CN109351156A - 一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统和脱除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统和脱除方法，脱除系统包括：收尘器，通过设置有第一挡板的第一入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第一出口烟道与湿法脱硫单元的尾气入口相连；生料立磨，通过设置有第二挡板的第二入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第二出口烟道与所述收尘器的尾气入口或第一出口烟道相连；湿法脱硫单元，包括脱硫浆液配制子单元、脱硫吸收塔和石膏浆液回收子单元。脱除方法具体采用上述脱除系统进行水泥窑炉尾气的脱硫。本发明以水泥窑炉尾部收尘器收集的固体粉末作为湿法脱硫的吸收剂并且能满足超低排放限值并能节省水泥生产的水耗和原料。
Description
技术领域
本发明涉及尾气脱硫的环保技术领域，更具体地讲，涉及一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统和脱除方法。
背景技术
水泥工业的原料和燃料由于含硫，在工艺生产过程中，尾气中会产生大气污染物SO2。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)中规定：现有生产线自2015年7月1日开始，熟料生产线SO2排放浓度不高于200mg/Nm3，重点地区不高于100mg/Nm3。随着国家环保政策要求越来越严，借鉴电力工业火电厂大气污染物全面实施超低排放限值(SO2排放浓度不高于35mg/Nm3)的经验，水泥工业亦有实施超低排放的趋势。
水泥工业由于生产原料和工艺流程特性，其分解炉和生料立磨具有一定的自脱硫功能，一般水泥生产线SO2排放都不会超出现行标准，但对于高硫燃料和高硫原料，窑炉尾气中的SO2浓度满足不了目前的大气污染物排放标准，需要增加烟气脱硫措施。
目前，水泥工业尾气SO2治理，通常措施主要有：1)热生料喷注脱硫：从分解炉出口抽取含有高活性氧化钙的高温气体、通过稀释冷却器冷却至400℃、经旋风分离器将物料收集下来，加水制备成20～30％的氢氧化钙浆液，将制备好的浆液送入增湿塔和生料立磨出口，脱硫效率50～60％。2)吸收剂喷注法：在生料入库前，添加熟石灰或消石灰，在预热器及出风管道喷注氨水或消石灰等碱性物质，脱硫效率70％。这两种措施脱硫效率低，难以达到较高的脱硫效率(如90％以上)和满足超低排放限值。
常规石灰石－石膏湿法脱硫技术目前也被用于水泥工业窑炉尾气烟气脱硫，但常规湿法脱硫工艺存在工艺流程长、系统复杂、有脱硫废水产生、投资成本和运行成本高等缺陷。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种以水泥窑炉尾部收尘器收集的固体粉末作为湿法脱硫的吸收剂并且能满足超低排放限值并能节省水泥生产的水耗和原料的水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统和脱除方法。
本发明的一方面提供了水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，所述脱除系统包括：
收尘器，通过设置有第一挡板的第一入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第一出口烟道与湿法脱硫单元的尾气入口相连；
生料立磨，通过设置有第二挡板的第二入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第二出口烟道与所述收尘器的尾气入口或第一出口烟道相连；
湿法脱硫单元，包括脱硫浆液配制子单元、脱硫吸收塔和石膏浆液回收子单元，脱硫浆液配制子单元与收尘器的粉尘出口相连并与脱硫吸收塔的脱硫吸收剂浆液入口相连，脱硫吸收塔设置在收尘器与排烟筒之间并且设置有循环喷淋子单元，石膏浆液回收子单元与脱硫吸收塔的石膏浆液出口相连并与生料立磨或第二入口烟道相连。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的一个实施例，所述脱硫浆液配制子系统包括脱硫吸收剂浆液箱和脱硫吸收剂浆液泵，所述脱硫吸收剂浆液箱与收尘器的粉尘出口相连并通过脱硫吸收剂浆液泵与脱硫吸收塔相连。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的一个实施例，所述收尘器与脱硫吸收塔之间的第二出口烟道上设置有窑尾排风机。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的一个实施例，所述脱硫吸收塔的循环喷淋子单元包括若干层喷淋层和若干台浆液循环泵，浆液循环泵入口与脱硫吸收塔底部浆液相连通，喷淋层设置在脱硫吸收塔的上部并通过管道与所述浆液循环泵相连，每台浆液循环泵对应1～2层喷淋层。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的一个实施例，所述脱硫吸收塔中还设置有位于所述喷淋层上方的除雾器和位于脱硫吸收塔外的氧化风机。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的一个实施例，所述石膏浆液回收子单元包括石膏排出泵、石膏旋流器、石膏浆液储存箱和石膏浆液输送泵，石膏旋流器通过石膏排出泵与脱硫吸收塔的石膏浆液排出口相连，石膏旋流器的溢流出口与脱硫吸收塔的溢流回收口相连且底流出口与石膏浆液储存箱相连，石膏浆液储存箱通过石膏浆液输送泵与生料立磨或第二入口烟道相连。
本发明的另一方面提供了一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，利用上述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统进行水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法的一个实施例，开启第一挡板并关闭第二挡板时，将生料立磨停止运行且整体启用湿法脱硫单元，将收尘器收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂配制得到脱硫吸收剂浆液送入脱硫吸收塔中进行脱硫，控制尾气经过收尘器、湿法脱硫单元和排烟筒后排出，将湿法脱硫得到的石膏浆液储备用。
根据本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法的一个实施例，关闭第一挡板并开启第二挡板时，将生料立磨投入运行并将所述石膏浆液喷入生料立磨中，根据生料立磨的出口尾气情况停运湿法脱硫单元、部分启用湿法脱硫单元或整体启用湿法脱硫单元进行尾气脱硫后排出尾气。
本发明的再一方面提供了一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，对水泥窑炉尾气进行湿法脱硫，其中，将从水泥窑炉尾气中收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂，将湿法脱硫后得到的副产物石膏返回与生料共同干燥和研磨后制成水泥制品。
与现有技术相比，本发明利用水泥窑炉尾部收尘器收集下来的含碳酸钙和/或氧化钙粉末作为湿法脱硫的吸收剂，不额外增加脱硫吸收剂；湿法脱硫单元配置无脱硫副产物石膏脱水系统、无废水产生，工艺流程短、系统简单，节省了投资成本和运行成本；充分利用了水泥窑炉的工艺特点，脱硫副产物石膏被送回生料立磨内，在提高立磨自脱硫效率的同时，减少了立磨喷水量；同时石膏与生料一起被送回窑炉中制成水泥，得到了循环利用，减少了水泥原料消耗量，解决了石膏处置问题。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-水泥窑炉、21-第一挡板、22-第二挡板、3-生料立磨、31-第二入口烟道、32-第二出口烟道、4-收尘器、41-第一入口烟道、42-第一出口烟道、43-脱硫吸收剂浆液箱、44-脱硫吸收剂浆液泵、5-窑尾排风机、6-脱硫吸收塔、61-喷淋层、62-除雾器、63-浆液循环泵、64-石膏排出泵、65-石膏旋流器、651-石膏旋流器溢流、652-石膏旋流器底流、66-石膏浆液储存箱、67-石膏浆液输送泵、68-氧化风机、7-排烟筒。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面对本发明水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统和脱除方法进行详细说明。
首先，本发明的水泥窑炉尾气二氧化硫脱除方法是对水泥窑炉尾气进行湿法脱硫，具体将从水泥窑炉尾气中收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂，将湿法脱硫后得到的副产物石膏返回与生料共同干燥和研磨后制成水泥制品。
其次，根据上述脱除方法的脱除原理设计了与之匹配的脱除系统。
图1示出了根据本发明示例性实施例的水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统包括收尘器4、生料立磨3和湿法脱硫单元，收尘器4对来自水泥窑炉1的尾气进行收尘处理，生料立磨3用于对水泥生料进行干燥研磨且具有一定的自脱硫功能，湿法脱硫单元实现对水泥窑炉尾气的脱硫。
具体地，收尘器4通过设置有第一挡板21的第一入口烟道41与水泥窑炉1的尾气出口相连，通过第一出口烟道42与湿法脱硫单元的尾气入口相连；生料立磨3通过设置有第二挡板22的第二入口烟道31与水泥窑炉1的尾气出口相连，通过第二出口烟道32与收尘器4的尾气入口或第一出口烟道41相连。当来自水泥窑炉1的尾气分别或同时进入生料立磨或湿法脱硫单元，可以通过配合第一挡板21和第二挡板22的开闭程度，确定脱硫系统满足排放限值的运行方式。
湿法脱硫单元包括脱硫浆液配制子单元、脱硫吸收塔6和石膏浆液回收子单元，脱硫浆液配制子单元与收尘器4的粉尘出口相连并与脱硫吸收塔6的脱硫吸收剂浆液入口相连，脱硫吸收塔6设置在收尘器4与排烟筒7之间并且设置有循环喷淋子单元，石膏浆液回收子单元与脱硫吸收塔6的石膏浆液出口相连并与生料立磨3或第二入口烟道41相连。
其中，脱硫浆液配制子系统包括脱硫吸收剂浆液箱43和脱硫吸收剂浆液泵44，脱硫吸收剂浆液箱43与收尘器4的粉尘出口相连并通过脱硫吸收剂浆液泵44与脱硫吸收塔6相连，则可以将水泥窑炉尾部收尘器4收集的含碳酸钙、氧化钙的粉尘引入脱硫吸收剂浆液箱43中并加水调配成含碳酸钙和/或氢氧化钙的吸收剂浆液，吸收剂浆液通过脱硫吸收剂浆液泵44送入设置在收尘器4与排烟筒7之间的脱硫吸收塔6内。
收尘器4与脱硫吸收塔6之间的第二出口烟道32上设置有窑尾排风机5，通过窑尾排风机(5)将窑炉尾气从脱硫吸收塔6中下部引入脱硫吸收塔6内。
脱硫吸收塔6的循环喷淋子单元包括若干层喷淋层61和若干台设置在脱硫吸收塔外的浆液循环泵63，浆液循环泵63入口与脱硫吸收塔6底部浆液(喷淋层喷淋的浆液)相连通，喷淋层61设置在脱硫吸收塔6的上部并通过管道与浆液循环泵63相连，每台浆液循环泵对应1～2层喷淋层，由此可以根据脱硫需求仅开启部分或全部浆液循环泵63和部分喷淋层61。脱硫吸收塔内的脱硫吸收剂浆液通过循环泵63泵入到喷淋层61，喷淋下的浆液中的碳酸钙和/或氢氧化钙与逆流而上的烟气中的SO2发生化学反应生成亚硫酸钙，从而达到脱除尾气SO2目的。
脱硫吸收塔6中还设置有位于喷淋层61上方的除雾器62和位于脱硫吸收塔6外的氧化风机68。脱除SO2后的尾气通过脱硫吸收塔6上部的除雾器62去除液滴后，从脱硫吸收塔6顶部通过排烟筒7排入大气。脱硫吸收塔外设置氧化风机68，通过氧化风机68将空气鼓入到脱硫吸收塔内，空气中的氧将脱硫吸收塔内发生脱硫反应生成的亚硫酸钙氧化成硫酸钙，硫酸钙与水结晶生成石膏(CaSO4.2H2O)。
本发明中的石膏浆液回收子单元包括石膏排出泵64、石膏旋流器65、石膏浆液储存箱66和石膏浆液输送泵67，石膏旋流器65通过石膏排出泵64与脱硫吸收塔6的石膏浆液排出口相连，石膏旋流器65的溢流出口与脱硫吸收塔6的溢流回收口相连且底流出口与石膏浆液储存箱66相连，石膏浆液储存箱66通过石膏浆液输送泵67与生料立磨3或第一入口烟道41相连。
石膏排出泵64将脱硫吸收塔6内的石膏浆液送到石膏旋流器65进行浓缩、旋流分离，石膏旋流器溢流651通过管道回流到脱硫吸收塔6内，石膏旋流器底流652通过管道流入石膏浆液储存箱66储存备用。当需要时，将石膏浆液储存箱66中储存的石膏浆液通过管道由石膏浆液输送泵67喷射到生料立磨3内或生料立磨3的第二入口烟道31内。由此，石膏浆液中的水分在200℃左右的水泥窑炉尾气下蒸发形成蒸汽，可提高生料立磨3的自脱硫效率并可减少生料立磨的喷水量。并且，石膏浆液中的石膏在生料立磨3内与生料一起干燥、研磨后最终回到水泥窑炉培烧成水泥制品，石膏转化在水泥中可有效减少水泥原料消耗量。
利用上述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统进行水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除时，具体可以采用以下方式进行。
具体地，开启第一挡板21并关闭第二挡板22时，将生料立磨3停止运行且整体启用湿法脱硫单元，将收尘器4收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂配制得到脱硫吸收剂浆液送入脱硫吸收塔6中进行脱硫，控制尾气经过收尘器4、湿法脱硫单元和排烟筒7后排出，将湿法脱硫得到的石膏浆液储备用。
关闭第一挡板21并开启第二挡板22时，将生料立磨3投入运行并将上述石膏浆液喷入生料立磨3中，根据生料立磨3的出口尾气情况停运湿法脱硫单元、部分启用湿法脱硫单元或整体启用湿法脱硫单元进行尾气脱硫后排出尾气。此工况下，由于生料立磨3的自脱硫效率提高，可减轻下游湿法脱硫系统的脱硫负荷或停运湿法脱硫系统，继而可以根据尾气情况调节第一挡板21和第二挡板22的开闭程度来确定脱硫系统满足排放限值的运行方式。
可见，本发明利用了水泥窑炉尾部收尘器收集下来的含碳酸钙和/或氧化钙粉末作为湿法脱硫的吸收剂。并且在水泥窑炉尾部收尘器与排烟筒之间设置湿法脱硫单元，并且该湿法脱硫单元不设置脱硫副产物石膏的脱水系统，仅设置石膏旋流器，石膏旋流器对从脱硫吸收塔排出的石膏浆液进行一次浓缩、旋流分离，将石膏旋流溢流返回脱硫吸收塔作为吸收塔补水用，同时将石膏旋流底流送入石膏浆液储存箱中储存。在水泥窑炉系统的生料立磨运行期间，可以将石膏浆液箱中储存的石膏浆液喷入生料立磨的第二入口烟道的200℃左右的尾气中或直接喷入生料立磨内，石膏浆液中的水分蒸发成蒸汽，可提高生料立磨的自脱硫效率，减少生料立磨的喷水量；石膏浆液中的石膏在生料立磨内与生料一起干燥、研磨后最终回到窑炉培烧成水泥制品，石膏被转化为水泥可有效减少水泥原料消耗量。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
2500t/d的水泥熟料生产线，生料立磨停运期间，尾气量250000Nm3/h(干)，SO2浓度：400mg/Nm3(10％O2、干)，利用收尘器收集的粉尘作为脱硫吸收剂，脱硫吸收塔设计3层喷淋层、3台循环泵，脱硫效率为92.3％，SO2浓度满足超低排放，石膏旋流底流0.3m3/h。生料立磨每天运行6小时，运行期间将石膏浆液喷入生料立磨内，可减少原立磨的喷水量1t/h、减少原立磨原料石灰石0.5t/h，立磨自脱硫效率55％，湿法脱硫单元的入口SO2浓度降低到180mg/Nm3(10％O2、干)，此时，无需投运湿法脱硫系统，SO2排放满足200mg/Nm3的排放限值；若投运脱硫吸收塔的一台循环泵和一层喷淋层，则SO2浓度满足100mg/Nm3的排放限值；若投运两台循环泵和两层喷淋层，则SO2浓度满足超低排放限值。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述脱除系统包括：
收尘器，通过设置有第一挡板的第一入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第一出口烟道与湿法脱硫单元的尾气入口相连；
生料立磨，通过设置有第二挡板的第二入口烟道与水泥窑炉的尾气出口相连，通过第二出口烟道与所述收尘器的尾气入口或第一出口烟道相连；
湿法脱硫单元，包括脱硫浆液配制子单元、脱硫吸收塔和石膏浆液回收子单元，脱硫浆液配制子单元与收尘器的粉尘出口相连并与脱硫吸收塔的脱硫吸收剂浆液入口相连，脱硫吸收塔设置在收尘器与排烟筒之间并且设置有循环喷淋子单元，石膏浆液回收子单元与脱硫吸收塔的石膏浆液出口相连并与生料立磨或第二入口烟道相连。
2.根据权利要求1所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述脱硫浆液配制子系统包括脱硫吸收剂浆液箱和脱硫吸收剂浆液泵，所述脱硫吸收剂浆液箱与收尘器的粉尘出口相连并通过脱硫吸收剂浆液泵与脱硫吸收塔相连。
3.根据权利要求1所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述收尘器与脱硫吸收塔之间的第二出口烟道上设置有窑尾排风机。
4.根据权利要求1所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述脱硫吸收塔的循环喷淋子单元包括若干层喷淋层和若干台浆液循环泵，浆液循环泵入口与脱硫吸收塔底部浆液相连通，喷淋层设置在脱硫吸收塔的上部并通过管道与所述浆液循环泵相连，每台循环泵对应1～2层喷淋层。
5.根据权利要求4所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述脱硫吸收塔中还设置有位于所述喷淋层上方的除雾器和位于脱硫吸收塔外的氧化风机。
6.根据权利要求4所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统，其特征在于，所述石膏浆液回收子单元包括石膏排出泵、石膏旋流器、石膏浆液储存箱和石膏浆液输送泵，石膏旋流器通过石膏排出泵与脱硫吸收塔的石膏浆液排出口相连，石膏旋流器的溢流出口与脱硫吸收塔的溢流回收口相连且底流出口与石膏浆液储存箱相连，石膏浆液储存箱通过石膏浆液输送泵与生料立磨或第二入口烟道相连。
7.一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，其特征在于，利用权利要求1至6中任一项所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除系统进行水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除。
8.根据权利要求7所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，其特征在于，开启第一挡板并关闭第二挡板时，将生料立磨停止运行且整体启用湿法脱硫单元，将收尘器收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂配制得到脱硫吸收剂浆液送入脱硫吸收塔中进行脱硫，控制尾气经过收尘器、湿法脱硫单元和排烟筒后排出，将湿法脱硫得到的石膏浆液储备用。
9.根据权利要求8所述水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，其特征在于，关闭第一挡板并开启第二挡板时，将生料立磨投入运行并将所述石膏浆液喷入生料立磨中，根据生料立磨的出口尾气情况停运湿法脱硫单元、部分启用湿法脱硫单元或整体启用湿法脱硫单元进行尾气脱硫后排出尾气。
10.一种水泥窑炉尾气二氧化硫的脱除方法，其特征在于，对水泥窑炉尾气进行湿法脱硫，其中，将从水泥窑炉尾气中收集得到的含碳酸钙和/或氧化钙的粉尘作为湿法脱硫的吸收剂，将湿法脱硫后得到的副产物石膏返回与生料共同干燥和研磨后制成水泥制品。
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