石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的窯氣凈化工藝改造研究

陳 華

遼陽市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所

主要研究石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣凈化工藝改造，通過和硫酸鐵沸騰爐的對比，認真分析了石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣的特點，在此基礎(chǔ)上討論了凈化工藝改造的措施，并介紹了幾種比較成熟的改造方案。

石灰石生產(chǎn)過程中窖氣需要進行除塵處理，含塵量滿足指標要求之后才能排放，但是石膏制硫酸和水泥生產(chǎn)過程需要生產(chǎn)合格水泥熟料同時利用窖氣制造硫酸，所以石膏水泥窖和普通水泥窖氣之前存在明顯的差別，和其他硫酸生產(chǎn)氣源同樣不同，尤其是磷石膏水泥將窖氣，所以石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣需要制定專門的凈化工藝。

石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣特點

窖氣變化量大

焙燒硫酸鐵制酸工藝系統(tǒng)的抽風(fēng)量，能夠在短時間內(nèi)就達到設(shè)計要求指標，同時能夠維持一個長期的穩(wěn)定狀態(tài)，但是石膏或者磷石膏制硫酸水泥為了保證窖的穩(wěn)定狀態(tài)，需要對窖氣的量進行必要的調(diào)節(jié)。

1.在開窖后的72h 內(nèi)，開窖初期煅燒窖掛窖皮階段煅燒窖投放量控制在正常運行值的70%，之后逐漸增加，抽風(fēng)量也需要按照對應(yīng)百分數(shù)隨之調(diào)整。

2.窖正常運行過程，煅燒窖停窖后恢復(fù)到開車調(diào)整階段。

3.煅燒窖正常運轉(zhuǎn)調(diào)整操作

煅燒窖的運轉(zhuǎn)受到多種因素的影響。生料質(zhì)量、細度、水分、投料量、回灰量、化學(xué)成分以及送風(fēng)量和送風(fēng)溫度等都會影響煅燒窖的運行狀態(tài)。相比于硫鐵礦的煅燒沸騰爐，石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的煅燒窖實際操作更加困難，一旦窖況偏離正常范圍，需要調(diào)整抽風(fēng)量來進行調(diào)節(jié)，正常運行過程也需要通過控制抽風(fēng)量來調(diào)節(jié)窖內(nèi)的正常氣氛。

窖氣濃度低、變化大

窖氣制酸最大的特點是二氧化硫和氧氣濃度變化規(guī)律相同。典型石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣化學(xué)成分組成如下表所示。

表1 典型水泥窖氣化學(xué)成分

除此之外，窖氣中還有含量較低的氮氧化合物以及硫化氫等硫化物，這些成分的含量受到煅燒窖的運行狀況、生料成分和燃煤質(zhì)量等因素的影響，變化幅度也很大。

粉塵成分復(fù)雜

石膏水泥窖氣粉塵和硫鐵礦沸騰爐粉塵存在明顯區(qū)別，有著復(fù)雜的化學(xué)成分，并且粒徑小，沉降困難，容重小。

窖氣凈化工藝改造措施

提高粉塵清除效率

窖氣粉塵采用電除塵方式。如果凈化流程中未設(shè)置電除塵，粉塵顆粒拖出比較困難。當氣量超過設(shè)計操作范圍后難以獲得理想的除塵效果，可能會造成本工序和后續(xù)工序設(shè)備的堵塞，系統(tǒng)運行阻力增加，抽氣量下降，形成了惡性循環(huán)，系統(tǒng)被迫停止。為了保證除塵效果，進行工藝改造需要盡量選擇大操作彈性的除塵設(shè)備，能夠適應(yīng)各種氣量并保持較高的除塵效果，適應(yīng)窖氣制酸的氣量變化。

降低系統(tǒng)運行阻力

煅燒窖氣尾氣氧含量很低，可能會影響二氧化硫進一步氧化，所以在制酸之前需要在窖氣中通入足夠的氧氣，通常鼓入空氣就能夠提供足夠的氧含量。關(guān)鍵在于通入空氣的時機和位置。為了保證空氣有組織的進入系統(tǒng)，需要盡量選擇低阻力的除塵、凈化設(shè)備和工序，降低燒成-制酸系統(tǒng)負壓以及系統(tǒng)內(nèi)外壓差，降低系統(tǒng)密封難度，實現(xiàn)對系統(tǒng)進入空氣量的有效控制，將轉(zhuǎn)化工序通入的窖氣中二氧化硫和氧氣含量合適。

降低凈化出口氣體溫度

干吸工序水平衡要能夠滿足硫酸生產(chǎn)反應(yīng)的化學(xué)計量要求，二氧化硫窖氣濃度較低，轉(zhuǎn)化氣中的三氧化硫含量也不會很高，在控制進入系統(tǒng)空氣量的同時，還要考慮脫除凈化氣體中的水分，控制凈化出口氣體的溫度，維持干吸工序水平衡。

酸洗、水洗

硫酸生產(chǎn)會產(chǎn)生污水，對環(huán)境和生態(tài)造成了非常嚴重的破壞，同時降低了硫資源的利用率，為此，選擇封閉循環(huán)稀酸洗滌凈化流程。

對比硫磺、硫鐵礦制酸工藝，窖氣本身不是高質(zhì)量硫資源，為了維持干吸水平衡，需要降低氣體溫度，對氣體或者循環(huán)液冷卻系統(tǒng)性能要求很高。

窖氣中粉塵含量很高，需要通過有效的固氣相分離工藝和設(shè)備將循環(huán)液中的粉塵以及雜質(zhì)有效分離，維持循環(huán)液中氟、亞硫酸、硫酸以及粉塵的平衡。

考慮到窖氣中相對較低的三氧化硫含量，攜帶粉塵輕而細，所以在以上兩個環(huán)節(jié)需要進行投入較大的工藝和設(shè)備改進。較低的三氧化硫含量導(dǎo)致循環(huán)液中硫酸成分復(fù)雜，濃度低，再利用價值不高，所以很多流程選擇了水洗流程，處理解吸塔洗滌液達到排放標準后排放。

窖氣可燃性成分處理

煅燒窖是在弱氧化性氣氛下運行，導(dǎo)致生料焦炭不能完全燃燒，并且開窖初期和運行狀態(tài)不正常時都會在窖氣中產(chǎn)生一些可燃成分，而電除塵器等用電設(shè)備產(chǎn)生的火花有導(dǎo)致可燃性氣體爆炸的危險，為此，可以控制電除霧器出口的氧含量，破壞爆炸產(chǎn)生條件，為了保障安全，還需要采取一系列安全措施。

在煅燒窖正常運行期間注意調(diào)整控制正常操作指標，開窖初期或者運行不正常，存在不完全燃燒時用電設(shè)備如電除塵器、除霧器等不能投入使用，嚴格控制空氣投入量和投入位置，遠離爆炸區(qū)域，設(shè)備需要采取有效的防爆措施。

幾種成熟凈化工藝流程改造方案

介紹幾種比較成熟，經(jīng)過實際運行證明效果良好的改造流程。

維佐夫窖氣凈化流程

該流程改造了后序凈化濕式除塵負荷，提高了系統(tǒng)抗粉塵堵塞的能力，洗滌塔改造為填料孔塔，后序洗滌塔中加設(shè)了氣液接觸面，用于進行氣體降溫、除塵、調(diào)節(jié)濕度，并在電除霧器階段生成酸霧，控制凈化工序出口尾氣溫度夏季在30℃以下，冬季在25℃以下，維持干吸工序水平衡。

這一套流程使用電除塵進行干法除塵，除塵效果更好，凈化工序中的粉塵更少，凈化工序中空塔的操作彈性更大，系統(tǒng)發(fā)生堵塞的幾率更低。

考斯維希

這種流程轉(zhuǎn)化講了凈化工序氣量。能夠?qū)㈦姵F器出口氧含量控制在爆炸極限以下，即便CO 含量上升，也不會在電除塵器和電除霧器中發(fā)生爆炸。凈化工序中的氣量小，系統(tǒng)阻力下降，除塵效率更高，而且系統(tǒng)更加流暢，煅燒窖尾能夠獲得較高的操作負壓，實現(xiàn)煅燒窖的正常調(diào)節(jié)。

磷石膏旋風(fēng)預(yù)熱器窖聯(lián)產(chǎn)水泥工藝

是一種采用旋風(fēng)預(yù)熱器的水泥生產(chǎn)工藝。分解煅燒使用回轉(zhuǎn)窯，配合多級復(fù)合預(yù)熱器和三風(fēng)道燃燒器以及靜電除塵器。煅燒爐運行更加穩(wěn)定，煅燒效果更好，而且能夠維持回轉(zhuǎn)窖窖氣穩(wěn)定的二氧化硫濃度，如果選擇硫含量在2.5%以上的高硫煤，能夠降低煤成本的同時提高窖氣二氧化硫含量。

熟料在冷卻之后送入熟料庫，和各級旋風(fēng)預(yù)熱器以及生料逆流交出，完成熱交換，通過第一級旋風(fēng)預(yù)熱器送入硫酸系統(tǒng)。二氧化硫和水泥熟料在窖中生成，要求既能獲得質(zhì)量較高的窖氣，同時還要獲得符合水泥要求的熟料。為此，在控制生料配合比的同時，還需要嚴格控制窖內(nèi)氣氛，為了防止發(fā)生爆炸，需要控制窖氣CO 含量在0.5%以下。

結(jié)束語

研究石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥窖氣凈化工藝改造，不同于硫酸鐵沸騰爐，水泥窖氣的粉塵更輕，二氧化硫含量更低，并且含有可燃氣體，需要從提高粉塵清除效率、降低系統(tǒng)運行阻力、降低凈化出口氣體溫度等方面入手進行優(yōu)化改造，才能夠提高窖氣制酸的效率，保證生產(chǎn)安全，減小環(huán)境污染。