進行改變。噴槍沒有可移動部件，只有外部管是可以活動的。在現場可以通過調節外部管以獲得不同的噴霧形式。

固定安裝的噴槍通過外纏不銹鋼的聚四氟乙烯軟管向爐窯內噴射氨水。

標準的噴槍的外徑為22mm，并且通過5/4”的快速接頭直接連接。噴槍的最小外徑可達12mm。標準的噴槍可以安裝在1-?”的滑動管上，用于自動伸縮系統。噴槍安裝時，調整好正確的插入深度和噴霧效果后，使用卡套接頭在相應的位置進行固定。需要維護噴槍時，打開快速接頭即可卸下噴槍，重新插入時無需再次調整。

根據項目實際情況進行噴槍的專門設計，可以生產單一或多重噴霧、無角度或帶角度以及扇形噴霧，也可以根據具體的項目設計霧滴的大小。對于更為惡劣的使用環境，噴槍還可以安裝一個可選擇的護套，材質為耐熱的不銹鋼。

對于規模較大的系統，用于控制和監測噴槍的設備可以組裝在單獨的噴射模塊內。小系統則會與給料分配系統結合在一起。

-HOPE噴槍組件

噴槍位置位于C2/C3煙道出口，共設置4支噴槍，氨水被平均分配到每支噴槍內，保證脫硫劑充分覆蓋整個煙道。

制和管4.2.4、控理系統

噴槍位置位于C2/C3煙道出口，共設置4支噴槍，氨水被平均分配到每支噴槍內，保證脫硫劑充分覆蓋整個煙道。

4、24控制和管理系統

1）一個標準的 “分布式計算機控制模塊”，安裝在儲罐區域或統一布置于廠區配電室內。

2）脫硫控制系統并入原有脫硝系統內。

本套脫硫系統控制可并入原有電氣系統中

“分布式計算機控制模塊”包括帶有運行程序的PLC和一個有觸摸屏的人機界面。它接收來自爐窯和其附屬控制柜的二進制信號和模擬信號，通過換算，為還原反應提供設定值并且和子控制柜以及中控室進行交流。PLC可以直接與全廠DCS進行通信。 PLC操作將由觸摸屏實現。工藝圖片用于操作和系統管理。這些圖片使操作更加容易直觀，常用命令基本都在界面上給出并通過按鈕即可操作。必要的工藝數據在操作終端上顯示并傳送到廠區DCS上進行正常監視。

“分布式計算機控制模塊”還包括脫硫劑輸送模塊和計量輸送系統的調節和處理功能。觸摸屏用來向系統發出指令，還可以查看系統運行信息等。PLC里的運行程序記錄了工藝參數、運行生成的曲線以及處理運行圖片，報警等。分布式計算機控制模塊主要的分布式計算機控制模塊經常布置在罐區，需要防塵、防水，但同時也可以布置在專門的電氣設備間，中控室或者分解爐的給料和噴射設備附近。

脫硫控制系統也可并入原有脫硝系統中，利用原有的控制柜及PLC模塊，若模塊不足可以根據需要擴展，模塊補充部分費用已經包括在本案報價中，本工程采用該種方式。

 五、設備清單