重慶**水泥有限公司窯尾煙氣脫硫工程

四川天宇興源環(huán)保科技有限公司

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二O一六年六月

一、概述

重慶**水泥有限公司現(xiàn)有一條2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，目前窯尾煙氣SO₂排放濃度最高達500 mg/m³（工況），現(xiàn)要求窯尾煙氣SO₂排放濃度小于100mg/m³。

   本項目廠區(qū)內(nèi)另建有一套SNCR煙氣脫硝系統(tǒng)，利用氨水作為還原劑，在分解爐高溫區(qū)域內(nèi)氨和氮氧化物反應(yīng)，將氮氧化物降至300mg/m³以下。本工程擬采用高溫氨法脫硫，通過氨水和SO₂反應(yīng)，生成硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨等硫酸根化合物，去除煙氣中的SO₂，噴射位置位于C2/C3煙氣出口管道。氨水的卸載和儲存單元可以利用原有SNCR脫硝系統(tǒng)的設(shè)備，采用一體化的集成設(shè)備，不需要增加土建工程，安裝簡單方便，無需停窯，僅需脫硝系統(tǒng)短暫停機，將氨水接入脫硫集成設(shè)備內(nèi)，不會造成氮氧化物超標(biāo)，電氣控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi)，統(tǒng)一控制管理。

二、項目設(shè)計參數(shù)

2.1、設(shè)計基本參數(shù)

以下設(shè)計參數(shù)根據(jù)水泥生產(chǎn)線檢測儀表記錄而來，其他工藝參數(shù)設(shè)計時考慮嚴(yán)格于現(xiàn)有的工藝參數(shù)。

生產(chǎn)線煙氣參數(shù)

2.2、物料介質(zhì)主要參數(shù)

（1）脫硫劑：17%氨水

（2）電源

動力電源：三相五線制 380 V/ 220 V，50Hz

事故電源：直流 220 V

控制電源：直流 220 V或交流 220 V

（3）壓縮空氣

壓力：0.4Mpa～0.6Mpa 

溫度：常溫

三、設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)

3.1、概述

本項目為重慶**水泥有限公司2500 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線煙氣脫硫工程，具體設(shè)計參數(shù)詳見上述表格。

本工程采用高溫氨法脫硫工藝，脫硫劑采用17%濃度的氨水溶液。脫硫系統(tǒng)運行方式為連續(xù)運行，該系統(tǒng)具有很高的可靠性和可用率，不會因為該系統(tǒng)的故障而導(dǎo)致水泥生產(chǎn)線停機。

我方提供安全可靠、技術(shù)先進、運行經(jīng)濟的，且能滿足環(huán)境保護要求的脫硫系統(tǒng)。

3.2、規(guī)程與標(biāo)準(zhǔn)

脫硫裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、試運行等應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。

脫硫系統(tǒng)的設(shè)計、供貨、調(diào)試、試驗及檢查、試運行、考核、最終交付等應(yīng)符合相關(guān)的法律及規(guī)范。

工程中的工作語言為中文，所有的文件、圖紙均用中文進行編寫。 

3.3、設(shè)計目標(biāo)

（1）脫硫項目采用先進、成熟、可靠的脫硫技術(shù)，布局合理、裝備優(yōu)良、運行經(jīng)濟，維護方便。

（2）在窯爐任何生產(chǎn)負(fù)荷范圍內(nèi)，以氨水為脫硫劑作為考核標(biāo)準(zhǔn)，廢氣中SO₂排放濃度不高于100mg/m³（工況，氧含量10%，干基）。

（3）脫硫系統(tǒng)設(shè)備管路密封良好，無泄漏。

（4）脫硫裝置的調(diào)試、啟停和運行應(yīng)不影響水泥生產(chǎn)線的正常運行。

（5）車間布置留有足夠的通道，包括施工、檢修需要的吊裝及運輸通道。

（6）脫硫效率以及SO₂的排放達到環(huán)保部門規(guī)定要求，同時不影響水泥生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)。

3.4、性能保證

在水泥窯爐上新建脫硫系統(tǒng)，其目的是為了確保鍋爐煙氣中SO₂的排放濃度在生產(chǎn)的任何情況低于環(huán)保局要求的排放濃度。

表格中計算數(shù)值依據(jù)業(yè)主方給定數(shù)據(jù)，氨水耗量為高溫氨法脫硫系統(tǒng)連續(xù)運行，SO₂ 按最大值500mg/m³降至100 mg/m³的氨水（17%）理論耗量，實際使用過程中氨水耗量根據(jù)窯爐實際運行情況確定。

四、脫硫工藝介紹

4.1、工藝系統(tǒng)說明

4.1.1、SO₂的產(chǎn)生及排放過程

水泥窯系統(tǒng)中的硫是由原料和燃料帶入的。原料中的硫以有機硫化物、硫化物（簡單硫化物或者復(fù)硫化物如硫鐵礦）或者硫酸鹽的形式存在，單質(zhì)硫可以忽略不計。原料中存在的硫酸鹽在預(yù)熱器系統(tǒng)通常不會形成SO₂ 氣體，大體上都會進入窯系統(tǒng)。其中一部分硫酸鹽會在窯內(nèi)高溫帶發(fā)生分解，生成的SO₂ 氣體隨窯氣向窯尾運動，在到達最低兩級預(yù)熱器等溫度較低區(qū)域時，冷凝在溫度較低的生料上，并隨生料沉集一起進入窯內(nèi)，形成一個在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)，而未分解的硫酸鹽則會隨著熟料離開窯系統(tǒng)。原料中以其他形式存在的硫（主要以硫化物形式存在），則會在300~600℃被氧化生成SO₂氣體，主要發(fā)生在五（四）級預(yù)熱器的第二級旋風(fēng)筒或者六級預(yù)熱器的第三級旋風(fēng)筒。在預(yù)分解窯系統(tǒng)內(nèi)，燃料由窯頭和分解爐喂入。分解爐燃料燃燒生成的SO₂會被分解爐存在的大量活性CaO吸收，生成的CaSO₄隨物料經(jīng)最低級旋風(fēng)筒由窯尾煙室進入窯內(nèi)。窯頭喂入的燃料產(chǎn)生的SO₂氣體會和硫酸鹽在窯內(nèi)高溫帶分解產(chǎn)生的SO₂氣體經(jīng)歷類似的歷程。

原料中的硫氧化產(chǎn)生的SO₂在通過上級旋風(fēng)筒時會被部分吸收，其余則隨廢氣一道從預(yù)熱器排出。如果廢氣用于烘干原料，則SO₂在原料磨中進一步被吸收。在溫度低于600℃的情況下，CaCO₃對SO₂的吸收效率要遠(yuǎn)低于CaO。上面兩級預(yù)熱器中CaCO₃分解率極低，且僅有少量CaO被煙氣從高溫部分帶上去，因此吸收效率很低。再加上此時濕度較低以及排放前的停留時間較短，SO₂排放濃度可能很高。如果存在有機硫化物，其氧化行為與硫鐵礦接近。

總之，新型干法水泥生產(chǎn)過程中的SO₂排放與燃料帶入的硫和硫酸鹽在預(yù)熱器和窯之間的循環(huán)關(guān)系不大，而與原料中硫化物的量密切相關(guān)。

4.1.2、脫硫工藝基本原理

   目前水泥廠可以采用的脫硫技術(shù)主要包括干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫工藝包括反應(yīng)劑噴注法、熱生料噴注法等，半干法脫硫主要是噴霧干燥脫硫法，濕法脫硫包括氨法脫硫、雙堿法脫硫、石灰石石膏法等脫硫工藝。

   反應(yīng)劑噴注法是指將熟石灰噴入預(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置，利用熟石灰與SO₂反應(yīng)，生成亞硫酸鈣，隨物料進入窯系統(tǒng)，此后經(jīng)歷的過程與原料、燃料中帶有的硫類似，在窯系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，未分解的硫酸鈣排除窯系統(tǒng)，達到脫出SO₂的目的。基于SO₂的產(chǎn)生位置，脫硫劑的噴射位置一般位于C2/C3煙氣出口管道上。

  熱生料噴注法是將已分解的生料喂入預(yù)熱器系統(tǒng)適當(dāng)位置。已分解的生料中含有大量的CaO，CaO可以與SO₂反應(yīng)生成硫酸鈣。噴射的位置同樣位于C2/C3的煙氣出口管道。

  噴霧干燥脫硫法是一種濕法與干法相結(jié)合的脫硫工藝，將消化后的石灰石漿液噴入吸收塔，霧化后的小液滴中含有大量Ca(OH)₂顆粒，煙氣中的SO₂會溶于溶液中反應(yīng)被吸收。一般利用水泥廠的增濕塔作為吸收塔，未反應(yīng)的Ca(OH)₂隨著煙氣進入尾部收塵后排出，生成的含硫化合物隨窯灰進入生料磨。

   氨法脫硫目前廣泛應(yīng)用于電廠脫硫系統(tǒng)內(nèi)，是一種高效、低成本的濕法脫硫工藝，脫硫效率可達95%以上。該工藝?yán)冒彼諢煔庵械?/span>SO₂生成亞硫酸銨，在富氧條件下亞硫酸銨會被氧化成硫酸銨，從而脫除煙氣中的SO₂。該工藝在水泥廠具有很高的應(yīng)用價值，水泥廠一般都建有SNCR脫硝系統(tǒng)，利用SNCR脫硝系統(tǒng)的氨水作為脫硫劑，可減少一次投資成本，運行管理方便。

   雙堿法脫硫是采用鈉基脫硫劑進行塔內(nèi)脫硫，由于鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應(yīng)產(chǎn)物溶解度大，不會造成過飽和結(jié)晶，造成結(jié)垢堵塞問題。另一方面脫硫產(chǎn)物被排入再生池內(nèi)用氫氧化鈣進行還原再生，再生出的鈉基脫硫劑再被打回脫硫塔循環(huán)使用。雙堿法脫硫工藝應(yīng)用在水泥廠脫硫時需要建設(shè)脫硫塔，一次投資成本較大。

   石灰石石膏法主要應(yīng)用于火電廠的煙氣脫硫工程，采用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑，石灰石經(jīng)破碎磨細(xì)成粉狀與水混合攪拌成吸收漿液，當(dāng)采用石灰為吸收劑時，石灰粉經(jīng)消化處理后加水制成吸收劑漿液。在吸收塔內(nèi)，吸收漿液與煙氣觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學(xué)反應(yīng)從而被脫除，最終反應(yīng)產(chǎn)物為石膏。一次投資成本過大，占地面積高，運行成本高，系統(tǒng)管理復(fù)雜，該工藝并不適用于水泥廠脫硫系統(tǒng)中。

   綜上分析，本項目廠區(qū)內(nèi)同時設(shè)有SNCR 脫硝系統(tǒng)，SNCR 脫硝系統(tǒng)利用氨水作為脫硫劑，為了降低成本，同時又能達到脫硫的效果，本項目采用氨法脫硫。利用氨水作為脫硫劑，噴入煙氣系統(tǒng)內(nèi)，使氨和SO₂ 反應(yīng)，達到脫硫的目的，一般噴射位置選擇C2/C3 煙氣出口。

脫硫反應(yīng)脫硫效率的主要影響因素有氨硫比、溫度、脫硫劑與煙氣混合程度等因素。

氨水在適合的噴射位置均勻的分配在煙氣中，根據(jù)不同噴射形式和噴射系統(tǒng)任務(wù)，氨水液滴將被均勻的分布在反應(yīng)區(qū)域的截面上。

脫硫反應(yīng)氨硫比一般控制在2.5左右（按全部生成硫酸銨計算），噴氨量過大會導(dǎo)致較大的氨逃逸，對除塵設(shè)備造成一定腐蝕。選擇合理的噴射位置，合適的噴氨量，將不會對后續(xù)處理設(shè)備造成影響。因此選取合適的的噴槍，合理的噴射角度及噴射距離就顯得尤為重要。

4.2、氨法脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備

氨法脫硫裝置整套工藝是全機械化和自動運行的，主要包括4個分系統(tǒng)：

1）氨水卸載、儲存系統(tǒng)

2）集成系統(tǒng)

3）噴射與監(jiān)測系統(tǒng)

4）工藝的管理和控制系統(tǒng)

4.2.1、氨水卸載、儲存系統(tǒng)

  氨水運輸和儲存需要特別的安全措施，槽車上的氨水經(jīng)卸氨泵儲存在儲罐中，儲存在立式的304不銹鋼儲罐中。為了防止由于過熱引起的氨氣的釋放，儲罐體以及其輔助設(shè)施采取遮陽防雨措施以避免陽光直曬和雨淋。安全起見，儲罐不置于密閉的房間內(nèi)。一般氨水儲存量滿足5~7天的氨水用量即可。

氨水儲罐設(shè)有1個泵模塊用來從槽車向儲罐加注氨水（PMF），該模塊同時還可以用于緊急排水或為罐體維修時做排液準(zhǔn)備。

氨水儲存罐、卸氨泵站利用原有脫硝系統(tǒng)的設(shè)備，不另增加。

4.2.2、集成系統(tǒng)

  集成系統(tǒng)包括氨水的輸送系統(tǒng)、計量分配系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)，是整個脫硫工藝的核心。由于本項目脫硫系統(tǒng)不是連續(xù)運行，僅設(shè)置一臺泵，將氨水輸送至噴射模塊。輸送系統(tǒng)包含必要的閥門、止回閥、過濾器、壓力表。計量分配系統(tǒng)用來測量和控制正常運行時需要的脫硫劑量的組件被裝配在給料分配模塊中，這些模塊配有一個控制閥和一個流量變送器，用來自動控制到噴槍的脫硫劑溶液總流量。

  另外，計量分配系統(tǒng)還包括手動閥門、氣動控制閥門。可以方便靈活地控制每根噴槍的實際流量，以便于獲得更加均勻的流場分布。在分配柜中還設(shè)置有壓力開關(guān)及閥門，可以實時監(jiān)控整個分配柜的運行狀態(tài)，保障系統(tǒng)安全運行。

4.2.3、脫硫劑噴射系統(tǒng)

  噴射系統(tǒng)由壓縮空氣減壓模塊、壓縮空氣環(huán)管、氨水環(huán)管、噴槍組成，噴槍布置在C2/C3出口煙氣管道內(nèi)，共布置4支噴槍，側(cè)方向噴入，所有脫硫劑的流量平均分配到每一只噴槍內(nèi)，保證最佳的霧化效果，最大的覆蓋面積。   噴槍采用雙流體噴嘴內(nèi)部混合。每支噴槍由外部的壓縮空氣管和靠內(nèi)部的氨水溶液管組成。內(nèi)部管與外部管相連接，外部管通過卡套接頭與噴槍套管連接。噴槍具有極高的穿透力，還可以調(diào)節(jié)噴霧效果和液滴的尺寸。對于有角度的噴槍，噴射角度可以在運行期間進行改變。噴槍沒有可移動部件，只有外部管是可以活動的。在現(xiàn)場可以通過調(diào)節(jié)外部管以獲得不同的噴霧形式。

固定安裝的噴槍通過外纏不銹鋼的聚四氟乙烯軟管向爐窯內(nèi)噴射氨水。

標(biāo)準(zhǔn)的噴槍的外徑為22mm，并且通過5/4”的快速接頭直接連接。噴槍的最小外徑可達12mm。標(biāo)準(zhǔn)的噴槍可以安裝在1-?”的滑動管上，用于自動伸縮系統(tǒng)。噴槍安裝時，調(diào)整好正確的插入深度和噴霧效果后，使用卡套接頭在相應(yīng)的位置進行固定。需要維護噴槍時，打開快速接頭即可卸下噴槍，重新插入時無需再次調(diào)整。

根據(jù)項目實際情況進行噴槍的專門設(shè)計，可以生產(chǎn)單一或多重噴霧、無角度或帶角度以及扇形噴霧，也可以根據(jù)具體的項目設(shè)計霧滴的大小。對于更為惡劣的使用環(huán)境，噴槍還可以安裝一個可選擇的護套，材質(zhì)為耐熱的不銹鋼。

對于規(guī)模較大的系統(tǒng)，用于控制和監(jiān)測噴槍的設(shè)備可以組裝在單獨的噴射模塊內(nèi)。小系統(tǒng)則會與給料分配系統(tǒng)結(jié)合在一起。

-HOPE噴槍組件

噴槍位置位于C2/C3煙道出口，共設(shè)置4支噴槍，氨水被平均分配到每支噴槍內(nèi)，保證脫硫劑充分覆蓋整個煙道。

制和管4.2.4、控理系統(tǒng)

噴槍位置位于C2/C3煙道出口，共設(shè)置4支噴槍，氨水被平均分配到每支噴槍內(nèi)，保證脫硫劑充分覆蓋整個煙道。

4、24控制和管理系統(tǒng)

1）一個標(biāo)準(zhǔn)的 “分布式計算機控制模塊”，安裝在儲罐區(qū)域或統(tǒng)一布置于廠區(qū)配電室內(nèi)。

2）脫硫控制系統(tǒng)并入原有脫硝系統(tǒng)內(nèi)。

本套脫硫系統(tǒng)控制可并入原有電氣系統(tǒng)中

“分布式計算機控制模塊”包括帶有運行程序的PLC和一個有觸摸屏的人機界面。它接收來自爐窯和其附屬控制柜的二進制信號和模擬信號，通過換算，為還原反應(yīng)提供設(shè)定值并且和子控制柜以及中控室進行交流。PLC可以直接與全廠DCS進行通信。 PLC操作將由觸摸屏實現(xiàn)。工藝圖片用于操作和系統(tǒng)管理。這些圖片使操作更加容易直觀，常用命令基本都在界面上給出并通過按鈕即可操作。必要的工藝數(shù)據(jù)在操作終端上顯示并傳送到廠區(qū)DCS上進行正常監(jiān)視。

“分布式計算機控制模塊”還包括脫硫劑輸送模塊和計量輸送系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和處理功能。觸摸屏用來向系統(tǒng)發(fā)出指令，還可以查看系統(tǒng)運行信息等。PLC里的運行程序記錄了工藝參數(shù)、運行生成的曲線以及處理運行圖片，報警等。分布式計算機控制模塊主要的分布式計算機控制模塊經(jīng)常布置在罐區(qū)，需要防塵、防水，但同時也可以布置在專門的電氣設(shè)備間，中控室或者分解爐的給料和噴射設(shè)備附近。

脫硫控制系統(tǒng)也可并入原有脫硝系統(tǒng)中，利用原有的控制柜及PLC模塊，若模塊不足可以根據(jù)需要擴展，模塊補充部分費用已經(jīng)包括在本案報價中，本工程采用該種方式。

 五、設(shè)備清單