加拿大VC 水泥脱硫工程石膏脱水系统的简化

王道斌 郑丽君 于浩波

(天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400)

1 工程概况

2017 年11 月，公司承接了加拿大VC 水泥生产线高效烟气脱硫工程，负责设计及供货，业主负责安装及后期的运行调试，公司给与现场指导。该水泥厂为6500tpd 生产线，位于加拿大的多伦多市。该工程自2018 年5 月份首批货物发出以来，经历了2 年延期，经历了疫情，经过艰难的沟通和漫长的安装，终于在2021 年4 月份完成投运。脱硫工程到现在运行平稳，给业主带来了巨大的社会、环境及经济效益，反响极好。

图1 脱硫系统运行外观

工程验收标准：窑尾主烟囱的SO2排放浓度(脱硫系统前的SO2浓度≦2000mg/Nm3(均值1117 mg/Nm3)，氧浓度含量基于10%)≤100mg/Nm3。

加拿大当地采用的是总量控制政策，政府环保部门对于该水泥生产线所确认的现有工程总量控制指标为：折算到窑尾废气的SO2单排位放浓度为均值不高于200mg/Nm3即可。业主为了节约电耗及使脱硫剂的利用率更高，循环泵运行最多两台；脱硫塔浆液PH 值一直低位运行，控制在4 左右。在此前提下系统运行过程中SO2排放浓度可以控制在100 mg/Nm3左右。在3台循环泵全部开启(PH 值在正常范围4.8～5.5 内)的情况下测试排放浓度低于50 mg/Nm3，即该项目远优于设计要求。

2 石膏脱水系统的简化

石灰(石)- 石膏湿法脱硫工艺是目前应用最广泛的一种脱硫工艺，也是水泥行业脱硫目前最成熟、运行最可靠的工艺。石膏脱水系统作为该工艺的后续物料处理系统，是该工艺的重要组成部分。加拿大VC 水泥生产线原设计的石膏脱水系统流程可见图2。

如图2 所示，从吸收塔石膏排浆泵来的石膏浆液经石膏旋流器将石膏浆液进行一级脱水。旋流器底流送到真空脱水机脱水；旋流器的溢流返回脱硫塔。

图2 加拿大VC 水泥原有的石膏脱水系统流程图

在二级脱水系统，浓缩后的石膏浆液经过真空皮带脱水机进行真空脱水。脱硫石膏运送至水泥熟料做缓凝剂用；滤液水进入滤液水箱，由滤液水泵打回脱硫塔，部分滤液水可根据脱硫水质变化输送部分滤液水篦冷机喷水系统用。

该系统配备的相关设备有：

(1)真空皮带机(1 台)：过滤面积9m2，胶带宽度1000，胶带速度1-9m/min，真空度0.053MPa，变频电机，主机5.5KW，带就地系统控制箱，高位布置；真空耗量3000m3/h。含气液分离器，DN1000，材质为FRP。

(2)水环真空泵(1 台)：材质铸铁，压力530mbar，抽气量3500m3/h，功率90KW。

(3)滤液泵(2 台)：材质：Cr30，流量35m3/h，扬程25m，功率15KW。

(4)旋流器(1 台)：材质：聚氨酯/钢衬聚氨酯，进料量30m3/h，含固量15%；底流流量5.5m3/h，含固量45%。

(5)滤液水箱：φ4000×4000，V＝50m3，外部油漆防腐。

具体设备工艺布局可见图3，其中上图为主视图，下图为俯视图。

图3 加拿大VC 水泥原有的石膏脱水系统布置图

该工艺流程复杂，设备较多，占地面积大，一次性投资及运行维护成本都很高。

如何合理利用水泥工业既有工艺来简化石膏脱水系统工艺流程，是业主迫切的需求。经现场实际考察及与业主的多次沟通，最终确认了简化思路，具体方案如下：

石膏脱水系统流程简化可见图4。

图4 简化后的加拿大VC 水泥石膏脱水系统流程图

由图4 所示，从吸收塔石膏排浆泵输送来的石膏浆液经石膏旋流器将石膏浆液进行一级脱水后由文氏进料器直接输送进篦冷机，原石膏脱水系统中的二级脱水系统(包括真空皮带机、真空泵、滤液水箱、滤液水泵等)均取消。由于原脱水系统的处置物都是内部消化：脱硫石膏会掺入水泥熟料，滤液水也会加入篦冷机用作将温水以保证脱硫水质，因此改进后的脱水系统对整体水泥工业物料平衡没有影响。

简化后的系统配备的相关设备有：

(1)旋流器(1 台)(原设备保留)。

(2)文氏管进料器(1 台)：碳钢材质，喉管处设4 路切向进风口DN40。

对比简化前后的石膏脱水系统可以看出：简化后的水泥工业石灰石- 石膏湿法脱硫工艺的石膏脱水系统使得脱水相应设备减少，节省了布局空间，系统运行可靠性大大增加。

3 经济效益

本次石膏脱水系统简化带来的经济效益主要体现在以下几个方面：

3.1 简化后的水泥工业石灰石- 石膏湿法脱硫工艺的石膏脱水系统取消了真空皮带机、水环泵、滤液水箱及滤液水泵等设备，取消了脱硫综合楼，只保留了旋流器，新增了文氏管进料装置，减少一次性投资成本130 万元。

3.2 简化后的系统没有动力设备，每年节省电耗360000kW.h(年运行时间按300 天计)，年减少运行费用36 万元。

3.3 简化后的系统运行维护费用大大降低，年减少运行费用20 万元。

除了经济效益，该简化还节省了占地面积约150 平米，对于厂区交通运输方便和水泥厂整体美观和谐都起到了积极的作用。

4 优化建议

后续的优化建议有两点：

4.1 石膏排浆去篦冷机的管路材质更换

业主目前使用的是304 L 不锈钢管，已有局部弯头段出现磨损。原因分析：首先业主的石膏浆液比正常运行的脱硫项目PH 都要低得多。正常范围4.8～5.5，加拿大项目一直是4 左右，明显偏酸，腐蚀性更高；其次管道材质，304L 不锈钢，用在这种带腐蚀性的浆液上是肯定用不住的，建议更改为2507 材质的不锈钢或是更好的1.4529 不锈钢管(前提仍是PH 值控在常规范围内)。

4.2 旋流器回塔浆液采用浆液泵打回脱硫塔

由于篦冷机离脱硫塔有近200 米远，且旋流器的回流口和脱硫塔内的浆液高差不大，因此旋流器回塔浆液流动不畅，易产生堵塞现象。建议在篦冷机旁边设一小水箱，将旋流器的回液先流入到水箱内，再由水箱旁浆液泵将旋流器回液打回到脱硫塔内。

5 结论

加拿大VC 水泥生产线高效烟气脱硫工程是公司承接的第一条发达国家水泥线脱硫项目，意义十分重大。其简化后的石膏脱水系统，取消了原系统的大部分设备，既大大减少了一次性投资，又降低了运行维护成本，节省了布局空间，系统运行可靠性也大大增加，具有极高的推广价值。