加拿大VC 水泥脫硫工程石膏脫水系統(tǒng)的簡(jiǎn)化

王道斌 鄭麗君 于浩波

(天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400)

1 工程概況

2017 年11 月，公司承接了加拿大VC 水泥生產(chǎn)線高效煙氣脫硫工程，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)及供貨，業(yè)主負(fù)責(zé)安裝及后期的運(yùn)行調(diào)試，公司給與現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。該水泥廠為6500tpd 生產(chǎn)線，位于加拿大的多倫多市。該工程自2018 年5 月份首批貨物發(fā)出以來(lái)，經(jīng)歷了2 年延期，經(jīng)歷了疫情，經(jīng)過(guò)艱難的溝通和漫長(zhǎng)的安裝，終于在2021 年4 月份完成投運(yùn)。脫硫工程到現(xiàn)在運(yùn)行平穩(wěn)，給業(yè)主帶來(lái)了巨大的社會(huì)、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益，反響極好。

圖1 脫硫系統(tǒng)運(yùn)行外觀

工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：窯尾主煙囪的SO2排放濃度(脫硫系統(tǒng)前的SO2濃度≦2000mg/Nm3(均值1117 mg/Nm3)，氧濃度含量基于10%)≤100mg/Nm3。

加拿大當(dāng)?shù)夭捎玫氖强偭靠刂普?，政府環(huán)保部門(mén)對(duì)于該水泥生產(chǎn)線所確認(rèn)的現(xiàn)有工程總量控制指標(biāo)為：折算到窯尾廢氣的SO2單排位放濃度為均值不高于200mg/Nm3即可。業(yè)主為了節(jié)約電耗及使脫硫劑的利用率更高，循環(huán)泵運(yùn)行最多兩臺(tái)；脫硫塔漿液PH 值一直低位運(yùn)行，控制在4 左右。在此前提下系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中SO2排放濃度可以控制在100 mg/Nm3左右。在3臺(tái)循環(huán)泵全部開(kāi)啟(PH 值在正常范圍4.8～5.5 內(nèi))的情況下測(cè)試排放濃度低于50 mg/Nm3，即該項(xiàng)目遠(yuǎn)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

2 石膏脫水系統(tǒng)的簡(jiǎn)化

石灰(石)- 石膏濕法脫硫工藝是目前應(yīng)用最廣泛的一種脫硫工藝，也是水泥行業(yè)脫硫目前最成熟、運(yùn)行最可靠的工藝。石膏脫水系統(tǒng)作為該工藝的后續(xù)物料處理系統(tǒng)，是該工藝的重要組成部分。加拿大VC 水泥生產(chǎn)線原設(shè)計(jì)的石膏脫水系統(tǒng)流程可見(jiàn)圖2。

如圖2 所示，從吸收塔石膏排漿泵來(lái)的石膏漿液經(jīng)石膏旋流器將石膏漿液進(jìn)行一級(jí)脫水。旋流器底流送到真空脫水機(jī)脫水；旋流器的溢流返回脫硫塔。

圖2 加拿大VC 水泥原有的石膏脫水系統(tǒng)流程圖

在二級(jí)脫水系統(tǒng)，濃縮后的石膏漿液經(jīng)過(guò)真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行真空脫水。脫硫石膏運(yùn)送至水泥熟料做緩凝劑用；濾液水進(jìn)入濾液水箱，由濾液水泵打回脫硫塔，部分濾液水可根據(jù)脫硫水質(zhì)變化輸送部分濾液水篦冷機(jī)噴水系統(tǒng)用。

該系統(tǒng)配備的相關(guān)設(shè)備有：

(1)真空皮帶機(jī)(1 臺(tái))：過(guò)濾面積9m2，膠帶寬度1000，膠帶速度1-9m/min，真空度0.053MPa，變頻電機(jī)，主機(jī)5.5KW，帶就地系統(tǒng)控制箱，高位布置；真空耗量3000m3/h。含氣液分離器，DN1000，材質(zhì)為FRP。

(2)水環(huán)真空泵(1 臺(tái))：材質(zhì)鑄鐵，壓力530mbar，抽氣量3500m3/h，功率90KW。

(3)濾液泵(2 臺(tái))：材質(zhì)：Cr30，流量35m3/h，揚(yáng)程25m，功率15KW。

(4)旋流器(1 臺(tái))：材質(zhì)：聚氨酯/鋼襯聚氨酯，進(jìn)料量30m3/h，含固量15%；底流流量5.5m3/h，含固量45%。

(5)濾液水箱：φ4000×4000，V＝50m3，外部油漆防腐。

具體設(shè)備工藝布局可見(jiàn)圖3，其中上圖為主視圖，下圖為俯視圖。

圖3 加拿大VC 水泥原有的石膏脫水系統(tǒng)布置圖

該工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，占地面積大，一次性投資及運(yùn)行維護(hù)成本都很高。

如何合理利用水泥工業(yè)既有工藝來(lái)簡(jiǎn)化石膏脫水系統(tǒng)工藝流程，是業(yè)主迫切的需求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察及與業(yè)主的多次溝通，最終確認(rèn)了簡(jiǎn)化思路，具體方案如下：

石膏脫水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)化可見(jiàn)圖4。

圖4 簡(jiǎn)化后的加拿大VC 水泥石膏脫水系統(tǒng)流程圖

由圖4 所示，從吸收塔石膏排漿泵輸送來(lái)的石膏漿液經(jīng)石膏旋流器將石膏漿液進(jìn)行一級(jí)脫水后由文氏進(jìn)料器直接輸送進(jìn)篦冷機(jī)，原石膏脫水系統(tǒng)中的二級(jí)脫水系統(tǒng)(包括真空皮帶機(jī)、真空泵、濾液水箱、濾液水泵等)均取消。由于原脫水系統(tǒng)的處置物都是內(nèi)部消化：脫硫石膏會(huì)摻入水泥熟料，濾液水也會(huì)加入篦冷機(jī)用作將溫水以保證脫硫水質(zhì)，因此改進(jìn)后的脫水系統(tǒng)對(duì)整體水泥工業(yè)物料平衡沒(méi)有影響。

簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)配備的相關(guān)設(shè)備有：

(1)旋流器(1 臺(tái))(原設(shè)備保留)。

(2)文氏管進(jìn)料器(1 臺(tái))：碳鋼材質(zhì)，喉管處設(shè)4 路切向進(jìn)風(fēng)口DN40。

對(duì)比簡(jiǎn)化前后的石膏脫水系統(tǒng)可以看出：簡(jiǎn)化后的水泥工業(yè)石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的石膏脫水系統(tǒng)使得脫水相應(yīng)設(shè)備減少，節(jié)省了布局空間，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性大大增加。

3 經(jīng)濟(jì)效益

本次石膏脫水系統(tǒng)簡(jiǎn)化帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 簡(jiǎn)化后的水泥工業(yè)石灰石- 石膏濕法脫硫工藝的石膏脫水系統(tǒng)取消了真空皮帶機(jī)、水環(huán)泵、濾液水箱及濾液水泵等設(shè)備，取消了脫硫綜合樓，只保留了旋流器，新增了文氏管進(jìn)料裝置，減少一次性投資成本130 萬(wàn)元。

3.2 簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)沒(méi)有動(dòng)力設(shè)備，每年節(jié)省電耗360000kW.h(年運(yùn)行時(shí)間按300 天計(jì))，年減少運(yùn)行費(fèi)用36 萬(wàn)元。

3.3 簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大大降低，年減少運(yùn)行費(fèi)用20 萬(wàn)元。

除了經(jīng)濟(jì)效益，該簡(jiǎn)化還節(jié)省了占地面積約150 平米，對(duì)于廠區(qū)交通運(yùn)輸方便和水泥廠整體美觀和諧都起到了積極的作用。

4 優(yōu)化建議

后續(xù)的優(yōu)化建議有兩點(diǎn)：

4.1 石膏排漿去篦冷機(jī)的管路材質(zhì)更換

業(yè)主目前使用的是304 L 不銹鋼管，已有局部彎頭段出現(xiàn)磨損。原因分析：首先業(yè)主的石膏漿液比正常運(yùn)行的脫硫項(xiàng)目PH 都要低得多。正常范圍4.8～5.5，加拿大項(xiàng)目一直是4 左右，明顯偏酸，腐蝕性更高；其次管道材質(zhì)，304L 不銹鋼，用在這種帶腐蝕性的漿液上是肯定用不住的，建議更改為2507 材質(zhì)的不銹鋼或是更好的1.4529 不銹鋼管(前提仍是PH 值控在常規(guī)范圍內(nèi))。

4.2 旋流器回塔漿液采用漿液泵打回脫硫塔

由于篦冷機(jī)離脫硫塔有近200 米遠(yuǎn)，且旋流器的回流口和脫硫塔內(nèi)的漿液高差不大，因此旋流器回塔漿液流動(dòng)不暢，易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。建議在篦冷機(jī)旁邊設(shè)一小水箱，將旋流器的回液先流入到水箱內(nèi)，再由水箱旁漿液泵將旋流器回液打回到脫硫塔內(nèi)。

5 結(jié)論

加拿大VC 水泥生產(chǎn)線高效煙氣脫硫工程是公司承接的第一條發(fā)達(dá)國(guó)家水泥線脫硫項(xiàng)目，意義十分重大。其簡(jiǎn)化后的石膏脫水系統(tǒng)，取消了原系統(tǒng)的大部分設(shè)備，既大大減少了一次性投資，又降低了運(yùn)行維護(hù)成本，節(jié)省了布局空間，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性也大大增加，具有極高的推廣價(jià)值。