水泥窯濕法脫硫常見問題分析及對策

  摘要：水泥窯濕法脫硫沿用火電廠石灰石-石膏法脫硫技術(shù)，脫硫劑采用增濕塔或余熱鍋爐灰，降低了運(yùn)行成本。目前，已投運(yùn)水泥窯濕法脫硫技術(shù)的水泥廠在運(yùn)行過程中存在漿液制備故障、漿液中毒、漿液脫水困難及石膏雨問題，本文闡述了上述問題的解決方案。

  1、背景

  GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，2015年7月1日起，現(xiàn)有水泥窯及窯磨一體機(jī)SO2最高允許排放濃度為200mg/Nm3，2014年3月1日起新建水泥窯及窯磨一體機(jī)SO2最高允許排放濃度為200mg/Nm3，重點(diǎn)地區(qū)將根據(jù)國務(wù)院環(huán)境保護(hù)行政主管部門或省級人民政府決定執(zhí)行100mg/Nm3更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。水泥廠SO2來自原料和燃料，主要是由原料和燃料中的無機(jī)硫與有機(jī)硫氧化反應(yīng)生成。目前，我國許多水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)SO2減排任務(wù)十分嚴(yán)峻，每年SO2排污費(fèi)用高達(dá)幾百萬元，水泥廠煙氣脫硫迫在眉睫，水泥窯濕法脫硫可有效解決窯尾煙氣SO2排放超標(biāo)的問題。

  2、水泥窯濕法脫硫技術(shù)

  水泥窯濕法脫硫技術(shù)是沿用火電廠石灰石-石膏法脫硫技術(shù)，水泥窯濕法脫硫可利用水泥熟料企業(yè)生產(chǎn)過程中的增濕塔或余熱鍋爐灰作為脫硫劑，可降低成本，水泥窯濕法脫硫技術(shù)目前已有部分水泥廠正式投產(chǎn)使用。脫硫過程：增濕塔或余熱鍋爐灰制成漿液后輸送到吸收塔；吸收塔內(nèi)漿液經(jīng)循環(huán)泵送到噴淋裝置噴淋；煙氣在吸收塔中與噴淋的石灰石漿液接觸，除掉煙氣中的SO2，脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧器除去液滴后，進(jìn)入煙囪排放；吸收塔內(nèi)吸收SO2后生成的亞硫酸鈣，經(jīng)氧化處理生成硫酸鈣，從吸收塔內(nèi)排出的硫酸鈣經(jīng)旋流分離（濃縮）、真空脫水后回收利用。

  3、水泥窯濕法脫硫常見問題及分析

  3.1漿液制備故障

  漿液制備是水泥窯濕法脫硫技術(shù)關(guān)鍵的一步，制漿不及時或制漿出現(xiàn)故障將影響煙氣中SO2的脫除。水泥窯濕法脫硫制漿故障一般是從拉鏈機(jī)無法取到增濕塔或余熱鍋爐灰，導(dǎo)致沒有足夠的窯灰進(jìn)行制漿。漿液制備不及時會造成脫硫塔內(nèi)漿液PH下降，漿液無法實(shí)現(xiàn)吸收反應(yīng)脫硫，導(dǎo)致煙囪SO2排放超標(biāo)。因此單獨(dú)設(shè)增濕塔或余熱鍋爐灰倉可解決脫硫劑供應(yīng)不足的問題。

  3.2漿液中毒

  水泥窯漿液中毒可能有以下原因：

  1）吸收塔的煙氣含硫量突變，造成吸收塔內(nèi)反應(yīng)加劇，CaCO3含量減少，pH值下降，為保證脫硫效率要增加增濕塔或余熱鍋爐灰供漿量以提高吸收塔的pH 值，但由于反應(yīng)加劇，吸收塔漿液中的亞硫酸鈣含量大幅增加，若此時不增加氧量使亞硫酸鈣迅速反應(yīng)成 CaSO4·2H2O ( 生石膏) ，則由于 CaSO3·1/2H2O( 半水亞硫酸鈣) 可溶解性強(qiáng)，先溶于水中，而 CaCO3溶解較慢，過飽和后形成固體沉積，造成“脫硫劑盲區(qū)”。

  2）吸收塔漿液密度高沒有及時外排，漿液中的 CaSO4·2H2O 飽和會抑制 CaCO3溶解反應(yīng)。

  3）工藝水水質(zhì)差，系統(tǒng)中的 Cl-濃度高，漿液中的 Cl-含量增加，氯化物有抑制吸收劑的溶解。

  4）氟離子超標(biāo)。漿液中的三價(jià)鋁和氟離子反應(yīng)生成 AlF3和其他物質(zhì)的絡(luò)合物，呈粘性的絮凝狀態(tài)，附著于石灰石表面。這會導(dǎo)致: 封閉石灰石顆粒表面，阻止其溶解，降低了漿液的pH值，石膏結(jié)晶困難，增加了脫水的難度。

  5）廢水排放量小或無外排，會導(dǎo)致漿液中氯離子超標(biāo)，影響反應(yīng)效果。

  解決方案：

  水泥窯漿液中毒后，漿液脫硫失效，煙囪SO2排放超標(biāo)。水泥窯濕法脫硫漿液中毒可通過廢水外排解決。大部分熟料生產(chǎn)的原料磨需要噴水維持原料磨正常運(yùn)行，所以將脫硫石膏漿液脫水后廢水通過泵和管道引到原料磨可有效防止?jié){液中毒；將脫硫石膏漿液脫水后廢水引至水泥熟料生產(chǎn)窯頭篦式冷卻機(jī)，達(dá)到廢水外排的目的，這兩種方法均可有效降低脫硫漿液Cl-超標(biāo)的問題，將Cl-濃度控制在20000ppm以下。

  3.3脫硫漿液脫水困難

  石膏脫水困難的常見原因及解決方案：

  水泥窯濕法脫硫運(yùn)行過程中，由于脫硫塔內(nèi)漿液中 CaSO3·1/2H2O不能充分被氧化，CaSO3·1/2H2O由于石膏顆粒小，粘度大，難以脫水，造成真空皮帶脫水機(jī)脫水困難。因此充足的氧化風(fēng)量是保證石膏脫水的關(guān)鍵，有些水泥窯濕法脫硫氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量設(shè)計(jì)不足，導(dǎo)致備用氧化風(fēng)機(jī)同時運(yùn)行，在以后的設(shè)計(jì)中，氧化風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算要留有足夠的安全系數(shù)。

  由于Cl-比碳酸根離子強(qiáng)，使得Cl-易于Ca2+結(jié)合，以CaCl2存在漿液中，漿液中Ca2+濃度變大，根據(jù)同離子效應(yīng)，碳酸鈣溶解被抑制，不利于煙氣中SO2與漿液中Ca2+反應(yīng)，石膏生成困難。在脫水過程中，由于Cl-堵塞了晶體中游離水的通道，使石膏脫水變得困難。因此，廢水外排降低Cl-濃度，控制Cl-含量可解決由Cl-超標(biāo)引起的石膏脫水困難。

  石膏脫水困難也有可能是因?yàn)闉V布堵塞，氣液分離器堵塞引起的，濾布堵塞和氣液分離器堵塞會引起真空度過高，石膏脫水困難。及時更換濾布和清洗氣液分離器可解決由濾布堵塞和氣液分離器堵塞引起的脫水困難。

  3.4脫硫裝置防腐材料損壞

  目前運(yùn)行濕法脫硫的水泥廠，防腐材料的損壞多發(fā)生在吸收塔，目前吸收塔多采用玻璃鱗片進(jìn)行防腐處理，玻璃鱗片損壞，漿液在短時間將脫硫塔腐蝕穿孔，造成漏漿現(xiàn)象。

  解決方案：

  首先，脫硫塔防腐施工過程中應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，脫硫塔不同部位采用相應(yīng)特性的玻璃鱗片，嚴(yán)格玻璃鱗片施工檢測；其次一旦出現(xiàn)玻璃鱗片脫落的情況，及時修補(bǔ)，避免漿液將脫硫塔腐蝕穿孔。

  3.5石膏雨問題

  石膏雨產(chǎn)生的原因：

  水泥窯濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，吸收塔出口凈煙氣溫度一般為45～60℃，煙氣成分中固體狀態(tài)的粉塵和石膏與煙氣中液態(tài)水混合形成石膏漿液，以液體狀態(tài)存在于煙氣中，另外煙氣成分中還包括氣體狀態(tài)的二氧化碳（CO2）、 氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、氧氣（O2）和汽態(tài)的水蒸汽（H2O）等。濕法煙氣脫硫系統(tǒng)吸收塔出口凈煙氣由于處于濕飽和狀態(tài)，在流經(jīng)煙道、煙囪排入大氣的過程中因溫度降低，煙氣中汽態(tài)水會有所凝結(jié)，液體狀態(tài)的漿液量會增加，形成“白色煙羽”和“石膏雨” 現(xiàn)象。

  目前已投入濕法脫硫的水泥窯熟料生產(chǎn)線大部分出現(xiàn)了石膏雨現(xiàn)象，石膏雨不僅影響廠區(qū)衛(wèi)生，且會對吸收塔周圍設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，給業(yè)主帶來了困擾，經(jīng)過對脫硫系統(tǒng)改造，可有效解決石膏雨問題。

  解決方案：

  煙氣流速控制：煙氣流速是造成“石膏雨”的一個重要原因，塔內(nèi)煙氣流速應(yīng)該綜合多方面因素，合適的流速，才能避免“石膏雨”。吸收塔設(shè)計(jì)煙氣流速一般為3～5m/s左右，除霧器的設(shè)計(jì)流速稍高于吸收塔設(shè)計(jì)流速。吸收塔流速高，煙氣中所攜帶的漿液液滴將增多，除霧器的負(fù)荷增大，導(dǎo)致“石膏雨”出現(xiàn)，因此，吸收塔的流速不能過高?？刂茻焽璩隹跓煔饬魉僖话悴怀^18m/s，可有效抑制煙氣對液滴的攜帶量，從而控制“石膏雨”。對于新建脫硫裝置，可合理設(shè)計(jì)煙囪的出口直徑來控制煙囪出口煙氣流速。但對于已經(jīng)運(yùn)行的脫硫項(xiàng)目，煙囪的出口直徑已經(jīng)確定，無法改變。增加煙氣出口煙囪內(nèi)徑，降低煙氣流速，可減緩石膏雨的產(chǎn)生。

  除霧器壓差：在操作過程中，除霧器壓差是一個重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)。除霧器壓差一般在100～150 Pa，壓差增大，會形成“石膏雨”，除霧器壓差增大是因?yàn)槎氯斐傻?，堵塞的原因有多種，如：煙氣流速高、pH值高、液氣比高、煙塵等都會造成除霧器堵塞，當(dāng)發(fā)現(xiàn)除霧器堵塞，首先要正確判斷堵塞的原因，然后采取合理的處理措施。

  除霧器沖洗水：除霧器沖洗水是保證除霧器壓差滿足正常運(yùn)行的主要手段。沖洗效果的好壞取決于沖洗水量、沖洗周期、沖洗壓力。 沖洗水量及沖洗周期與煙氣量、煙氣溫度有關(guān)，煙氣量高所需沖洗水量大，因此煙氣量發(fā)生變化時，沖洗水量及沖洗周期應(yīng)隨之調(diào)整。

  除霧器選型：平板式除霧器設(shè)計(jì)流速一般在3.5～4.5m/s左右，屋脊式除霧器設(shè)計(jì)流速一般為3.8～7m/s左右，屋脊式除霧器具有更寬的煙氣流速的適應(yīng)范圍。煙氣通過屋脊式除霧器內(nèi)葉片法線的流速小于塔內(nèi)水平截面的平均流速，由于流通面積增大而使得煙氣流速減小，煙氣帶漿量減少。此外，屋脊型除霧器的結(jié)構(gòu)較平板型除霧器更穩(wěn)定，可以耐受的溫度較高，因此吸收塔宜選用能有效減少漿液夾帶和安全性更好的屋脊式除霧器。

  較小的液氣比：液氣比(L/G)是指單位時間內(nèi)吸收塔循環(huán)漿液量與吸收塔出口煙氣的體積比。脫硫系統(tǒng)的液氣比是保證煙氣中SO2、SO3及煙塵有效吸收的關(guān)鍵指標(biāo)之一，足夠的液氣比是保證脫硫效率的前提，吸收塔的液氣比范圍較廣，一般控制在8～25 L/Nm3，液氣比不能過高，太高的液氣比會使煙氣中的液滴夾帶量增多，同樣會增大除霧器的負(fù)荷。因此，在保證脫硫效率的前提下，液氣比調(diào)整越小越好。

  PH值控制：pH值高對“石膏雨”的形成有一定的影響。正常工況下，pH值應(yīng)控制在5.2～5.8范圍內(nèi)，漿液pH值高，能提高脫硫效果，但高的pH值也會帶來負(fù)面的影響，由于pH值高，漿液中碳酸鈣濃度增大，易在系統(tǒng)表面形成結(jié)垢，若結(jié)垢形成在除霧器表面，就會造成除霧器的堵塞，因此，漿液pH值應(yīng)在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)操作，操作過程中在保證脫硫效率前提下合理調(diào)整pH值。

  漿液密度控制：一般情況漿液密度控制在1.14g/cm3，所對應(yīng)漿液固含量在20%左右。漿液密度高，漿液的粘度會有所提高，易附著在除霧器表面形成結(jié)垢，因此，在操作時，漿液密度應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

  煙囪：盡量使煙囪內(nèi)壁光滑，如果煙囪內(nèi)壁較粗糙，煙氣凝結(jié)水易飛濺， 與煙氣混合被帶出煙囪排入大氣。如果是光滑內(nèi)壁，煙氣凝結(jié)水不易飛濺，不易與煙氣混合被帶出煙囪排入大氣。

  4、結(jié)論

  水泥廠濕法脫硫技術(shù)沿用當(dāng)前世界上技術(shù)最成熟、運(yùn)行最可靠的石灰石-石膏脫硫工藝，可以滿足目前水泥行業(yè)的環(huán)保指標(biāo)要求。盡管在脫硫運(yùn)行過程中，存在一些缺陷，但隨著脫硫技術(shù)的不斷提高，可以通過設(shè)計(jì)、安裝、及運(yùn)行調(diào)整等方面進(jìn)行優(yōu)化來保證脫硫系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

  參考文獻(xiàn)

  [1]程勇. 火電廠石灰石濕法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中常見問題分析[A]. 中國動力工程學(xué)會（環(huán)保技術(shù)與裝備專委會）.

  [2]項(xiàng)棵林,單曉明. 320MW機(jī)組石灰石—石膏濕法煙氣脫硫漿液中毒案例分析及防范措施[J]. 節(jié)能,2013,(04):71-73.

  [3]孫劍鋒. 平?jīng)鲭姀S脫硫石膏脫水困難的原因分析及解決方案[J]. 中國科技財(cái)富,2009,(08):70-71.

  燃煤發(fā)電鍋爐富氧燃燒節(jié)能環(huán)保技術(shù)研討會論文集[C].中國動力工程學(xué)會（環(huán)保技術(shù)與裝備專委會）:,2016:7.

  [4]程永新,曹佩. 濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中“石膏雨”問題的分析及對策[J]. 電力建設(shè),2010,(11):94-97.