水泥厂脱硫

点击数：4509发布：2016-09-30　来源： 四川天宇兴源环保科技有限公司

重庆**水泥有限公司窑尾烟气脱硫工程

四川天宇兴源环保科技有限公司

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二O一六年六月

一、概述

重庆**水泥有限公司现有一条2500 t/d新型干法水泥生产线，目前窑尾烟气SO₂排放浓度最高达500 mg/m³（工况），现要求窑尾烟气SO₂排放浓度小于100mg/m³。

   本项目厂区内另建有一套SNCR烟气脱硝系统，利用氨水作为还原剂，在分解炉高温区域内氨和氮氧化物反应，将氮氧化物降至300mg/m³以下。本工程拟采用高温氨法脱硫，通过氨水和SO₂反应，生成硫酸铵、硫酸氢铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵等硫酸根化合物，去除烟气中的SO₂，喷射位置位于C2/C3烟气出口管道。氨水的卸载和储存单元可以利用原有SNCR脱硝系统的设备，采用一体化的集成设备，不需要增加土建工程，安装简单方便，无需停窑，仅需脱硝系统短暂停机，将氨水接入脱硫集成设备内，不会造成氮氧化物超标，电气控制系统并入原有脱硝系统内，统一控制管理。

二、项目设计参数

2.1、设计基本参数

以下设计参数根据水泥生产线检测仪表记录而来，其他工艺参数设计时考虑严格于现有的工艺参数。

生产线烟气参数

2.2、物料介质主要参数

（1）脱硫剂：17%氨水

（2）电源

动力电源：三相五线制 380 V/ 220 V，50Hz

事故电源：直流 220 V

控制电源：直流 220 V或交流 220 V

（3）压缩空气

压力：0.4Mpa～0.6Mpa 

温度：常温

三、设计规范与标准

3.1、概述

本项目为重庆**水泥有限公司2500 t/d新型干法水泥生产线烟气脱硫工程，具体设计参数详见上述表格。

本工程采用高温氨法脱硫工艺，脱硫剂采用17%浓度的氨水溶液。脱硫系统运行方式为连续运行，该系统具有很高的可靠性和可用率，不会因为该系统的故障而导致水泥生产线停机。

我方提供安全可靠、技术先进、运行经济的，且能满足环境保护要求的脱硫系统。

3.2、规程与标准

脱硫装置的设计、制造、安装、调试、试运行等应符合相关的规范及标准。

脱硫系统的设计、供货、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等应符合相关的法律及规范。

工程中的工作语言为中文，所有的文件、图纸均用中文进行编写。 

3.3、设计目标

（1）脱硫项目采用先进、成熟、可靠的脱硫技术，布局合理、装备优良、运行经济，维护方便。

（2）在窑炉任何生产负荷范围内，以氨水为脱硫剂作为考核标准，废气中SO₂排放浓度不高于100mg/m³（工况，氧含量10%，干基）。

（3）脱硫系统设备管路密封良好，无泄漏。

（4）脱硫装置的调试、启停和运行应不影响水泥生产线的正常运行。

（5）车间布置留有足够的通道，包括施工、检修需要的吊装及运输通道。

（6）脱硫效率以及SO₂的排放达到环保部门规定要求，同时不影响水泥生产线的正常生产。

3.4、性能保证

在水泥窑炉上新建脱硫系统，其目的是为了确保锅炉烟气中SO₂的排放浓度在生产的任何情况低于环保局要求的排放浓度。

表格中计算数值依据业主方给定数据，氨水耗量为高温氨法脱硫系统连续运行，SO₂ 按最大值500mg/m³降至100 mg/m³的氨水（17%）理论耗量，实际使用过程中氨水耗量根据窑炉实际运行情况确定。

四、脱硫工艺介绍

4.1、工艺系统说明

4.1.1、SO₂的产生及排放过程

水泥窑系统中的硫是由原料和燃料带入的。原料中的硫以有机硫化物、硫化物（简单硫化物或者复硫化物如硫铁矿）或者硫酸盐的形式存在，单质硫可以忽略不计。原料中存在的硫酸盐在预热器系统通常不会形成SO₂ 气体，大体上都会进入窑系统。其中一部分硫酸盐会在窑内高温带发生分解，生成的SO₂ 气体随窑气向窑尾运动，在到达最低两级预热器等温度较低区域时，冷凝在温度较低的生料上，并随生料沉集一起进入窑内，形成一个在预热器和窑之间的循环，而未分解的硫酸盐则会随着熟料离开窑系统。原料中以其他形式存在的硫（主要以硫化物形式存在），则会在300~600℃被氧化生成SO₂气体，主要发生在五（四）级预热器的第二级旋风筒或者六级预热器的第三级旋风筒。在预分解窑系统内，燃料由窑头和分解炉喂入。分解炉燃料燃烧生成的SO₂会被分解炉存在的大量活性CaO吸收，生成的CaSO₄随物料经最低级旋风筒由窑尾烟室进入窑内。窑头喂入的燃料产生的SO₂气体会和硫酸盐在窑内高温带分解产生的SO₂气体经历类似的历程。

原料中的硫氧化产生的SO₂在通过上级旋风筒时会被部分吸收，其余则随废气一道从预热器排出。如果废气用于烘干原料，则SO₂在原料磨中进一步被吸收。在温度低于600℃的情况下，CaCO₃对SO₂的吸收效率要远低于CaO。上面两级预热器中CaCO₃分解率极低，且仅有少量CaO被烟气从高温部分带上去，因此吸收效率很低。再加上此时湿度较低以及排放前的停留时间较短，SO₂排放浓度可能很高。如果存在有机硫化物，其氧化行为与硫铁矿接近。

总之，新型干法水泥生产过程中的SO₂排放与燃料带入的硫和硫酸盐在预热器和窑之间的循环关系不大，而与原料中硫化物的量密切相关。

4.1.2、脱硫工艺基本原理

   目前水泥厂可以采用的脱硫技术主要包括干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫工艺包括反应剂喷注法、热生料喷注法等，半干法脱硫主要是喷雾干燥脱硫法，湿法脱硫包括氨法脱硫、双碱法脱硫、石灰石石膏法等脱硫工艺。

   反应剂喷注法是指将熟石灰喷入预热器系统适当位置，利用熟石灰与SO₂反应，生成亚硫酸钙，随物料进入窑系统，此后经历的过程与原料、燃料中带有的硫类似，在窑系统内部循环，未分解的硫酸钙排除窑系统，达到脱出SO₂的目的。基于SO₂的产生位置，脱硫剂的喷射位置一般位于C2/C3烟气出口管道上。

  热生料喷注法是将已分解的生料喂入预热器系统适当位置。已分解的生料中含有大量的CaO，CaO可以与SO₂反应生成硫酸钙。喷射的位置同样位于C2/C3的烟气出口管道。

  喷雾干燥脱硫法是一种湿法与干法相结合的脱硫工艺，将消化后的石灰石浆液喷入吸收塔，雾化后的小液滴中含有大量Ca(OH)₂颗粒，烟气中的SO₂会溶于溶液中反应被吸收。一般利用水泥厂的增湿塔作为吸收塔，未反应的Ca(OH)₂随着烟气进入尾部收尘后排出，生成的含硫化合物随窑灰进入生料磨。

   氨法脱硫目前广泛应用于电厂脱硫系统内，是一种高效、低成本的湿法脱硫工艺，脱硫效率可达95%以上。该工艺利用氨水吸收烟气中的SO₂生成亚硫酸铵，在富氧条件下亚硫酸铵会被氧化成硫酸铵，从而脱除烟气中的SO₂。该工艺在水泥厂具有很高的应用价值，水泥厂一般都建有SNCR脱硝系统，利用SNCR脱硝系统的氨水作为脱硫剂，可减少一次投资成本，运行管理方便。

   双碱法脱硫是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫，由于钠基脱硫剂碱性强，吸收二氧化硫后反应产物溶解度大，不会造成过饱和结晶，造成结垢堵塞问题。另一方面脱硫产物被排入再生池内用氢氧化钙进行还原再生，再生出的钠基脱硫剂再被打回脱硫塔循环使用。双碱法脱硫工艺应用在水泥厂脱硫时需要建设脱硫塔，一次投资成本较大。

   石灰石石膏法主要应用于火电厂的烟气脱硫工程，采用石灰石或石灰作为脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应从而被脱除，最终反应产物为石膏。一次投资成本过大，占地面积高，运行成本高，系统管理复杂，该工艺并不适用于水泥厂脱硫系统中。

   综上分析，本项目厂区内同时设有SNCR 脱硝系统，SNCR 脱硝系统利用氨水作为脱硫剂，为了降低成本，同时又能达到脱硫的效果，本项目采用氨法脱硫。利用氨水作为脱硫剂，喷入烟气系统内，使氨和SO₂ 反应，达到脱硫的目的，一般喷射位置选择C2/C3 烟气出口。

脱硫反应脱硫效率的主要影响因素有氨硫比、温度、脱硫剂与烟气混合程度等因素。

氨水在适合的喷射位置均匀的分配在烟气中，根据不同喷射形式和喷射系统任务，氨水液滴将被均匀的分布在反应区域的截面上。

脱硫反应氨硫比一般控制在2.5左右（按全部生成硫酸铵计算），喷氨量过大会导致较大的氨逃逸，对除尘设备造成一定腐蚀。选择合理的喷射位置，合适的喷氨量，将不会对后续处理设备造成影响。因此选取合适的的喷枪，合理的喷射角度及喷射距离就显得尤为重要。

4.2、氨法脱硫系统主要设备

氨法脱硫装置整套工艺是全机械化和自动运行的，主要包括4个分系统：

1）氨水卸载、储存系统

2）集成系统

3）喷射与监测系统

4）工艺的管理和控制系统

4.2.1、氨水卸载、储存系统

  氨水运输和储存需要特别的安全措施，槽车上的氨水经卸氨泵储存在储罐中，储存在立式的304不锈钢储罐中。为了防止由于过热引起的氨气的释放，储罐体以及其辅助设施采取遮阳防雨措施以避免阳光直晒和雨淋。安全起见，储罐不置于密闭的房间内。一般氨水储存量满足5~7天的氨水用量即可。

氨水储罐设有1个泵模块用来从槽车向储罐加注氨水（PMF），该模块同时还可以用于紧急排水或为罐体维修时做排液准备。

氨水储存罐、卸氨泵站利用原有脱硝系统的设备，不另增加。

4.2.2、集成系统

  集成系统包括氨水的输送系统、计量分配系统以及电气控制系统，是整个脱硫工艺的核心。由于本项目脱硫系统不是连续运行，仅设置一台泵，将氨水输送至喷射模块。输送系统包含必要的阀门、止回阀、过滤器、压力表。计量分配系统用来测量和控制正常运行时需要的脱硫剂量的组件被装配在给料分配模块中，这些模块配有一个控制阀和一个流量变送器，用来自动控制到喷枪的脱硫剂溶液总流量。

  另外，计量分配系统还包括手动阀门、气动控制阀门。可以方便灵活地控制每根喷枪的实际流量，以便于获得更加均匀的流场分布。在分配柜中还设置有压力开关及阀门，可以实时监控整个分配柜的运行状态，保障系统安全运行。

4.2.3、脱硫剂喷射系统

  喷射系统由压缩空气减压模块、压缩空气环管、氨水环管、喷枪组成，喷枪布置在C2/C3出口烟气管道内，共布置4支喷枪，侧方向喷入，所有脱硫剂的流量平均分配到每一只喷枪内，保证最佳的雾化效果，最大的覆盖面积。   喷枪采用双流体喷嘴内部混合。每支喷枪由外部的压缩空气管和靠内部的氨水溶液管组成。内部管与外部管相连接，外部管通过卡套接头与喷枪套管连接。喷枪具有极高的穿透力，还可以调节喷雾效果和液滴的尺寸。对于有角度的喷枪，喷射角度可以在运行期间进行改变。喷枪没有可移动部件，只有外部管是可以活动的。在现场可以通过调节外部管以获得不同的喷雾形式。

固定安装的喷枪通过外缠不锈钢的聚四氟乙烯软管向炉窑内喷射氨水。

标准的喷枪的外径为22mm，并且通过5/4”的快速接头直接连接。喷枪的最小外径可达12mm。标准的喷枪可以安装在1-?”的滑动管上，用于自动伸缩系统。喷枪安装时，调整好正确的插入深度和喷雾效果后，使用卡套接头在相应的位置进行固定。需要维护喷枪时，打开快速接头即可卸下喷枪，重新插入时无需再次调整。

根据项目实际情况进行喷枪的专门设计，可以生产单一或多重喷雾、无角度或带角度以及扇形喷雾，也可以根据具体的项目设计雾滴的大小。对于更为恶劣的使用环境，喷枪还可以安装一个可选择的护套，材质为耐热的不锈钢。

对于规模较大的系统，用于控制和监测喷枪的设备可以组装在单独的喷射模块内。小系统则会与给料分配系统结合在一起。

-HOPE喷枪组件

喷枪位置位于C2/C3烟道出口，共设置4支喷枪，氨水被平均分配到每支喷枪内，保证脱硫剂充分覆盖整个烟道。

制和管4.2.4、控理系统

喷枪位置位于C2/C3烟道出口，共设置4支喷枪，氨水被平均分配到每支喷枪内，保证脱硫剂充分覆盖整个烟道。

4、24控制和管理系统

1）一个标准的 “分布式计算机控制模块”，安装在储罐区域或统一布置于厂区配电室内。

2）脱硫控制系统并入原有脱硝系统内。

本套脱硫系统控制可并入原有电气系统中

“分布式计算机控制模块”包括带有运行程序的PLC和一个有触摸屏的人机界面。它接收来自炉窑和其附属控制柜的二进制信号和模拟信号，通过换算，为还原反应提供设定值并且和子控制柜以及中控室进行交流。PLC可以直接与全厂DCS进行通信。 PLC操作将由触摸屏实现。工艺图片用于操作和系统管理。这些图片使操作更加容易直观，常用命令基本都在界面上给出并通过按钮即可操作。必要的工艺数据在操作终端上显示并传送到厂区DCS上进行正常监视。

“分布式计算机控制模块”还包括脱硫剂输送模块和计量输送系统的调节和处理功能。触摸屏用来向系统发出指令，还可以查看系统运行信息等。PLC里的运行程序记录了工艺参数、运行生成的曲线以及处理运行图片，报警等。分布式计算机控制模块主要的分布式计算机控制模块经常布置在罐区，需要防尘、防水，但同时也可以布置在专门的电气设备间，中控室或者分解炉的给料和喷射设备附近。

脱硫控制系统也可并入原有脱硝系统中，利用原有的控制柜及PLC模块，若模块不足可以根据需要扩展，模块补充部分费用已经包括在本案报价中，本工程采用该种方式。

 五、设备清单