CN110052141B - 高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统，其中，工艺步骤包括水泥熟料烧成，粗除尘、半干法脱硫，细除尘、脱硫灰处理，烟气调和，低温SCR脱硝；系统包括水泥熟料烧成系统、窑尾高温风机、粉磨系统、收尘器一、半干法脱硫塔、收尘器二、低温SCR脱硝反应器、窑头收尘器和窑头引风机，窑尾预热器C1出气口、窑尾高温风机、粉磨系统、收尘器一、半干法脱硫塔、收尘器二、接力风机、低温SCR脱硝反应器、排风机、窑尾烟囱依次相连设置，冷却机出气口、窑头收尘器、窑头引风机依次相连设置，窑头引风机出口连接收尘器二出气口。本发明采用先半干法脱硫再低温SCR脱硝工艺，实现高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放。

Description

高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统
技术领域
本发明涉及烟气处理技术领域，特别是涉及一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺及系统。
背景技术
国家环保政策日渐严格，国家标准GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》中对重点地区水泥窑及窑尾余热利用系统大气污染物排放特别限制分别为NOx320mg/Nm3、SO2100mg/Nm3、颗粒物20mg/Nm3。建材协会推出的二代水泥技术标准中要求NOx排放为100mg/Nm3、SO2排放为50mg/Nm3、粉尘排放为10mg/Nm3。近期部分地方政府出台比此更严格的政策限制单位排放量及总排放量NOx排放为50mg/Nm3、SO2排放为35mg/Nm3、粉尘排放为5mg/Nm3。水泥制造商要么增加新的环保设备，要么错峰停产或者减产，脱硫脱硝除尘的市场需求大，而相关技术装备还不成熟，存在用一种污染物代替另一种污染物的现象。
影响SO2排放的主要是水泥原料中石灰石中的SO3含量，中国广东、浙江、安徽等省份当地的石灰石资源硫含量较高，使原料中SO3含量在0.1％以上，一般都需要上脱硫装置才能达到100mg/Nm3排放要求。当硫含量超过0.3％以上时，会对整个系统的排放产生极大的影响，易与SNCR系统的氨水反应产生设备腐蚀，尤其是当原燃料及空气中含水量较大时，烟气中湿含量较大，易对设备产生腐蚀，因此必须开发最佳减排方案；另外，当生料中硫含量超过1％时，会对熟料的强度产生影响，因此，高硫原料生产水泥时需综合考虑减排问题。脱硫采用的是脱硫剂喷注法或者湿法脱硫工艺，氧化钙或者氢氧化钙或者氨水等脱硫剂喷注法反应效率较低约20-30％、脱硫比例约50％；湿法脱硫技术反应效率较高达到90％以上，但是缺陷为存在消白问题，需要额外加热等措施，另外如果高硫原料生产水泥时采用湿法脱硫技术，SO2及衍生的少量SO3会随着烟气经过所有设备，至窑尾收尘器后温度较低时容易产生设备腐蚀，尤其是遇到SNCR喷入的过量的氨水情况时，产生的硫酸氢氨更容易腐蚀设备。
影响NOx排放的因素较多，从产生原理上可以分为热力氮、燃料氮、瞬时氮，回转窑和分解炉的燃烧均会产生NOx，因此几乎所有的生产线都涉及脱硝问题。脱硝措施主要包括低氮燃烧器、低氮自脱硝分解炉或分级燃烧、SNCR、SCR。低氮燃烧器、低氮自脱硝分解炉或分级燃烧能达到NOx排放300-600mg/Nm3；SNCR可以达到NOx排放150-200mg/Nm3，采用智能控制形成高效SNCR时，可以达到NOx排放100-150mg/Nm3，但是氨逃逸较大，达不到国家氨逃逸的标准要求；当要求NOx排放在100mg/Nm3以下时，随着氨水用量的增加，NOx排放值几乎不降低或者降低幅度很少，氨水和NOx的反应效率急剧下降，大量的氨水形成了氨逃逸，需要SCR催化剂的作用才能既稳妥达到50mg/Nm3以下指标，又满足氨逃逸的控制指标。但是，SCR催化剂在电厂应用较为成熟，水泥厂不同于电厂，粉尘、温度、二氧化硫等条件不同，催化剂的寿命有限，中温催化剂容易堵塞，且会对热烟气的利用造成负面影响，降低余热发电量，并且需要增加高温收尘器，一次性投资较大。因此，低温SCR是解决水泥生产脱硝排放的最佳路线，对前序车间的布置和生产操作影响最小。
水泥窑生产线SO2、NOx有害气体成分超净排放的单个技术研究较多，但是系统解决方案及实现超低排放的较少，从避免硫酸氢氨产生的角度考虑需要规避过量氨水和SO2的相遇，如果先用湿法脱硫在用SCR，湿法脱硫出口烟气的温度较低、湿含量大，需要加热至100℃左右才能使用低温SCR装置，系统的运行成本较高。大量的生产实践表明，需要一种综合解决脱硫脱硝除尘超净排放的方案，满足高硫原料生产水泥的环保指标、经济指标和稳定性。
联合的脱硫脱硝技术存在固定投资高，流程复杂，运行操作复杂，运行维护费用高等问题。烟气脱硫脱硝一体化技术在同一套装置内同时实现脱硫与脱硝的研究较多，比如用活性炭、臭氧等，但是存在吸附剂运行成本高、设备可靠性差、对反应温度窗口要求较高的缺点，难以满足大规模工业化使用的需要；钢铁、冶金、焦化行业等行业的技术不适用于水泥高尘行业。因此，寻找价格低廉、脱除效果好的工艺及装置己成为大气污染控制领域中前沿性的研究方向，且一直为各国研究人员所努力。
综上所述，基于这些问题，提供一种能够系统解决高硫原料生产水泥并且达到水泥窑脱硫脱硝除尘超净排放的工艺及系统具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺。
本发明是这样实现的，一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，包括如下步骤：
S1、水泥熟料烧成：高硫原料经窑尾预热器与热烟气热交换再喂入分解炉分解、回转窑煅烧后，进入冷却机冷却得到水泥熟料；在进行水泥熟料烧成的同时烧成系统进行分解炉自脱硝、SNCR和自脱硫，分解炉自脱硝和SNCR使出窑尾预热器的烟气中NOx控制在不产生氨逃逸的最低NOx排放范围内，SO2排放浓度为1000-2500mg/Nm3；
S2、粗除尘、半干法脱硫：窑尾产生的废气从窑尾预热器C1出来经窑尾高温风机进入粉磨系统作为烘干热源被利用之后再进入收尘器一粗收尘，若粉磨系统停止时窑尾废气经粉磨系统旁路直接进入收尘器一，收尘器一气体出口粉尘浓度控制在2g/Nm3以下，然后进入半干法脱硫塔进行脱硫，使出半干法脱硫塔的烟气中的SO2排放控制在35mg/Nm3以下，烟气温度为65-100℃，湿度为10-15％；
S3、细除尘、脱硫灰处理：半干法脱硫塔出来的烟气经过收尘器二细收尘，收尘器二气体出口粉尘浓度控制在5mg/Nm3以下；收尘器二收集下来的脱硫灰，一部分循环进入半干法脱硫塔，另一部分送入窑尾分解炉进行氧化，最后随生料进入回转窑固化到水泥熟料中。
S4、烟气调和：将窑头余风经窑头余风旁路管道上的窑头收尘器和窑头引风机后引入窑尾，窑头余风风量为1.0～1.5Nm3/kg·cl，温度控制100-150℃，与出收尘器二的烟气进行混合，调配烟气入低温SCR的温度和湿度，使混合后的烟气温度提高至80-150℃，湿度降低至4-10％，以达到下一步脱硝反应需要的最佳条件；
S5、低温SCR脱硝：混合后的烟气经接力风机送入低温SCR脱硝反应器进行脱硝，使烟气NOx排放为50mg/Nm3以下，之后由排风机送入窑尾烟囱，排到大气中。
优选的，步骤S2中的窑尾废气进入窑尾高温风机前，以及步骤S4中的窑头余风进入窑头收尘器前，均先进入相应的余热锅炉。
优选的，步骤S2中，所述粉磨系统，磨开时烟气风量约1.7-2.7Nm3/kg·cl，温度90-130℃；磨停时烟气风量约1.3-1.8Nm3/kg·cl，温度110-200℃。
优选的，步骤S2中，收尘器一收集下来的粉尘进入生料库。
优选的，步骤S2中，半干法脱硫塔进行脱硫的脱硫剂为外购石灰、消石灰或者自制脱硫剂中的一种或者几种的组合；所述自制脱硫剂采用自制脱硫剂装置从分解炉出口风管抽取热生料，然后先冷却至150℃以内再消化，消化后物料水分控制在2.0％以内，制备脱硫剂。
优选的，步骤S5中，入低温SCR脱硝反应器之前的混合烟气循环一部分进入半干法脱硫塔。
本发明的另一目的在于提供一种采用上述工艺的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，包括水泥熟料烧成系统，水泥熟料烧成系统包括窑尾预热器、分解炉、水泥窑和冷却机，还包括窑尾高温风机、粉磨系统、收尘器一、半干法脱硫塔、收尘器二、低温SCR脱硝反应器、窑头收尘器和窑头引风机，所述窑尾预热器C1出气口通过窑尾高温风机与粉磨系统入口相连，粉磨系统出口连接收尘器一，收尘器一出气口与半干法脱硫塔入口相连，半干法脱硫塔出口连接收尘器二，收尘器二出气口通过接力风机与低温SCR脱硝反应器入口相连，低温SCR脱硝反应器出口通过排风机连接窑尾烟囱；所述冷却机出气口连接窑头收尘器，窑头收尘器出气口通过窑头引风机连接收尘器二出气口。
优选的，所述分解炉出口通过自制脱硫剂装置与半干法脱硫塔入口相连。
进一步优选的，所述自制脱硫剂装置包括依次相连设置的取料单元、冷却单元和消化单元；所述取料单元包括取料旋风筒，所述取料旋风筒的进口管道和出口风管上均设置有高温闸板阀，所述取料旋风筒进口管道与分解炉出口风管连接，所述取料旋风筒出口风管与倒数第二级窑尾预热器旋风筒出口风管连接，所述取料旋风筒下料管与冷却单元连接；所述冷却单元包括第一级旋风筒和第二级旋风筒，所述取料单元的取料旋风筒下料管与第一级旋风筒出口风管连接，所述第一级旋风筒出口风管与第二级旋风筒进口连接，所述第二级旋风筒下料管与第一级旋风筒进口连接，第一级旋风筒进口通入冷却空气，所述第二级旋风筒出口风管通过风机连接废气处理系统；所述第一级旋风筒的下料口通过下料管连接有集料仓，所述集料仓出料口设置有闸板阀和带计量器的螺旋给料机，所述带计量器的螺旋给料机出口连接消化单元；所述消化单元为干式消化器，所述消化单元的排气口通过冷却单元的风管连接废气处理系统，所述消化单元出料口与半干法脱硫塔入口相连。
优选的，所述分解炉出口通过自脱硫通道与窑尾预热器顶部旋风筒入口风管相连。
优选的，所述分解炉为梯度燃烧自脱硝分解炉，所述分解炉出口和/或窑尾预热器末级旋风筒出口设置SNCR装置。
优选的，所述窑尾预热器C1和窑尾高温风机之间设置SP炉，且设置SP炉旁路管道，所述冷却机出气口和窑头收尘器之间设置AQC炉，且设置AQC炉旁路管道。
优选的，粉磨系统的入口和出口之间设置粉磨系统旁路管道。
优选的，收尘器二的出料口与半干法脱硫塔入口或分解炉相连。
优选的，所述接力风机的输出端与半干法脱硫塔入口相连。
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明针对高硫原料生产水泥采用先脱硫再脱硝工艺，在源头治理的基础上增加了半干法脱硫、低温SCR装置，使脱硫脱硝反应在最适应的温度、含尘等条件下进行，最终实现脱硫排放至35mg/Nm3以下、脱硝排放至50mg/Nm3以下、粉尘排放至5mg/Nm3以下，解决了高硫原料生产水泥面临的脱硫脱硝超低排放问题；烟气温度达到了半干法脱硫的运行温度窗口，经过半干法脱硫、除尘、温度调配，解决了低温SCR寿命低的问题，充分利用了窑头余风调节了烟气的温度和湿度，提高了低温SCR的脱硝效率，减少了SNCR使用氨水的用量，控制了氨逃逸；
2、本发明水泥窑预热器进行了自脱硝、自脱硫、SNCR，自脱硝减少了本体产生的NOx排放，加上SNCR中少量的氨水，可以将NOx排放控制在50-200mg/Nm3，再用少量的低温SCR催化剂可以将NOx稳定控制在50mg/Nm3以下，避免了过量的氨水才能达到脱硝超净排放的现状，避免了氨逃逸的产生，对于有硫排放问题的水泥厂，提高了氨氮反应的效率，使硫和氨水反应产生的腐蚀问题得到解决；
3、本发明改进了水泥窑生产的工艺系统，将窑头余风引入窑尾，避免使用外在热源以及伴生的新的有害物质排放；
4、半干法脱硫前进行粗收尘，减少了脱硫灰的产生，细收尘后的脱硫灰进入水泥窑尾分解炉，最后随生料进入回转窑固化到水泥熟料中，解决了半干法脱硫灰的处置问题；
5、半干法脱硫塔用的脱硫剂采用自制脱硫剂，将水泥窑炉自制的热生料先冷却，再对物料进行消化增效，可使物料中氧化钙的消化率达到90％以上，以制备高活性干粉脱硫剂，从而部分或全部替代外购脱硫剂，解决烟气二氧化硫排放问题，节省外购脱硫剂的成本，降低了系统的运行成本；
附图说明
图1是本发明的实施例提供的系统的流程图；
图2是本发明的实施例提供的自制脱硫剂装置从分解炉出口风管取料进行冷却和消化的流程图。
图中：1-1、窑尾预热器，1-2、分解炉，1-3、SNCR装置；2、回转窑，3-自脱硫通道；4、冷却机，5-1、AQC炉，5-2、SP炉，5-3、SP炉旁路管道，5-4、AQC炉旁路管道，6-1、窑头收尘器，6-2、收尘器一，6-3、收尘器二，7、窑头余风旁路管道，8、粉磨系统，8-1、粉磨系统旁路管道，9、半干法脱硫塔，10、低温SCR脱硝反应器，11、窑尾烟囱，12、自制脱硫剂装置，12-1、取料旋风筒，12-1-1、高温闸板阀，12-1-2、高温闸板阀，12-2-1、第一级旋风筒，12-2-2、第二级旋风筒，12-2-3、风机，12-2-4、废气处理系统，12-2-5、集料仓，12-2-6、闸板阀，12-2-7、带计量器的螺旋给料机，12-3、消化单元，13-1、窑尾高温风机，13-2、窑头引风机，13-3、接力风机，13-4、排风机。
带箭头虚线为气流方向，带箭头实线为料流方向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
高硫水泥原料中SO3较高在0.3％以上，如果不设置脱硫措施，本底硫排放将达到1000-2500mg/Nm3以上，为实现水泥窑脱硫脱硝除尘超低排放，即SO2达到35mg/Nm3以下、NOx达到50mg/Nm3以下，粉尘达到5mg/Nm3以下，同时氨逃逸满足国家要求，下面就结合图1具体说明本发明。
实施例1
请参阅图1和图2，本发明的实施例提供一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，包括如下步骤：
S1、水泥熟料烧成：高硫原料经窑尾预热器1-1与热烟气热交换再喂入分解炉1-2分解、回转窑2煅烧后，进入冷却机4冷却得到水泥熟料；在进行水泥熟料烧成的同时烧成系统进行分解炉自脱硝、SNCR和自脱硫，分解炉自脱硝和SNCR使出窑尾预热器的烟气中NOx控制在不产生氨逃逸的最低NOx排放范围内，NOx可以控制在50-200mg/Nm3(@10％O2)，SO2排放浓度为1000-2500mg/Nm3；
分解炉自脱硝采用本公司申请的中国专利公开号CN108167860A，专利名称为“一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法”中所公开的工艺实现分解炉自脱硝，自脱硝分解炉通过分风、分煤、分料创造了还原区和适宜脱硝反应的温度场，可以达到30-70％以上的脱硝；在分解炉1-2出口和/或窑尾预热器末级旋风筒出口通过SNCR装置1-3，进行少量的喷氨脱硝，SNCR喷入的最大量氨水以不产生氨逃逸为底线；自脱硝结合SNCR使NOx排放控制在50-200mg/Nm3(@10％O2)，此时再增加氨水，氨逃逸会超过国标要求。因此，剩下的NOx减排放到后面低温SCR(温度要求90-150℃)来处置，避免过量未反应的氨水与硫发生反应腐蚀设备，进而整个系统不产生氨逃逸。
自脱硫采用从分解炉1-2出口风管抽取热生料作为脱硫剂，通过自脱硫通道3将脱硫剂送入窑尾预热器顶部旋风筒入口风管上发生脱硫反应。
窑尾预热器C1出口的SO2浓度折算成国标排放浓度为1000-2500mg/Nm3。如果采用干法脱硫，运行成本较高在5-50元/t·cl，且对脱硫剂的性能要求较高，且不易达到超低排放，需要后续设置脱硫措施；如果采用湿法脱硫，其出口温度低于100℃远低于SCR要求，且湿度太大满足不了SCR要求；如果先低温SCR脱硝再脱硫，硫将引起SCR催化剂中毒。为此，后续烟气采用先半干法脱硫再进行低温SCR脱硝，使其达到低温SCR反应窗口，最终达到脱硫脱硝除尘超低排放的目的。
S2、粗除尘、半干法脱硫：窑尾产生的废气从窑尾预热器C1出来经窑尾高温风机13-1进入粉磨系统8作为烘干热源被利用之后再进入收尘器一6-2粗收尘，若粉磨系统8停止时窑尾废气经粉磨系统旁路管道8-1直接进入收尘器一6-2，收尘器一气体出口粉尘浓度控制在2g/Nm3以下，减少了进入半干法脱硫塔的无效物料，减少脱硫塔的运行负荷和排灰量，提高了半干法脱硫塔内脱硫剂的有效利用率。研究发现烟气中的粉尘即窑灰，浓度过大时影响脱硫反应的进行。然后进入半干法脱硫塔9进行脱硫，使出半干法脱硫塔的烟气中的SO2排放控制在35mg/Nm3以下，烟气温度为65-100℃，湿度为10-15％；本实施例中的收尘器一6-2优选采用电收尘器。
在此需要说明的是，若窑尾烟气中的脱硫问题不存在时，通过设计的收尘器一和半干法脱硫塔的旁路管道可以旁路粗除尘和半干法脱硫，窑尾烟气直接进行下一步细收尘。
S3、细除尘、脱硫灰处理：半干法脱硫塔9出来的烟气经过收尘器二6-3细收尘，收尘器二6-3气体出口粉尘浓度控制在5mg/Nm3以下；收尘器二6-3收集下来的脱硫灰，一部分循环进入半干法脱硫塔9，继续吸附烟气中的SO2，提高利用率，另一部分送入窑尾分解炉1-2进行氧化，最后随生料进入回转窑固化到水泥熟料中。低粉尘浓度延长了低温SCR的使用寿命，避免产生堵塞等失效现象。本实施例中的收尘器二6-3优选采用布袋收尘器。脱硫灰入窑尾分解炉进行氧化，解决了半干法脱硫灰的堆存处置问题，半干法脱硫灰的主要成分包括亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙，其中一般以亚硫酸钙为主，约占50％左右。半干法脱硫灰不能直接用作水泥缓凝剂或混合材，主要原因为CaSO3化学性质不稳定，会缓慢氧化，生成的CaSO4，易与水泥中CaO结合并吸水生成钙矾石(CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O)，降低水泥、混凝土的性能。本发明利用分解炉在线处理半干法脱硫灰，经过分解炉和回转窑煅烧后生成的硫酸钙最终固化到水泥熟料中。在分解炉三次风管上方喂入半干法脱硫灰，该区域分解炉温度一般为850～1100℃，满足亚硫酸钙氧化所需要的高温有氧环境，可将其氧化为硫酸钙，主要化学反应为：CaSO3+O2→CaSO4。硫酸钙的分解温度一般在1200℃以上，在分解炉内性质稳定，不会进一步分解，因此半干法脱硫灰入分解炉处理是完全可行的。
在此需要说明的是，当生料中硫含量超过1％或者熟料强度受硫影响较大时，收集下来的脱硫灰除循环回半干法脱硫塔及进入分解炉以外，可留出旁路外排管道将少量脱硫灰外排至水泥混合材，以便于应对生料SO3含量超过1％时熟料高强度的要求，打破硫循环，以免影响熟料。
S4、烟气调和：将窑头余风经窑头余风旁路管道7上的窑头收尘器6-1和窑头引风机13-2后引入窑尾，窑头余风风量为1.0～1.5Nm3/kg·cl，温度控制100-150℃，与出收尘器二6-3的烟气进行混合，调配烟气入低温SCR的温度和湿度，使混合后的烟气温度提高至80-150℃，湿度降低至4-10％，经过窑头余风调和控制烟气温度和湿度，以达到下一步脱硝反应需要的最佳条件，保证SCR催化剂在最佳状态下运行；入低温SCR脱硝反应器前的烟气SO2排放控制在35mg/Nm3以下，粉尘浓度控制在5mg/Nm3以下，温度控制在80-150℃，湿度降低至4-10％，满足了低温SCR催化剂最佳的温度、湿度、含尘、硫浓度的反应窗口条件。
S5、低温SCR脱硝：混合后的烟气经接力风机13-3送入低温SCR脱硝反应器10进行脱硝，使烟气NOx排放为50mg/Nm3以下，之后由排风机13-4送入窑尾烟囱11，排到大气中。在入SCR前设置接力风机13-3接力，用于克服半干法脱硫塔9、收尘器二6-3带来的压力损失增加，增强系统的可控性。低温SCR脱硝技术的服役温度为100～220℃，经半干法脱硫后的烟气温度降低至75℃左右，无法满足低温SCR脱硝技术的温度要求。为提高烟气温度，来自于半干法脱硫系统的烟气与来自窑头的余风进行混合，混合后烟气温度为100℃左右。混合烟气与来自氨蒸发系统的氨气进行充分混合后进入到低温SCR脱硝反应器中，在低温SCR催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物和氨气进行反应生成氮气和水，从而达到降低氮氧化物的目的。净化后的烟气由排风机驱动经由烟囱排放。
低温SCR脱硝技术是在传统SCR技术基础上进行优化得到的，技术原理与其相同，主要是在催化剂的作用下，以NH3作为还原剂，有选择性的与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。还原剂还可以是碳氢化合物(如甲烷、丙烷等)、氨、尿素等。以NH3为还原剂为例，反应式如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (1-1)
4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O (1-2)
8NH3+6NO2→7N2+12H2O (1-3)
低温SCR烟气脱硝技术的优越突破是低温催化，不同于传统的钒系催化剂高达400℃的起活温度，新型催化法所用的催化剂在120℃即可具备良好的活性，其适用温度窗口为100～220℃。
本发明针对高硫原料生产水泥采用先半干法脱硫再低温SCR脱硝工艺，在源头治理的基础上增加了半干法脱硫、低温SCR装置，使脱硫脱硝反应在最适应的温度、含尘等条件下进行，旁路窑头余风减少了加热烟气增加的外加热源；直接效果，解决了水泥厂脱硫脱硝除尘超净排放的要求；间接效果，减少了酸腐蚀的问题；对比效果，对窑头余风进行了有效利用，延长了SCR催化剂的使用寿命；彻底解决氨逃逸的问题，解决湿法脱硫存在的烟羽问题；解决了半干法脱硫的脱硫剂受制于外购成本的波动，解决了半干法脱硫灰的堆存处置问题。
为了进一步实现高硫原料生产水泥达到脱硫脱硝除尘超净排放的目的，以及解决运行成本高、SCR催化剂寿命低、硫和氨水反应产生设备腐蚀的问题，在上述技术方案中：
优选的，步骤S2中的窑尾废气进入窑尾高温风机13-1前，以及步骤S4中的窑头余风进入窑头收尘器6-1前，均先进入相应的余热锅炉，回收利用部分热量，可以根据原燃料水分、粉磨系统开停、雨季及半干法脱硫、低温SCR需求的温度灵活调节进入余热锅炉的风量及余热锅炉出口的温度，进而满足半干法脱硫和低温SCR要求的烟气温度。本实施例优选，在窑尾设置的余热锅炉为SP炉5-2，在窑头设置的余热锅炉为AQC炉5-1。
优选的，步骤S2中，所述粉磨系统8，磨开时烟气风量约1.7-2.7Nm3/kg·cl，温度90-130℃；磨停时烟气风量约1.3-1.8Nm3/kg·cl，温度110-200℃。根据粉磨系统的开停，控制烟气的风量和温度，进而满足半干法脱硫和低温SCR要求的烟气温度。
优选的，步骤S2中，收尘器一6-2收集下来的粉尘进入生料库，减少了粉尘的循环和半干法脱硫塔及后续除尘的负荷，提高了脱硫反应的效率；
优选的，步骤S2中，半干法脱硫塔9进行脱硫的脱硫剂为外购石灰、消石灰或者自制脱硫剂中的一种或者几种的组合；采用外购石灰或者消石灰作为半干法脱硫剂，适合氧化钙或者氢氧化钙价格低廉的时候，流程更加简单。
自制脱硫剂采用自制脱硫剂装置12从分解炉1-2出口风管抽取热生料，然后先冷却至150℃以内再消化，消化后物料水分控制在2.0％以内，制备脱硫剂。以减少外购脱硫剂的运行成本。
其主要反应式为：
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
优选的，步骤S5中，为了实现半干法脱硫塔的截面风速稳定，将入低温SCR脱硝反应器10之前的混合烟气循环一部分进入半干法脱硫塔9，保证半干法脱硫塔的烟气流量和反应时间(一般为5s以上)。
实施例2
请参阅图1和图2，一种采用上述工艺的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，包括水泥熟料烧成系统，水泥熟料烧成系统包括窑尾预热器1-1、分解炉1-2、水泥窑2和冷却机4，还包括窑尾高温风机13-1、粉磨系统8、收尘器一6-2、半干法脱硫塔9、收尘器二6-3、低温SCR脱硝反应器10、窑头收尘器6-1和窑头引风机13-2，所述窑尾预热器C1出气口通过窑尾高温风机13-1与粉磨系统8入口相连，粉磨系统8出口连接收尘器一6-2，收尘器一6-2出气口与半干法脱硫塔9入口相连，半干法脱硫塔9出口连接收尘器二6-3，收尘器二6-3出气口通过接力风机13-3与低温SCR脱硝反应器10入口相连，低温SCR脱硝反应器10出口通过排风机13-4连接窑尾烟囱11；所述冷却机4出气口连接窑头收尘器6-1，窑头收尘器6-1出气口通过窑头引风机13-2连接收尘器二6-3出气口。
本系统针对高硫原料生产水泥采用先脱硫再脱硝，增加半干法脱硫塔、低温SCR装置，使脱硫脱硝反应在最适应的温度、含尘等条件下进行，解决了高硫原料生产水泥面临的脱硫脱硝超净排放问题；对窑头余风进行了有效利用，减少了加热烟气增加的外加热源，延长了SCR催化剂的使用寿命；减少了氨水的用量，彻底解决氨逃逸的问题，减少了酸腐蚀的问题；解决湿法脱硫存在的烟羽问题；解决了半干法脱硫灰的堆存处置问题。
所述分解炉1-2出口通过自制脱硫剂装置12与半干法脱硫塔9入口相连，实现自制脱硫剂的半干法脱硫。
所述自制脱硫剂装置12包括依次相连设置的取料单元、冷却单元和消化单元，采用从分解炉出口风管抽取水泥窑炉自制热生料，将高温物料先冷却，再对物料进行消化增效，可使物料中氧化钙的消化率达到90％以上，以制备高活性脱硫剂，实现脱硫剂自给自足，从而部分或全部替代外购脱硫剂，解决烟气二氧化硫排放问题，节省外购脱硫剂的成本，降低石灰矿资源消耗。
所述取料单元包括取料旋风筒12-1，所述取料旋风筒12-1的进口管道和出口风管上均设置有高温闸板阀12-1-1、12-1-2，所述取料旋风筒12-1进口管道与分解炉1-2出口风管连接，所述取料旋风筒12-1出口风管与倒数第二级窑尾预热器旋风筒出口风管连接，所述取料旋风筒12-1下料管与冷却单元连接。需要取料时，通过高温闸板阀12-1-1和12-1-2的开度调节进入取料旋风筒12-1的料量。取料量可根据需求自由控制，操作简便。在取料旋风筒12-1的分离作用下，出取料旋风筒12-1的风进入倒数第三级窑尾预热器旋风筒入口风管，高温风返回窑尾预热器换热管道，绝大多数热量得以回收，对系统能耗的影响小，出取料旋风筒12-1的物料进入冷却单元。
所述冷却单元包括第一级旋风筒12-2-1和第二级旋风筒12-2-2，所述取料单元的取料旋风筒12-1下料管与第一级旋风筒12-2-1出口风管连接，所述第一级旋风筒12-2-1出口风管与第二级旋风筒12-2-2进口连接，所述第二级旋风筒12-2-2下料管与第一级旋风筒12-2-1进口连接，第一级旋风筒12-2-1进口通入冷却空气，所述第二级旋风筒12-2-2出口风管通过风机12-2-3连接废气处理系统12-2-4。从取料单元取出的高温活性生料先进入出第一级旋风筒12-2-1出口风管，再进入第二级旋风筒12-2-2，在第二级旋风筒12-2-2的分离作用下，大部分活性生料被收集下来，第二级旋风筒12-2-2优选采用分离效率大于90％的旋风筒。从第二级旋风筒12-2-2收集下来的活性生料温度为12-30～600℃，与冷却空气混合并进入第一级旋风筒12-2-1内，第一级旋风筒优选采用分离效率大于80％的旋风筒，经过第一级旋风筒12-2-1分离后的活性生料温度降低至150℃以下。在风机12-2-3的引风下，冷却空气从下往上先经过第一级旋风筒12-2-1，再经过第二级旋风筒12-2-2，出第二级旋风筒12-2-2的含尘风通过风机12-2-3后进入水泥窑烟气废气处理系统12-2-4，废气处理系统12-2-4采用现有的废气处理器，例如布袋除尘器。高温活性生料经过两级悬浮冷却后即可将800～950℃高温活性生料冷却至150℃以下，实现高温活性生料直接取料方案的可行性，冷却效率高。
所述第一级旋风筒12-2-1的下料口通过下料管连接有集料仓12-2-5，所述集料仓12-2-5出料口设置有闸板阀12-2-6和带计量器的螺旋给料机12-2-7，所述带计量器的螺旋给料机12-2-7出口连接消化单元12-3。冷却后的活性生料在消化增效前先进入集料仓12-2-5，经过带计量器的螺旋给料机12-2-7计量后喂入消化单元12-3内，集料仓12-2-5的储存周期小于24小时，以避免生料板结。通过带计量器的螺旋给料机控制给料速度和给料量，操作方便。
所述消化单元12-3为干式消化器，所述消化单元12-3的排气口通过冷却单元的风管连接废气处理系统12-2-4，所述消化单元12-3出料口与半干法脱硫塔入口相连。通过往消化单元12-3内喷水，物料中的氧化钙与水反应生成活性氢氧化钙，出消化单元12-3的物料水分控制在2.0％以内，即为活性脱硫剂。采用独立的干式消化器，可使氧化钙的消化率达到90％以上，制备的脱硫剂活性更高。消化单元12-3的排气口可通过排气管道连接冷却单元的第一级旋风筒12-2-1出口风管，也可连接冷却单元的第二级旋风筒12-2-2出口风管，进而连接水泥窑烟气废气处理系统12-2-4。出消化单元12-3的含尘水汽通过排气管道进入两级悬浮冷却单元，并最终进入废气处理系统12-2-4，通过废气处理系统12-2-4对含尘水汽净化处理，避免大气污染，无需单独设置含尘水汽净化处理装置，节省了投资和运行成本。制备的脱硫剂最终进入半干法脱硫塔进行脱硫反应，实现自制脱硫剂的半干法脱硫。
所述分解炉1-2出口通过自脱硫通道3与窑尾预热器顶部旋风筒入口风管相连，实现热生料自脱硫。
所述分解炉1-2为梯度燃烧自脱硝分解炉，本发明的梯度燃烧自脱硝分解炉采用本公司申请的中国专利公开号CN108167860A，专利名称为“一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法”中所公开的内容，自脱硝分解炉通过分风、分煤、分料创造了还原区和适宜脱硝反应的温度场，可以达到30-70％以上的脱硝。所述分解炉1-2出口和/或窑尾预热器末级旋风筒出口设置SNCR装置1-3，可进行少量的喷氨脱硝。
所述窑尾预热器C1和窑尾高温风机13-1之间设置SP炉5-2，且设置SP炉旁路管道5-3，所述冷却机4出气口和窑头收尘器6-1之间设置AQC炉5-1，且设置AQC炉旁路管道5-4。SP炉5-2和AQC炉5-1可以回收利用部分热量，可以根据原燃料水分、粉磨系统开停、雨季及半干法脱硫、低温SCR需求的温度灵活调节进入余热锅炉的风量及余热锅炉出口的温度，进而满足半干法脱硫和低温SCR要求的烟气温度。
粉磨系统8的入口和出口之间设置粉磨系统旁路管道8-1。当粉磨系统8停止时窑尾废气可经粉磨系统旁路管道8-1直接进入收尘器一6-2。
收尘器二6-3的出料口与半干法脱硫塔9入口或分解炉1-2相连。收尘器二收集下来的脱硫灰，一部分循环进入半干法脱硫塔，继续吸附烟气中的SO2，提高利用率；另一部分送入窑尾分解炉进行氧化，最后随生料进入回转窑固化到水泥熟料中，解决了半干法脱硫灰的堆存处置问题。
所述接力风机13-3的输出端与半干法脱硫塔入9口相连。入低温SCR脱硝反应器10之前的混合烟气循环一部分进入半干法脱硫塔9，用于调和入半干法脱硫塔的烟气流量，保证半干法脱硫塔内的截面风速和反应时间。
综上所述，本发明通过改变系统工艺流程，针对高硫原料生产水泥的排放问题，创新性的先半干法脱硫再低温SCR脱硝，通过窑头余风旁路及循环，满足了脱硫、脱硝要求的温度、湿度、含尘等窗口，延长了催化剂的使用寿命，避免了硫和氨反应产生的腐蚀问题，降低了系统减排成本，达到了脱硫脱硝除尘超净排放的发明目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，例如不采用窑头余风引入窑尾而采用热风炉等外在热源、预热器不进行自脱硝自脱硫直接从采用半干法脱硫及脱硝、脱硫剂不采用窑尾取出而是外购等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、水泥熟料烧成：高硫原料经窑尾预热器与热烟气热交换再喂入分解炉分解、回转窑煅烧后，进入冷却机冷却得到水泥熟料；在进行水泥熟料烧成的同时烧成系统进行分解炉自脱硝、SNCR和自脱硫，自脱硝和SNCR使出窑尾预热器的烟气中NOx控制在不产生氨逃逸的最低NOx排放范围内，SO2排放浓度为1000-2500mg/Nm3；
S2、粗除尘、半干法脱硫：窑尾产生的废气从窑尾预热器的第一级旋风筒C1出来经窑尾高温风机进入粉磨系统作为烘干热源被利用之后再进入收尘器一粗收尘，若粉磨系统停止时窑尾废气经粉磨系统旁路直接进入收尘器一，收尘器一气体出口粉尘浓度控制在2g/Nm3以下，然后进入半干法脱硫塔进行脱硫，使出半干法脱硫塔的烟气中的SO2排放控制在35mg/Nm3以下，烟气温度为65-100℃，湿度为10-15%；
半干法脱硫塔进行脱硫的脱硫剂为外购石灰、消石灰或者自制脱硫剂中的一种或者几种的组合；
所述自制脱硫剂采用自制脱硫剂装置从分解炉出口风管抽取热生料，然后先冷却至150℃以内再消化，消化后物料水分控制在2.0%以内，制备脱硫剂；
所述自制脱硫剂装置包括依次相连设置的取料单元、冷却单元和消化单元；
所述取料单元包括取料旋风筒，所述取料旋风筒的进口管道和出口风管上均设置有高温闸板阀，所述取料旋风筒进口管道与分解炉出口风管连接，所述取料旋风筒出口风管与倒数第二级窑尾预热器旋风筒出口风管连接，所述取料旋风筒下料管与冷却单元连接；
所述冷却单元包括第一级旋风筒和第二级旋风筒，所述取料单元的取料旋风筒下料管与第一级旋风筒出口风管连接，所述第一级旋风筒出口风管与第二级旋风筒进口连接，所述第二级旋风筒下料管与第一级旋风筒进口连接，第一级旋风筒进口通入冷却空气，所述第二级旋风筒出口风管通过风机连接废气处理系统；所述第一级旋风筒的下料口通过下料管连接有集料仓，所述集料仓出料口设置有闸板阀和带计量器的螺旋给料机，所述带计量器的螺旋给料机出口连接消化单元；
所述消化单元为干式消化器，所述消化单元的排气口通过冷却单元的风管连接废气处理系统，所述消化单元出料口与半干法脱硫塔入口相连；
S3、细除尘、脱硫灰处理：半干法脱硫塔出来的烟气经过收尘器二细收尘，收尘器二气体出口粉尘浓度控制在5mg/Nm3以下；收尘器二收集下来的脱硫灰，一部分循环进入半干法脱硫塔，另一部分送入窑尾分解炉进行氧化，最后随生料进入回转窑固化到水泥熟料中；
S4、烟气调和：将窑头余风经窑头余风旁路管道上的窑头收尘器和窑头引风机后引入窑尾，窑头余风风量为1.0~1.5Nm3/kg·cl，温度控制100-150℃，与出收尘器二的烟气进行混合，调配烟气入低温SCR的温度和湿度，使混合后的烟气温度提高至80-150℃，湿度降低至4-10%，以达到下一步低温SCR脱硝反应需要的最佳条件；
S5、低温SCR脱硝：混合后的烟气经接力风机送入低温SCR脱硝反应器进行脱硝，使烟气NOx排放为50mg/Nm3以下，之后由排风机送入窑尾烟囱，排到大气中。
2.如权利要求1所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，其特征在于，步骤S2中的窑尾废气进入窑尾高温风机前，以及步骤S4中的窑头余风进入窑头收尘器前，均先进入相应的余热锅炉。
3.如权利要求1所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，其特征在于，步骤S2中，所述粉磨系统，磨开时烟气风量1.7-2.7Nm3/kg·cl，温度90-130℃；磨停时烟气风量1.3-1.8 Nm3/kg·cl，温度110-200℃。
4.如权利要求1所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，其特征在于，步骤S2中，收尘器一收集下来的粉尘进入生料库。
5.如权利要求1所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放工艺，其特征在于，步骤S5中，入低温SCR脱硝反应器之前的混合烟气循环一部分进入半干法脱硫塔。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述工艺进行高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，包括水泥熟料烧成系统，水泥熟料烧成系统包括窑尾预热器、分解炉、水泥窑和冷却机，其特征在于，还包括窑尾高温风机、粉磨系统、收尘器一、半干法脱硫塔、收尘器二、低温SCR脱硝反应器、窑头收尘器和窑头引风机，所述窑尾预热器的第一级旋风筒C1出气口通过窑尾高温风机与粉磨系统入口相连，粉磨系统出口连接收尘器一，收尘器一出气口与半干法脱硫塔入口相连，半干法脱硫塔出口连接收尘器二，收尘器二出气口通过接力风机与低温SCR脱硝反应器入口相连，低温SCR脱硝反应器出口通过排风机连接窑尾烟囱；所述冷却机出气口连接窑头收尘器，窑头收尘器出气口通过窑头引风机连接收尘器二出气口。
7.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，所述分解炉出口通过自制脱硫剂装置与半干法脱硫塔入口相连。
8.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，所述分解炉出口通过自脱硫通道与窑尾预热器的第一级旋风筒C1入口风管相连。
9.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，所述分解炉为梯度燃烧自脱硝分解炉，所述分解炉出口和/或窑尾预热器末级旋风筒出口设置SNCR装置。
10.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，所述窑尾预热器的第一级旋风筒C1和窑尾高温风机之间设置SP炉，且设置SP炉旁路管道，所述冷却机出气口和窑头收尘器之间设置AQC炉，且设置AQC炉旁路管道。
11.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，粉磨系统的入口和出口之间设置粉磨系统旁路管道。
12.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，收尘器二的出料口与半干法脱硫塔入口或分解炉相连。
13.如权利要求6所述的高硫原料生产水泥的脱硫脱硝除尘超低排放系统，其特征在于，所述接力风机的输出端与半干法脱硫塔入口相连。
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