技术 | 烟气湿法脱硫系统简介及石膏脱水装置的改进

引言

杭州富阳某5000t/d水泥熟料生产线，石灰质原料采用当地石灰岩矿区的石灰石，矿石中的含硫量不稳定，SO₃值在0.11％～0.20％之间变化，进厂石灰石的化学成分如表1所示。据测算，该生产线生料磨停运时，SO₂排放浓度最高值可达500mg/Nm3，生料磨正常运行时，SO₂排放浓度在300mg/Nm3左右。

表1 进厂石灰石的化学成分

2020年11月，浙江省生态环境厅发布的《浙江省水泥行业超低排放改造实施方案》中规定，2025年6月底前，水泥窑及窑尾余热利用系统烟气SO₂的排放浓度≯35mg/Nm3。为实现SO₂超低排放，达到环保要求，该生产线配置了湿法脱硫系统。

1.1 系统简介

该水泥生产线采用“石灰石-石膏”湿法脱硫工艺，窑尾废烟气经窑尾大布袋除尘器除尘后，通过窑尾排风机接入脱硫系统，脱硫后的净烟气再返回至窑尾烟囱排放到大气。该湿法脱硫系统使用窑尾大布袋收尘器收集的窑灰作为吸收剂，烟气进入吸收塔与喷淋的石灰浆液逆向接触，发生化学反应，除去烟气中的SO₂。吸收塔上部设有三级高效除雾器，经过脱硫处理的烟气通过除雾器后，除去清洁烟气中所携带的雾滴。

同时，脱硫塔底部也在以强制氧化的方式将亚硫酸钙氧化成硫酸钙(石膏的雏形)，氧化后生成的硫酸钙溶液通过石膏排浆泵排出，进入终端的石膏脱水系统，最终形成的副产物为CaSO₄·2H₂O。

1.2 运行标准及运行效果

脱硫系统执行最新国家标准规定的同时，还应符合杭州市的大气污染物排放标准要求。

脱硫系统验收标准：窑尾烟囱的SO₂排放浓度(脱硫前的SO₂浓度≤500mg/Nm3，O₂浓度含量基于10％)≤10mg/Nm3。

改造后，系统运行期间，脱硫塔进口SO₂浓度值在220～360mg/Nm3范围内变化，SO₂排放浓度始终<10mg/Nm3。在3台循环泵全部开启的情况下，测试SO₂排放浓度始终<5mg/Nm3，该项目完全可以满足超净排放的设计要求。2020年11月份对脱硫系统进行了检测，其运行指标远优于合同规定值。

2.1 石膏脱水装置的构成

石膏脱水装置主要由石膏旋流器、真空皮带脱水机和气液分离器、水环式真空泵、滤液水箱及石膏仓(库)组成，如图1所示。

图1 石膏脱水装置的构成及其工艺流程

(1)石膏旋流器

石膏旋流器安装在真空皮带脱水机的上部，利用强离心力实现石膏浆液的初步分离，可在各种负荷条件下，通过控制旋流子的数量，满足入口最低浆液流量和压力，或在浆液浓度变化(浆液浓度15％、20％、25％和30％)的条件下稳定运行。

(2)真空皮带脱水机

真空皮带脱水机是充分利用物料重力和真空吸力实现同液分离的高效设备．需高位布置，与石膏旋流器放置在同一建筑物的不同层面。

(3)真空泵

每台真空皮带脱水机配置l台水环式真空泵泵，与皮带机就近布置。

(4)石膏储存库

石膏脱水装置设置一个石膏仓(库)，作为临时存放脱硫石膏用。石膏仓(库)下部设有石膏装运通道，可定期外运。

2.2 石膏脱水工艺流程

来自吸收塔的石膏浆液经石膏排浆泵进入石膏旋流器，浓缩后的浆液再经过真空皮带脱水机脱水，脱水的同时对石膏进行冲洗，以满足石膏综合利用的品质要求。脱水后石膏含水量<15％(重量)，送入石膏仓(库)贮存。滤出液返回吸收塔作为补充水，以维持吸收塔内的液面平衡，或者定期将部分滤出液注入篦冷机以保持脱硫系统水质。旋流器的上清液送回吸收塔。具体流程见图1。

石膏脱水装置分为两级，第一级为石膏旋流浓缩器，从旋流器至下级脱水设备的浆液固体含量为40％～50％；第二级为真空皮带脱水机，经真空皮带脱水机脱水，生成满足设计要求的石膏饼，石膏滤液水进入滤液回收水箱，通过滤液水泵送入篦冷机系统或吸收塔循环利用。

石膏脱水系统配备相应的冲洗设施，当排出石膏的管线不运行时，冲洗设施即对管道进行冲洗。

真空皮带脱水机一般需要高位布置，以便于石膏直接落入石膏仓(库)储存。传统的石膏脱水装置布置在脱硫综合楼中，脱硫综合楼为钢筋混凝土结构，滤液水箱、皮带脱水机、旋流器及各种水泵等分3～4层布置，土建成本大，设备安装不方便，运行维护复杂且费用多。传统石膏脱水装置中石膏堆库置于皮带机下部，石膏就地储存，需用铲车或人工装车外运，耗费人力，污染环境。整套装置布置分散，占地面积大，工艺综合成本较高，需从节约场地、简化布局、方便运行维护等方面进行优化。

图2为常规的湿法脱硫系统石膏脱水装置设计图。图3为改进后的湿法脱硫系统石膏脱水装置设计图，图4为改进后的石膏脱水装置外观图。

本次改进主要包括以下两个方面：

(1)取消了脱硫综合楼

重新布置石膏脱水装置，将石膏仓安装在石膏仓框架上，石膏仓框架紧挨着事故浆液罐设置，石膏仓顶面及事故浆液罐顶面高度一致，在石膏仓及事故浆液罐的上表面安装真空皮带脱水机、气液分离器及旋流器，真空皮带脱水机的出料口位于石膏仓的上方，在石膏仓和事故浆液罐的上方设置钢结构防雨棚。改进后的二级脱水部分位于同一楼层，简化了管道，操作维护更加简便；改进后的旋流器位于雨棚内部，改善了设备运行环境，尤其对于北方的用户。避免了管道冻结风险。

(2)石膏堆库(土建)改为石膏仓(钢结构)

石膏仓同定框架南四根立柱围合而成，同定框架分三层布置，第一层为卸料层，第二层为石膏仓支撑层，第三层为平台支撑层；在卸料层立柱之间的框架上设有支撑横梁，支撑横梁的下方为货车通道，支撑横梁的上表面设有检修平台；顶部的平台支撑层的上表面与事故浆液罐、石膏仓上表面平齐。改进后的石膏仓更有利于清洁生产。

改进后的石膏脱水装置省去了脱硫综合楼和石膏堆库，节约了一次性投资成本；布置紧凑，减少了占地面积，有利于脱硫系统总平面布置；事故浆液系统和石膏脱水系统紧邻布置，减少了系统间的管道工程量，更有利于系统设备运行和维护检修。

作者：金志民1，王道斌2，张熙格2，张舒予2

来源：《1杭州三亚南方水泥有限公司；2中材工程研究中心有限公司》

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