水泥廠脫硫

點(diǎn)擊數(shù)：4513發(fā)布：2016-09-30　來源： 四川天宇興源環(huán)保科技有限公司

重慶**水泥有限公司窯尾煙氣脫硫工程

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二O一六年六月

一、概述

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

   本項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)另建有一套SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)，利用氨水作為還原劑，在分解爐高溫區(qū)域內(nèi)氨和氮氧化物反應(yīng)，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(yīng)，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(chǔ)存單元可以利用原有SNCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)備，采用一體化的集成設(shè)備，不需要增加土建工程，安裝簡(jiǎn)單方便，無需停窯，僅需脫硝系統(tǒng)短暫停機(jī)，將氨水接入脫硫集成設(shè)備內(nèi)，不會(huì)造成氮氧化物超標(biāo)，電氣控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi)，統(tǒng)一控制管理。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1、設(shè)計(jì)基本參數(shù)

以下設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)水泥生產(chǎn)線檢測(cè)儀表記錄而來，其他工藝參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)考慮嚴(yán)格于現(xiàn)有的工藝參數(shù)。

生產(chǎn)線煙氣參數(shù)

2.2、物料介質(zhì)主要參數(shù)

（1）脫硫劑：17%氨水

（2）電源

動(dòng)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(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

3.1、概述

本項(xiàng)目為重慶**水泥有限公司2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線煙氣脫硫工程，具體設(shè)計(jì)參數(shù)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(tǒng)運(yùn)行方式為連續(xù)運(yùn)行，該系統(tǒng)具有很高的可靠性和可用率，不會(huì)因?yàn)樵撓到y(tǒng)的故障而導(dǎo)致水泥生產(chǎn)線停機(jī)。

我方提供安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的，且能滿足環(huán)境保護(hù)要求的脫硫系統(tǒng)。

3.2、規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)

脫硫裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、試運(yùn)行等應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、供貨、調(diào)試、試驗(yàn)及檢查、試運(yùn)行、考核、最終交付等應(yīng)符合相關(guān)的法律及規(guī)范。

工程中的工作語言為中文，所有的文件、圖紙均用中文進(jìn)行編寫。 

3.3、設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）脫硫項(xiàng)目采用先進(jìn)、成熟、可靠的脫硫技術(shù)，布局合理、裝備優(yōu)良、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，維護(hù)方便。

（2）在窯爐任何生產(chǎn)負(fù)荷范圍內(nèi)，以氨水為脫硫劑作為考核標(biāo)準(zhǔn)，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(tǒng)設(shè)備管路密封良好，無泄漏。

（4）脫硫裝置的調(diào)試、啟停和運(yùn)行應(yīng)不影響水泥生產(chǎn)線的正常運(yùn)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(yùn)輸通道。

（6）脫硫效率以及SO₂的排放達(dá)到環(huán)保部門規(guī)定要求，同時(shí)不影響水泥生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。

3.4、性能保證

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

表格中計(jì)算數(shù)值依據(jù)業(yè)主方給定數(shù)據(jù)，氨水耗量為高溫氨法脫硫系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，SO₂ 按最大值500mg/m³降至100 mg/m³的氨水（17%）理論耗量，實(shí)際使用過程中氨水耗量根據(jù)窯爐實(shí)際運(yùn)行情況確定。

四、脫硫工藝介紹

4.1、工藝系統(tǒng)說明

4.1.1、SO₂的產(chǎn)生及排放過程

水泥窯系統(tǒng)中的硫是由原料和燃料帶入的。原料中的硫以有機(jī)硫化物、硫化物（簡(jiǎn)單硫化物或者復(fù)硫化物如硫鐵礦）或者硫酸鹽的形式存在，單質(zhì)硫可以忽略不計(jì)。原料中存在的硫酸鹽在預(yù)熱器系統(tǒng)通常不會(huì)形成SO₂ 氣體，大體上都會(huì)進(jìn)入窯系統(tǒng)。其中一部分硫酸鹽會(huì)在窯內(nèi)高溫帶發(fā)生分解，生成的SO₂ 氣體隨窯氣向窯尾運(yùn)動(dòng)，在到達(dá)最低兩級(jí)預(yù)熱器等溫度較低區(qū)域時(shí)，冷凝在溫度較低的生料上，并隨生料沉集一起進(jìn)入窯內(nèi)，形成一個(gè)在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)，而未分解的硫酸鹽則會(huì)隨著熟料離開窯系統(tǒng)。原料中以其他形式存在的硫（主要以硫化物形式存在），則會(huì)在300~600℃被氧化生成SO₂氣體，主要發(fā)生在五（四）級(jí)預(yù)熱器的第二級(jí)旋風(fēng)筒或者六級(jí)預(yù)熱器的第三級(jí)旋風(fēng)筒。在預(yù)分解窯系統(tǒng)內(nèi)，燃料由窯頭和分解爐喂入。分解爐燃料燃燒生成的SO₂會(huì)被分解爐存在的大量活性CaO吸收，生成的CaSO₄隨物料經(jīng)最低級(jí)旋風(fēng)筒由窯尾煙室進(jìn)入窯內(nèi)。窯頭喂入的燃料產(chǎn)生的SO₂氣體會(huì)和硫酸鹽在窯內(nèi)高溫帶分解產(chǎn)生的SO₂氣體經(jīng)歷類似的歷程。

原料中的硫氧化產(chǎn)生的SO₂在通過上級(jí)旋風(fēng)筒時(shí)會(huì)被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預(yù)熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO₂在原料磨中進(jìn)一步被吸收。在溫度低于600℃的情況下，CaCO₃對(duì)SO₂的吸收效率要遠(yuǎn)低于CaO。上面兩級(jí)預(yù)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(shí)濕度較低以及排放前的停留時(shí)間較短，SO₂排放濃度可能很高。如果存在有機(jī)硫化物，其氧化行為與硫鐵礦接近。

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

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(shù)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(yīng)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(yīng)劑噴注法是指將熟石灰噴入預(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置，利用熟石灰與SO₂反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，隨物料進(jìn)入窯系統(tǒng)，此后經(jīng)歷的過程與原料、燃料中帶有的硫類似，在窯系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，未分解的硫酸鈣排除窯系統(tǒng)，達(dá)到脫出SO₂的目的?；?/span>SO₂的產(chǎn)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(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置。已分解的生料中含有大量的CaO，CaO可以與SO₂反應(yīng)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(jié)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(huì)溶于溶液中反應(yīng)被吸收。一般利用水泥廠的增濕塔作為吸收塔，未反應(yīng)的Ca(OH)₂隨著煙氣進(jìn)入尾部收塵后排出，生成的含硫化合物隨窯灰進(jìn)入生料磨。

   氨法脫硫目前廣泛應(yīng)用于電廠脫硫系統(tǒng)內(nèi)，是一種高效、低成本的濕法脫硫工藝，脫硫效率可達(dá)95%以上。該工藝?yán)冒彼諢煔庵械?/span>SO₂生成亞硫酸銨，在富氧條件下亞硫酸銨會(huì)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(yīng)用價(jià)值，水泥廠一般都建有SNCR脫硝系統(tǒng)，利用SNCR脫硝系統(tǒng)的氨水作為脫硫劑，可減少一次投資成本，運(yùn)行管理方便。

   雙堿法脫硫是采用鈉基脫硫劑進(jìn)行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強(qiáng)，吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大，不會(huì)造成過飽和結(jié)晶，造成結(jié)垢堵塞問題。另一方面脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用氫氧化鈣進(jìn)行還原再生，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝應(yīng)用在水泥廠脫硫時(shí)需要建設(shè)脫硫塔，一次投資成本較大。

   石灰石石膏法主要應(yīng)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(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當(dāng)采用石灰為吸收劑時(shí)，石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。一次投資成本過大，占地面積高，運(yùn)行成本高，系統(tǒng)管理復(fù)雜，該工藝并不適用于水泥廠脫硫系統(tǒng)中。

   綜上分析，本項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)同時(shí)設(shè)有SNCR 脫硝系統(tǒng)，SNCR 脫硝系統(tǒng)利用氨水作為脫硫劑，為了降低成本，同時(shí)又能達(dá)到脫硫的效果，本項(xiàng)目采用氨法脫硫。利用氨水作為脫硫劑，噴入煙氣系統(tǒng)內(nèi)，使氨和SO₂ 反應(yīng)，達(dá)到脫硫的目的，一般噴射位置選擇C2/C3 煙氣出口。

脫硫反應(yīng)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(jù)不同噴射形式和噴射系統(tǒng)任務(wù)，氨水液滴將被均勻的分布在反應(yīng)區(qū)域的截面上。

脫硫反應(yīng)氨硫比一般控制在2.5左右（按全部生成硫酸銨計(jì)算），噴氨量過大會(huì)導(dǎo)致較大的氨逃逸，對(duì)除塵設(shè)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(huì)對(duì)后續(xù)處理設(shè)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(tǒng)主要設(shè)備

氨法脫硫裝置整套工藝是全機(jī)械化和自動(dòng)運(yùn)行的，主要包括4個(gè)分系統(tǒng)：

1）氨水卸載、儲(chǔ)存系統(tǒng)

2）集成系統(tǒng)

3）噴射與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4）工藝的管理和控制系統(tǒng)

4.2.1、氨水卸載、儲(chǔ)存系統(tǒng)

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

氨水儲(chǔ)罐設(shè)有1個(gè)泵模塊用來從槽車向儲(chǔ)罐加注氨水（PMF），該模塊同時(shí)還可以用于緊急排水或?yàn)楣摅w維修時(shí)做排液準(zhǔn)備。

氨水儲(chǔ)存罐、卸氨泵站利用原有脫硝系統(tǒng)的設(shè)備，不另增加。

4.2.2、集成系統(tǒng)

  集成系統(tǒng)包括氨水的輸送系統(tǒng)、計(jì)量分配系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)，是整個(gè)脫硫工藝的核心。由于本項(xiàng)目脫硫系統(tǒng)不是連續(xù)運(yùn)行，僅設(shè)置一臺(tái)泵，將氨水輸送至噴射模塊。輸送系統(tǒng)包含必要的閥門、止回閥、過濾器、壓力表。計(jì)量分配系統(tǒng)用來測(cè)量和控制正常運(yùn)行時(shí)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(gè)控制閥和一個(gè)流量變送器，用來自動(dòng)控制到噴槍的脫硫劑溶液總流量。

  另外，計(jì)量分配系統(tǒng)還包括手動(dòng)閥門、氣動(dòng)控制閥門?？梢苑奖沆`活地控制每根噴槍的實(shí)際流量，以便于獲得更加均勻的流場(chǎng)分布。在分配柜中還設(shè)置有壓力開關(guān)及閥門，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)分配柜的運(yùn)行狀態(tài)，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4.2.3、脫硫劑噴射系統(tǒng)

  噴射系統(tǒng)由壓縮空氣減壓模塊、壓縮空氣環(huán)管、氨水環(huán)管、噴槍組成，噴槍布置在C2/C3出口煙氣管道內(nèi)，共布置4支噴槍，側(cè)方向噴入，所有脫硫劑的流量平均分配到每一只噴槍內(nèi)，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(nèi)部混合。每支噴槍由外部的壓縮空氣管和靠?jī)?nèi)部的氨水溶液管組成。內(nèi)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(diào)節(jié)噴霧效果和液滴的尺寸。對(duì)于有角度的噴槍，噴射角度可以在運(yùn)行期間進(jìn)行改變。噴槍沒有可移動(dòng)部件，只有外部管是可以活動(dòng)的。在現(xiàn)場(chǎng)可以通過調(diào)節(jié)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(nèi)噴射氨水。

標(biāo)準(zhǔn)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(dá)12mm。標(biāo)準(zhǔn)的噴槍可以安裝在1-?”的滑動(dòng)管上，用于自動(dòng)伸縮系統(tǒng)。噴槍安裝時(shí)，調(diào)整好正確的插入深度和噴霧效果后，使用卡套接頭在相應(yīng)的位置進(jìn)行固定。需要維護(hù)噴槍時(shí)，打開快速接頭即可卸下噴槍，重新插入時(shí)無需再次調(diào)整。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行噴槍的專門設(shè)計(jì)，可以生產(chǎn)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(jù)具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)霧滴的大小。對(duì)于更為惡劣的使用環(huán)境，噴槍還可以安裝一個(gè)可選擇的護(hù)套，材質(zhì)為耐熱的不銹鋼。

對(duì)于規(guī)模較大的系統(tǒng)，用于控制和監(jiān)測(cè)噴槍的設(shè)備可以組裝在單獨(dú)的噴射模塊內(nèi)。小系統(tǒng)則會(huì)與給料分配系統(tǒng)結(jié)合在一起。

-HOPE噴槍組件

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

制和管4.2.4、控理系統(tǒng)

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

4、24控制和管理系統(tǒng)

1）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 “分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”，安裝在儲(chǔ)罐區(qū)域或統(tǒng)一布置于廠區(qū)配電室內(nèi)。

2）脫硫控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi)。

本套脫硫系統(tǒng)控制可并入原有電氣系統(tǒng)中

“分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”包括帶有運(yùn)行程序的PLC和一個(gè)有觸摸屏的人機(jī)界面。它接收來自爐窯和其附屬控制柜的二進(jìn)制信號(hào)和模擬信號(hào)，通過換算，為還原反應(yīng)提供設(shè)定值并且和子控制柜以及中控室進(jìn)行交流。PLC可以直接與全廠DCS進(jìn)行通信。 PLC操作將由觸摸屏實(shí)現(xiàn)。工藝圖片用于操作和系統(tǒng)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(shù)據(jù)在操作終端上顯示并傳送到廠區(qū)DCS上進(jìn)行正常監(jiān)視。

“分布式計(jì)算機(jī)控制模塊”還包括脫硫劑輸送模塊和計(jì)量輸送系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和處理功能。觸摸屏用來向系統(tǒng)發(fā)出指令，還可以查看系統(tǒng)運(yùn)行信息等。PLC里的運(yùn)行程序記錄了工藝參數(shù)、運(yùn)行生成的曲線以及處理運(yùn)行圖片，報(bào)警等。分布式計(jì)算機(jī)控制模塊主要的分布式計(jì)算機(jī)控制模塊經(jīng)常布置在罐區(qū)，需要防塵、防水，但同時(shí)也可以布置在專門的電氣設(shè)備間，中控室或者分解爐的給料和噴射設(shè)備附近。

脫硫控制系統(tǒng)也可并入原有脫硝系統(tǒng)中，利用原有的控制柜及PLC模塊，若模塊不足可以根據(jù)需要擴(kuò)展，模塊補(bǔ)充部分費(fèi)用已經(jīng)包括在本案報(bào)價(jià)中，本工程采用該種方式。

 五、設(shè)備清單