水泥窑尾烟气湿法脱硫工艺水平衡问题的探讨

王春丽

1 引言

水平衡的有效合理控制是石灰石—石膏湿法脱硫系统得以正常运行的前提，只有当脱硫系统的进水与出水达到基本平衡的时候，脱硫系统才能稳定运转。如果脱硫系统的进水少，出水多，就需要系统补水，增大系统耗水量；如果脱硫系统的进水多，出水少，脱硫塔液位会持续上涨，严重的将导致脱硫系统崩溃，必须外排大量废水。脱硫废水含有大量杂质，废水中主要有过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属等。水泥工业脱硫剂采用窑灰，杂质含量更多，因此，有必要对系统水平衡进行分析，以保证脱硫系统安全、经济运行。

2 水泥窑尾烟气石灰石—石膏湿法脱硫工艺流程

图1为水泥窑尾烟气石灰石—石膏湿法脱硫工艺流程，烟气从高温风机出来，有两种工况：

工况一：生料磨停。烟气直接进入窑尾收尘器、尾排风机、脱硫塔，而后入烟囱，这种工况下进入脱硫塔的烟气温度一般在120℃以上，脱硫塔出口的烟气温度常在55℃左右。

工况二：生料磨开。烟气进入生料磨系统，用于烘干生料，然后进入窑尾收尘器，经尾排风机出来后进脱硫塔，脱硫后的烟气排入烟囱，此种工况下进入脱硫塔的烟气温度常在100℃以下，脱硫塔出口的烟气温度常在50℃左右。另外，生料磨中石灰石（CaCO3）持续产生有新鲜表面的生料，同时粉料有较长的停留时间，所以生料磨运行时可脱除烟气中部分的SO2，较生料磨停的工况，进入脱硫塔烟气中SO2含量较低。详见表1脱硫系统工艺参数。

3 石灰石—石膏湿法脱硫工艺水系统的构成

3.1 石灰石—石膏湿法脱硫系统的进水的构成

石灰石—石膏湿法脱硫系统的进水由以下几部分构成（图2）：

（1）入口烟气带水：指进入脱硫塔的原烟气中携带的水分。此部分水量由各水泥厂工艺运行情况决定。

（2）除雾器冲洗用水：指定期冲

洗脱硫塔内除雾器所消耗的水量。其作用是，冲洗掉除雾器板片上捕集

的浆体、固体沉淀物，保持板片清洁，防止叶片结垢和堵塞流道，也可用于脱硫塔紧急降温和系统补水。此部分水量是脱硫系统进水的主要来源，可根据除雾器上下压差情况、吸收塔液位情况适当调整。

（3）石灰石制浆用水：指将水泥窑灰制成一定浓度的浆液（即脱硫反应剂）所需的水量。当脱硫系统水入超过水出时，也可以用石膏脱水后的滤液来制浆，以减少系统进水量。

（4）石膏脱水系统冲洗水：指冲洗皮带机滤布所需的水量。此部分水量可根据滤布洁净程度而适度调整。

（5）设备和管道冲洗水：脱硫系统的浆液泵及其输送管道在停运后，需立即用水冲洗，防止浆液沉积，堵塞管路及影响泵的正常使用。测量仪表如pH计、密度计、与浆液接触式液位计、浆液流量计等均需定期冲洗。

（6）设备冷却水：指氧化风机、浆液泵、真空泵、搅拌器等设备的冷却、轴封用水。

图1 水泥窑尾烟气湿法脱硫工艺流程

图2 水平衡图

3.2 石灰石—石膏湿法脱硫系统的出水的构成

石灰石—石膏湿法脱硫系统的出水由如下几部分构成：

（1）出口烟气带水：指脱硫塔出口烟气中携带的水分。脱硫塔出口烟气为饱和湿烟气，此部分水量与出口烟气温度有关。

（2）石膏结晶水：原烟气中的SO2与脱硫塔浆液中的Ca2+以及鼓入的氧化空气进行化学反应，最终生成石膏，从而达到去除SO2的目的。

其主要化学反应式为：

吸收过程：

氧化过程：

（3）石膏游离水：脱硫石膏一般携带20%以下的游离水。

（4）系统外排水：当脱硫系统水平衡入超过出或者浆液中Cl-含量超标时，需外排废水，有些水泥厂将此部分外排水作为篦冷机喷水消化掉。

4 水泥窑尾烟气湿法脱硫水平衡分析

如图2所示，只有当脱硫系统的进水与出水达到基本平衡的时候，脱硫系统才能正常稳定运转。

下面以某5 000t/d水泥窑尾烟气石灰石—石膏湿法脱硫工艺为例，分别计算生料磨停和生料磨开两种工况下，脱硫系统的出水量。

由表1可见，脱硫系统的出水主要是烟气带走水量，反应水和石膏游离水仅是很小的一部分；出口烟气带水量与出口烟气温度密切相关，出口烟气55℃比出口烟气50℃时，烟气带水量显著增多。

表1 湿法脱硫系统工艺参数

这是由于水的饱和蒸气压随温度的升高而升高，详见表2不同温度下水的饱和蒸气压。

表2 水在不同温度下的饱和蒸气压

根据水泥厂窑尾烟气湿法脱硫的两种工况，为确保湿法脱硫系统的进水与出水水平衡，特提出如下建议。

4.1 生料磨停工况下的水平衡

当水泥窑尾烟气湿法脱硫处于第一种工况，生料磨停工况下运行时，进入湿法脱硫系统的烟气温度较高，出口烟气温度也高，出口烟气带水量较多，这就要求系统进水也要增多。此种工况下的水平衡是比较容易达成的，当脱硫塔液位持续降低时，可以合理加快除雾器冲洗频率，以增大系统进水量，但是要注意进入脱硫系统的工艺水水质，本文第5小节对工艺水水质有详细说明。

4.2 生料磨开工况下的水平衡

当水泥窑尾烟气湿法脱硫处于第二种工况，生料磨开工况下运行时，进入湿法脱硫系统的烟气温度较低，出口烟气温度也低，出口烟气带水量较少，可采取如下措施，保证水平衡：

（1）合理调整除雾器冲洗周期。当脱硫系统低负荷运行或者脱硫塔液位较高时，除雾器冲洗周期可适当延长，以减少脱硫系统的进水量。应当注意，为保证脱硫系统出口粉尘含量达标，除雾器冲洗周期不可任意延长，甚至长时间不冲洗。

（2）尽可能减少设备冷却水进入脱硫系统，参与脱硫系统的水循环。水泥厂都有自己的循环水系统，主机设备包括窑、生料辊磨、水泥磨、高温风机、尾排风机、窑头风机、篦冷机等都需要冷却水循环冷却。因此，可以将湿法脱硫系统的浆液泵、氧化风机等的冷却水并入水泥厂区循环水系统，以减少脱硫系统的进水量。

（3）将真空泵冷却水引入工艺水箱，供给湿法脱硫系统的各用水点使用。真空泵冷却水属于设备冷却水中用量较大的，将这部分水引入工艺水箱，循环利用，可在一定程度上缓解湿法脱硫系统的入大于出的水不平衡状况。

（4）采用石膏脱水后的滤液水调制石灰石浆液，以减小制浆系统用水量。

（5）合理利用事故罐。当脱硫系统长时间低负荷运行时，可考虑将浆液送入事故浆罐储存，待负荷转高时再返回脱硫塔浆池。

（6）部分滤液水外排，可作为篦冷机冷却水。

5 进入脱硫系统的工艺水水质要求

依据相关规范，脱硫塔浆池运行Cl-浓度不应高于20 000ppm。浆液Cl-浓度高，不仅会给脱硫反应带来不利影响，降低脱硫效率，影响石膏品质，而且对脱硫设备的防腐提出更高要求，增加脱硫成本。这也是许多石灰石—石膏湿法脱硫工艺废水定期外排的原因之一。废水定期外排，在一定程度上，增加了湿法脱硫系统的耗水量，影响着湿法脱硫系统的水平衡。

依据《火力发电厂石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统设计规程》，对进入脱硫系统的工艺水水质要求如表3所示。

6 结语

表3 直接进入脱硫系统的工艺水水质要求

随着国家对环保要求的日益严格，石灰石—石膏湿法脱硫正在成为水泥厂的标配系统，但有的烟气脱硫系统却无旁路，这就对湿法脱硫的连续稳定运行提出了更高的要求。水平衡是湿法脱硫系统稳定运行的基本保障，实际运行中，要根据各水泥厂的实际情况，因地制宜，科学管理，以期达到节约用水、减少外排甚至避免外排、稳定运行的目的。■