CN110052158B - 一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，属于烟气脱硫技术领域，该系统包括将生料分解制成活性热生料的分解单元，所述分解单元包括数级窑尾预热器和分解炉；还包括脱硫剂制备单元和脱硫剂输送单元；所述脱硫剂制备单元包括与分解单元出料口连接的冷却单元，与冷却单元出料口连接的消化单元；所述消化单元的出料口与脱硫剂输送单元相连，所述脱硫剂输送单元与窑尾预热器相连。该系统采用水泥窑炉自制的热生料，经过冷却、消化后的活性生料作为脱硫剂喂入窑尾预热器，脱硫剂与窑尾烟气反应，脱除烟气中的SO2，从而降低出窑尾烟气中的SO2含量，实现脱硫剂自给自足，解决烟气SO2排放问题，节省外购脱硫剂成本。

Description

一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域，特别是涉及一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统。
背景技术
水泥原料主要由钙质原料、硅铝质原料、铁质原料等组成，其中以钙质原料为主，一般占80％左右。水泥熟料生产过程中，当原料中含有较多的有机硫或硫化物等低价态硫时，低价态硫在预热器内高温氧化会释放产生SO2气体，造成烟气中SO2浓度超标，需进行脱硫处理才能达到环保排放指标。
现有的水泥窑烟气脱硫方法主要有干法脱硫、湿法脱硫等，脱硫剂主要为外部采购。干法脱硫系统简单，运行电耗低，采用的脱硫剂为氢氧化钙或小苏打等，将脱硫剂喂到窑尾预热器风管等部位，脱硫剂与烟气中二氧化硫发生反应进行脱硫，但脱硫效率往往较低，不适用于二氧化硫本底浓度高的水泥生产线。
水泥窑烟气也可采用湿法脱硫工艺，湿法脱硫中最常见的是石灰/石膏法，即采用石灰石为脱硫剂，与水混合后制成浆液，喷入脱硫塔内，石灰浆液吸收烟气中的二氧化硫，反应生成石膏。湿法脱硫有白烟、石膏雨、烟囱腐蚀等问题，且耗水量大，废水需要进行处理，整体处置成本较高。
烟气半干法脱硫技术相对湿法脱硫具有烟迹干净无白烟、无石膏雨、耗水量低且无废水处理、对烟囱腐蚀性小等多项优点，但脱硫系统的运行电耗相对高。现有半干法脱硫技术需要外购脱硫剂(生石灰或熟石灰)，脱硫剂成本较高，且脱硫渣处置比较困难，在水泥行业尚无工程应用。半干法脱硫的技术原理为：烟气中的SO2与循环流化床脱硫塔内的脱硫剂和水发生离子态化学反应，生成亚硫酸钙等脱硫产物。脱硫剂在收尘器外循环系统下高倍富集，实现烟气中SO2的高效脱除。
综上所述，当水泥生产线的二氧化硫本底浓度较低时，可采用干法脱硫，但脱硫剂需外购，在运输和储存的过程中易发生碳化，石灰转化为碳酸钙，降低脱硫剂的活性。为此提出一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，为干法脱硫系统提供生产线自身制备的脱硫剂，对于水泥窑烟气高效、低成本、无废渣脱硫技术推广应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的之一在于提供基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，该干法脱硫系统将经分解炉分解的热生料，经过相应冷却、消化后经脱硫剂输送单元喂入窑尾预热器内，吸收水泥窑熟料生产过程中产生的二氧化硫，节省外购脱硫剂的成本，系统运行电耗低，降低石灰矿资源消耗。
本发明是这样实现的，一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，包括将生料分解制成活性热生料的分解单元，所述分解单元包括数级窑尾预热器和分解炉；还包括脱硫剂制备单元和脱硫剂输送单元；所述脱硫剂制备单元包括与分解单元出料口连接的冷却单元，与冷却单元出料口连接的消化单元；所述消化单元的出料口与脱硫剂输送单元相连，所述脱硫剂输送单元与窑尾预热器相连。
优选的，所述冷却单元通过取料单元与末级窑尾预热器的旋风筒下料管连接；所述取料单元包括分料管、设置于分料管上的高温闸板阀和高温回转卸料器，所述分料管一端与末级窑尾预热器的旋风筒下料管连接，另一端与冷却单元连接。
优选的，所述冷却单元通过取料单元与分解炉出口风管连接；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末级或倒数第二级窑尾预热器出口风管连接，所述取料旋风筒下料管与冷却单元连接。
优选的，所述冷却单元为两级悬浮冷却。
进一步优选的，所述冷却单元包括第一级旋风筒和第二级旋风筒，所述取料单元的分料管另一端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。
所述第二级旋风筒下料管还与位于高温闸板阀上部的分料管连接，所述第二级旋风筒下料管在分支处设置分料阀。
进一步优选的，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。
进一步优选的，所述第一级旋风筒的下料口连接有集料仓，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。
优选的，所述消化单元的消化方式为干法消化；所述消化单元的排气口通过冷却单元的风管连接水泥窑烟气废气处理系统。
优选的，所述消化单元还设置有生石灰加料口。
优选的，所述脱硫剂输送单元包括通过输送管道依次相连的罗茨风机、脱硫剂仓、闸板阀、旋转给料机、输送斜槽和提升机，所述消化单元的出料口与罗茨风机和脱硫剂仓之间的输送管道相连，所述提升机卸出的脱硫剂喂入窑尾预热器。
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明利用水泥窑经分解炉分解的热生料具有高脱硫活性的特点，建立基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，采用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；
2、本发明的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统方案，采用水泥窑炉自制的热生料，经过冷却、消化后的活性生料作为脱硫剂经脱硫剂输送单元喂入窑尾预热器，脱硫剂与窑尾烟气反应，脱除烟气中的SO2，从而降低出窑尾烟气中的SO2含量；
3、本发明的钙循环干法脱硫系统的运行不影响正常生产线的生产，系统简单，生产成本及运行成本低，操作方便。
附图说明
图1是本发明的实施例一提供的干法脱硫系统的流程图；
图2是本发明的实施例一提供的从末级窑尾预热器的旋风筒下料管取料进行冷却和消化的流程图；
图3是本发明的实施例二提供的从分解炉出口风管取料进行冷却和消化的流程图一；
图4是本发明的实施例二提供的从分解炉出口风管取料进行冷却和消化的流程图二；
图5是本发明的实施例三提供的系统的流程图；
图6是本发明的实施例四提供的系统的流程图.
图中：10-分解单元；101-分解炉；102-末级窑尾预热器的旋风筒；103-倒数第二级窑尾预热器的旋风筒；104-倒数第三级窑尾预热器的旋风筒；
20-冷却单元；201-第一级旋风筒；202-第二级旋风筒；203-风机；204-废气处理系统；205-分料阀；206-集料仓；207-闸板阀；208-带计量器的螺旋给料机；
30-消化单元；301-生石灰加料口；
401-分料管；402-高温闸板阀；403-高温回转卸料器；404-取料旋风筒；405-高温闸板阀；406-高温闸板阀；
50-回转窑；
60-脱硫剂输送单元，601-罗茨风机；602-脱硫剂仓；603-输送斜槽；604-提升机；605-闸板阀；606-旋转给料机；607-输送斜槽；608-外购脱硫剂加料口。
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。
实施例1
请参阅图1，本发明的实施例提供一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，包括将生料分解制成活性热生料的分解单元10，所述分解单元10包括数级窑尾预热器和分解炉101，窑尾预热器选用三至七级窑尾预热器，本实施例优选采用五级预热器；还包括脱硫剂制备单元和脱硫剂输送单元60；脱硫剂制备单元利用经分解单元分解后的部分热生料通过冷却和消化制成脱硫剂，所述脱硫剂制备单元包括与分解单元10出料口连接的冷却单元20，与冷却单元20出料口连接的消化单元30；所述消化单元30的出料口与脱硫剂输送单元60相连，所述脱硫剂输送单元60与窑尾预热器相连。上述技术方案的工作原理：生料经分解单元10高温分解得到活性生料，被收集的活性生料经冷却单元20冷却后温度由800～950℃冷却至150℃以内，冷却后的活性生料再经消化单元30消化处理后，氧化钙反应生成氢氧化钙，消化后的活性生料经脱硫剂输送单元60喂入窑尾预热器内，消化后的活性生料作为脱硫剂与窑尾烟气反应，脱除烟气中的SO2，从而降低出窑尾烟气中的SO2含量。总的来说，采用水泥窑炉自制热生料，经过冷却、消化制备脱硫剂，吸收水泥窑熟料生产过程中产生的二氧化硫，从而达到部分或全部替代外购脱硫剂，节省外购脱硫剂的成本，降低石灰矿资源消耗，利用窑炉系统自身特点解决烟气二氧化硫排放问题。
请参阅图2，所述冷却单元20通过取料单元与末级窑尾预热器的旋风筒102下料管连接。生料在分解炉101内煅烧后，生料中的碳酸钙高温分解为氧化钙，该经过高温煅烧的生料称为活性生料。活性生料随烟气一起进入末级窑尾预热器的旋风筒102，经末级窑尾预热器的旋风筒102进行气固分离，大部分活性生料被收集，少部分随烟气一起出末级窑尾预热器的旋风筒102，进入上一级窑尾预热器。被末级窑尾预热器的旋风筒102收集的活性生料一部分通过取料单元进入冷却单元20冷却，另一部分返回回转窑50。经末级窑尾预热器的旋风筒102进行气固分离的活性生料更易被收集，便于取料单元取料。
所述取料单元包括分料管401、设置于分料管上的高温闸板阀402和高温回转卸料器403，所述分料管401一端与末级窑尾预热器的旋风筒102下料管连接，另一端与冷却单元20连接。需要取料时，打开高温闸板阀402，通过控制高温回转卸料器403的转速可调控从末级窑尾预热器的旋风筒102下料管取出的高温活性生料料量。取料量可根据需求自由控制，操作简便。
所述冷却单元20的冷却方式为风冷，以降低从分解单元取出的高温活性生料的温度。
为保证取出的高温活性生料能够冷却至所要求的温度，采用风冷的冷却单元为两级悬浮冷却。
请参阅图2，所述冷却单元20包括第一级旋风筒201和第二级旋风筒202，所述取料单元的分料管401另一端与第一级旋风筒201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202进口连接，所述第二级旋风筒202下料管与第一级旋风筒201进口连接，第一级旋风筒201进口通入冷却空气，所述第二级旋风筒202出口风管通过风机203连接废气处理系统204。上述技术方案的工作原理：从取料单元取出的高温活性生料先进入出第一级旋风筒201出口风管，再进入第二级旋风筒202，在第二级旋风筒202的分离作用下，大部分活性生料被收集下来，第二级旋风筒202优选采用分离效率大于90％的旋风筒。从第二级旋风筒202收集下来的活性生料温度为300～600℃，与冷却空气混合并进入第一级旋风筒201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201分离后的活性生料温度降低至150℃以下。在风机203的引风下，冷却空气从下往上先经过第一级旋风筒201，再经过第二级旋风筒202，出第二级旋风筒202的含尘风通过风机203后进入水泥窑烟气废气处理系统204，废气处理系统204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。
请参阅图2，所述第二级旋风筒202下料管还与位于高温闸板阀402上部的分料管连接，所述第二级旋风筒202下料管在分支处设置分料阀205。从第二级旋风筒202收集下来的活性生料温度为300～600℃，通过分料阀205分为两部分，一部分与取料管401中的800～950℃的高温活性生料混合，用于降低高温活性生料的温度，使入高温回转卸料器403的混合物料温度低于700℃，从而降低对高温回转卸料器403耐高温材质的要求。出第二级旋风筒202的活性生料分一部分料与刚取出的高温活性生料混合可降低混合物料温度至700℃以内，从而保护高温物料回转卸料器。
请参阅图2，所述第一级旋风筒201的下料口连接有集料仓206，所述集料仓206出料口设置有闸板阀207和带计量器的螺旋给料机208，所述带计量器的螺旋给料机208出口连接消化单元30。冷却后的活性生料在消化增效前先进入集料仓206，经过带计量器的螺旋给料机208计量后喂入消化单元30内，集料仓206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30的消化方式为干法消化。在具体实施时，消化单元30可采用现有的干式消化器。通过往消化单元30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30的物料为活性脱硫剂。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。
请参阅图2，所述消化单元30的排气口通过冷却单元20的风管连接水泥窑烟气废气处理系统204。在具体实施时，消化单元30的排气口可通过排气管道连接冷却单元20的第一级旋风筒201出口风管，也可连接冷却单元20的第二级旋风筒202出口风管，进而连接水泥窑烟气废气处理系统204。出消化单元30的含尘水汽通过排气管道进入两级悬浮冷却单元20，并最终进入废气处理系统204，通过废气处理系统204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。
请参阅图2，所述消化单元30、脱硫剂输送单元60和窑尾预热器顺次相连。所述脱硫剂输送单元60包括通过输送管道依次相连的罗茨风机601、脱硫剂仓602、闸板阀605、旋转给料机606、输送斜槽603和提升机604，所述消化单元30的出料口与罗茨风机601和脱硫剂仓602之间的输送管道相连，所述提升机604卸出的脱硫剂喂入窑尾预热器。在罗茨风机601的动力下，空气作为气力输送介质将从消化单元30卸出的脱硫剂送到脱硫剂仓602内，脱硫剂仓602出料口设置的闸板阀605和旋转给料机606，用于调节卸料量，将脱硫剂通过输送斜槽603、提升机604、输送斜槽607喂入窑尾预热器，具体实施时，脱硫剂可喂入第一级窑尾预热器旋风筒与第二级窑尾预热器旋风筒之间的管道，在该管道内，脱硫剂与窑尾烟气反应，脱除烟气中的SO2，从而降低出窑尾烟气中的SO2含量。
当原料中硫含量低，例如烟气SO2本底浓度低于500mg/Nm3时，干法脱硫系统对应的脱硫效率可以满足水泥行业环保排放标准。此时，从运行成本经济性考虑，可以采用此干法脱硫系统，使水泥熟料生产系统继续运行，并满足烟气SO2排放标准。
综上，本发明采用水泥窑协同处置技术建立基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，采用水泥窑炉自制的热生料，经过冷却、消化后的活性生料作为脱硫剂经脱硫剂输送单元60喂入窑尾预热器内，消化后的活性生料作为脱硫剂与窑尾烟气反应，脱除烟气中的SO2，从而降低出窑尾烟气中的SO2含量，利用窑炉系统自身特点解决烟气二氧化硫排放问题，从而部分或全部替代外购脱硫剂，节省外购脱硫剂的成本，降低石灰矿资源消耗。
实施例2
与实施例1不同的是，活性热生料从分解炉101出口风管取出。
请参阅图3和图4，所述冷却单元20通过取料单元与分解炉101出口风管连接。出分解炉的活性生料随烟气大部分进入末级窑尾预热器的旋风筒102，剩余部分通过取料单元进入冷却单元20冷却。
所述取料单元包括取料旋风筒404，所述取料旋风筒404的进口管道和出口风管上均设置有高温闸板阀405、406，所述取料旋风筒404进口管道与分解炉101出口风管连接，所述取料旋风筒404出口风管与末级或倒数第二级窑尾预热器出口风管连接，所述取料旋风筒404下料管与冷却单元20连接。
需要取料时，通过高温闸板阀405和406的开度调节进入取料旋风筒404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404的分离作用下，出取料旋风筒404的风进入倒数第二级窑尾预热器旋风筒103或倒数第三级窑尾预热器旋风筒104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404的物料进入冷却单元20。图3示出了出取料旋风筒404的风进入倒数第二级窑尾预热器旋风筒103的情况，图4示出了出取料旋风筒404的风进入倒数第三级窑尾预热器旋风筒104的情况。
所述取料单元的取料旋风筒404下料管与冷却单元20的第一级旋风筒201出口风管连接。从取料旋风筒404下料管取出的高温活性生料先进入出第一级旋风筒201出口风管，以使取出的高温活性生料充分冷却。
实施例3
与实施例1、实施例2不同的是，请参阅图5，所述消化单元30还设置有生石灰加料口301。当进行设备检修、或系统故障、或烟气中的SO2浓度较高、或活性生料自制的脱硫剂不能满足系统自给自足的脱硫需求时，入消化单元30除了是活性生料外，可加入一定量生石灰，以保证脱硫工作稳定进行，实现高效脱硫。
实施例4
与实施例1、实施例2、实施例3不同的是，请参阅图6，所述脱硫剂仓602还设置有外购脱硫剂加料口608。当进行设备检修、或系统故障、或烟气中的SO2浓度较高、或活性生料自制的脱硫剂不能满足系统自给自足的脱硫需求时，入窑尾预热器的脱硫剂除了是活性生料自制的脱硫剂外，可加入一定量外购脱硫剂，以保证脱硫工作稳定进行，实现高效脱硫。

Claims (6)

1.一种基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，包括将生料分解制成活性热生料的分解单元（10），所述分解单元（10）包括数级窑尾预热器和分解炉（101）；其特征在于，还包括脱硫剂制备单元和脱硫剂输送单元（60）；所述脱硫剂制备单元包括与分解单元（10）出料口连接的冷却单元（20），与冷却单元（20）出料口连接的消化单元（30）；所述消化单元（30）的出料口与脱硫剂输送单元（60）相连，所述脱硫剂输送单元（60）与窑尾预热器相连；
所述冷却单元（20）通过取料单元与末级窑尾预热器的旋风筒（102）下料管连接；所述取料单元包括分料管（401）、设置于分料管上的高温闸板阀（402）和高温回转卸料器（403），所述分料管（401）一端与末级窑尾预热器的旋风筒（102）下料管连接，另一端与冷却单元（20）连接；
所述冷却单元（20）包括第一级旋风筒（201）和第二级旋风筒（202），所述取料单元的分料管（401）另一端与第一级旋风筒（201）出口风管连接，所述第一级旋风筒（201）出口风管与第二级旋风筒（202）进口连接，所述第二级旋风筒（202）下料管与第一级旋风筒（201）进口连接，第一级旋风筒（201）进口通入冷却空气，所述第二级旋风筒（202）出口风管通过风机（203）连接废气处理系统（204）；所述第二级旋风筒（202）下料管还与位于高温闸板阀（402）上部的分料管连接，所述第二级旋风筒（202）下料管在分支处设置分料阀（205），第二级旋风筒（202）收集下来的活性生料温度为300～600℃，通过分料阀（205）分为两部分，一部分与分料管(401)中的800～950℃的高温活性生料混合，用于降低高温活性生料的温度，使入高温回转卸料器（403）的混合物料温度低于700℃；
所述消化单元（30）的排气口通过冷却单元（20）的风管连接废气处理系统（204）。
2.如权利要求1所述的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，其特征在于，所述冷却单元为两级悬浮冷却。
3.如权利要求1所述的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，其特征在于，所述第一级旋风筒（201）的下料口通过下料管连接有集料仓（206），所述集料仓（206）出料口设置有闸板阀（207）和带计量器的螺旋给料机（208），所述带计量器的螺旋给料机（208）出口连接消化单元（30）。
4.如权利要求1所述的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，其特征在于，所述消化单元（30）的消化方式为干法消化。
5.如权利要求1所述的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，其特征在于，所述消化单元（30）还设置有生石灰加料口（301）。
6.如权利要求1所述的基于水泥熟料生产线钙循环干法脱硫系统，其特征在于，所述脱硫剂输送单元（60）包括通过输送管道依次相连的罗茨风机（601）、脱硫剂仓（602）、闸板阀（605）、旋转给料机（606）、输送斜槽（603）和提升机（604），所述消化单元（30）的出料口与罗茨风机（601）和脱硫剂仓（602）之间的输送管道相连，所述提升机（604）卸出的脱硫剂喂入窑尾预热器。
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