1 生產情況簡介

 2017年11月，我公司承接了加拿大VC水泥生產線高效煙氣脫硫工程，負責設計、供貨，以及后期的安裝指導、運行調試工作。加拿大VC水泥廠為6 500 t/d生產線，位于加拿大多倫多市。該生產線所用石灰石中的含硫量較高，造成了窯尾排放煙氣中的SO2含量遠遠超過了允許值。2016年1月至9月份第三方環保檢測機構的實測數據統計顯示，生料磨關閉時SO2排放濃度（煙囪出口）均值為1 405 mg/Nm3，生料磨運行時SO2排放濃度均值也達到了1 084 mg/Nm3，脫硫改造勢在必行。表1為2016年生產線煙氣參數，年排放均值高達1 117 mg/Nm3。

 多倫多市當地采用的是總量控制政策，政府環保部門對于該水泥生產線所確認的現有工程總量控制指標為：SO2在1 200 t/a范圍內，具體折算到窯尾廢氣的SO2單位排放濃度為均值不高于125 mg/Nm3，因此脫硫改造勢在必行。

2 脫硫工藝方案

2.1 脫硫工藝的選擇

目前國內外脫硫方案很多，本期工程脫硫方案的確定遵循以下原則：

（1）煙氣脫硫工程建設應符合水泥行業的方針和政策，貫徹安全、可靠、經濟、適用，并符合國情。

（2）煙氣脫硫工藝應是技術成熟、先進、經濟合理、有工業化業績的工藝系統。

 （3）為控制工程造價，應盡量考慮設備的國產化，對國內無法生產或達不到技術要求的設備和材料才考慮進口。

（4）應考慮煙氣容量和溫度變化的要求。

（5）應考慮燃煤硫份、石灰石原礦硫份、二氧化硫控制規劃、環評要求的脫硫效率。

（6）該地區如缺水，工藝設計突出考慮節約用水，優先利用循環水系統的循環水。

（7）該項目為老廠改造項目，盡量降低對原有設施的拆遷及改造工程量。

（8）應考慮脫硫劑供應條件、脫硫副產品的綜合利用。

 綜合以上因素考量，本項目采用石灰-石膏濕法脫硫工藝，也是目前技術最成熟、應用最廣泛、運行最可靠的工藝。

2.2 脫硫工藝簡介

圖1為加拿大VC水泥生產線脫硫工程煙氣示意圖。

 窯尾袋除塵器及旁路除塵器處理后的煙氣經過增壓風機增壓后進入脫硫塔系統，經吸收劑洗滌脫硫后的清潔煙氣，通過兩級除霧器除去霧滴后成為凈煙氣。由吸收塔上側引出，經凈煙氣煙道至原尾排煙囪（防腐改造）排放。

 為節約運行成本，脫硫劑使用窯尾收塵和C5筒收下來的窯灰。其主要成分為石灰，石灰粉經消化處理后加水攪拌制成吸收劑漿。在吸收塔內，吸收劑漿液與煙氣接觸混合，煙氣中的SO2與漿液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應，最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經除霧器除去帶出的細小液滴，經出口煙道排入煙囪。脫硫石膏漿經脫水裝置脫水后回收。由于吸收劑漿的循環利用，脫硫吸收劑的利用率很高。

該工藝適用于任何含硫量的煤種的煙氣脫硫，脫硫效率可達到95%以上。

石灰-石膏濕法脫硫工藝脫硫過程的主要化學反應為：

中和反應：2CaO+H2O+2SO2＝2CaSO3·1/2H2O

 氧化反應：2CaSO3·1/2H2O+O2+3H2O＝2CaSO4·2H2O

脫硫石膏可作為水泥緩凝劑自行消化，大大降低了脫硫系統運行成本。

2.3 脫硫系統布置

 脫硫系統的布置見圖2。此次布置將脫硫塔放在了尾排煙囪附近，節約空間且降低了整體運行阻力，布局合理美觀。

3 系統物料平衡及水平衡

脫硫工藝參數及物料平衡計算見表2。

 由表2可知，脫硫系統每小時的耗水量為煙氣帶走的水量、脫硫石膏結合水、脫硫石膏游離水這三部分的總和，總計57.15 t（不含外排廢水量）。考慮到一般脫硫廢水處理量為系統耗水量的10%左右，則脫硫系統水平衡量為63 t/h。

4 脫硫廢水處理

 該脫硫系統中的Cl-主要來源于兩個部分，工藝水和脫硫劑。首先是工藝水，該工藝水來自于安大略湖的湖水，水中的Cl-濃度極高，達到了2 110 mg/L（見表3），而正常的脫硫工藝水Cl-濃度一般不超過100 mg/L（馬來西亞脫硫工藝水Cl-濃度24 mg/L），因此這種水質嚴重加快了脫硫系統的Cl-含量增速。還有就是脫硫劑里的Cl-，按照窯灰為C5灰和窯尾收塵灰各50%計算脫硫劑里的Cl-含量為0.175%（見表3）。由于脫硫廢水系統內部循環使用，如果不外排的話，Cl-一直保持在溶液中，不斷地積累，很快就會達到20 000 ppm的限值。高氯離子濃度對脫硫系統的影響主要在以下幾個方面：

1）對CaSO3·1/2H2O的氧化效果的影響

 鹽水溶液通常會產生泡沫，漿液中的泡沫存在影響氧氣在漿液中的流動混合，進而影響到氧氣的溶解和與CaSO3·1/2H2O的氧化反應。另外脫硫反應吸收SO2，溶液會呈弱酸性，Cl-濃度越高對H+的束縛性越大，使得CaSO3·1/2H2O的氧化環境偏離最佳值。

2）對脫硫石膏的影響

 對于高Cl-濃度而言，硫酸鹽的飽和濃度很低。隨著亞硫酸鹽生成之前SO2的脫除，漿液中相對過飽和石膏急劇增加，這對石膏晶體的析出速度產生影響。特別要強調的是，在這種情況下沉淀和結垢的危險性極大地增加。實際過程中也是如此，每次停運時都會從塔底部清理出大量的沉淀物。

3）對脫硫設備的腐蝕影響

 設計吸收塔內金屬件時把吸收塔內漿液允許的氯離子濃度作為一個重要的設計依據，允許氯離子濃度越高，使用的材料就越好，同時造價就越貴。不同型號的不銹鋼材質對于氯離子濃度的適應范圍：T304不銹鋼要求氯離子濃度＜200 mg/L，T316不銹鋼要求氯離子濃度＜1 000 mg/L，T317不銹鋼要求氯離子濃度＜5 000 mg/L。因此應嚴格控制合金材料接觸介質的氯離子含量，行業中普遍認可的數值為20 g/L。

 由表3可知，當脫硫廢水處理量為6 100 kg/h時，系統漿液的氯離子含量將控制在20 000 ppm以下。廢水處理除了保證氯離子含量以外，也是去除重金屬和保證廢水pH值的重要手段，對于脫硫系統的穩定運行意義重大。

 電力行業的脫硫一般會配備獨立的廢水處理系統。脫硫系統排放一定量的廢水，進入廢水處理系統，經中和、絮凝和沉淀等處理過程，達標后排入電廠除灰系統。加拿大VC水泥廠沒有廢水處理系統，為此單獨上一套處理系統又很不經濟。前期討論時業主提出可以將此部分廢水排到他們已有的廢水罐中，由他們自行處理，后期在了解到廢水水質及水量后發現可行性不高。經與業主多次技術溝通并進行了實地考察后，最合理的方案是將此部分廢水作為篦冷機噴水內部消化掉。設計上在濾液水箱底部新增了一臺10 m3/h的外排廢水泵（見圖4），并增加設計了從濾液水箱至篦冷機的管路，業主為此單獨增補了合同。

5 結束語

 加拿大VC水泥生產線高效煙氣脫硫工程是我公司承接的第一條發達國家水泥線脫硫項目，也將成為國外水泥生產線石灰-石膏濕法脫硫的示范性項目。該項目目前已完成設計及供貨任務，計劃明年投入運行。將會給業主帶來巨大的社會和環境效益，為實現國產脫硫技術及脫硫設備走向世界打下堅實的基礎。該工程的脫硫廢水內部消化方案也為水泥線的廢水處理開辟了一條新途徑。

作者單位：中材裝備集團有限公司

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