水泥厂湿法脱硫烟气再热系统探讨

      随着国家对矿山开采的限制以及优质石灰石存量的减少，很多水泥厂不得不使用低品位石灰石，造成了窑尾烟气中的SO2超标，部分排放不达标的水泥厂开始采用湿法（窑灰-石膏法）工艺进行脱硫。脱硫后的净烟气排烟温度较低（45°C～60°C），吸收塔出口带有饱和水蒸汽的净烟气在排出过程中部分冷凝形成液滴，烟气自烟囱口排出后不能有效抬升，扩散到大气中，特别是当地区温度、气压较低或在阴霾天气的时间段，烟气中携带的粉尘及液滴聚集在烟囱附近形成“石膏雨”或酸雨，对电厂及周边环境产生污染，甚至腐蚀设备。因此，对如何提高排烟温度，减少“石膏雨”产生尤为重要。

净烟气加热方案

1、减少“石膏雨”的设想

      从“石膏雨”的成因可看出，其形成机理较复杂，其与塔内烟气量及烟气流速的大小、除雾器的选型和反应塔的液气比（含硫量）、烟囱内筒的形式及流速等方面有很大关系。

      一般来说，吸收塔内流速、烟囱内流速越高，越容易产生“石膏雨”；烟气中SO2浓度越高越容易产生“石膏雨”；平板式除雾器容易产生“石膏雨”，屋脊式的水泥厂湿法脱硫烟气再热系统探讨效果就相对好；烟囱内壁光滑比内壁粗糙的产生的“石膏雨”严重，增加管式除雾器比不增加的要好。但就目前而言，由于环境条件的差异、石灰石品质的差异及设计参数的选择上的差异造成出现“石膏雨”的情况时有发生，解决对策之一是加热净烟气。

2、加热净烟气的方案比较

      水泥厂湿法脱硫烟气再加热的方案主要有：气-气加热器，气-汽加热器、旁路烟气加热、窑头净烟气加热等。

      湿烟气提升排烟温度对比见下表。通过下表可看出GGH或SGH进行烟气加热的方案在水泥厂应用的可能性很小，可能采用的是旁路烟气法或窑头净烟气加热法。

3、旁路烟气加热

      当生料磨机运行时，大多数窑尾除尘器出口的SO2都低于600mg/Nm3，当执行SO2限值为200mg/Nm3或重点地区企业执行SO2限值为100mg/Nm3时，旁路加热方案具有可行性。当排放要求为30mg/Nm3或更低时，采用旁路加热方案容易造成烟气排放指标超标。

       假设烟气完全混合，烟气总量中约1%的旁路热烟气可提高吸收塔出口烟气温度0.9°C，烟气再热程度会受到净烟气中液滴量影响，净烟气中存在水分越多，混合烟气温度越低，大部分热量被用于蒸发这些液滴，所以高性能除雾系统也是影响旁路加热方案成功与否的重要因素。

      根据有关经验，生料磨机运行时烟气中的SO2浓度大多会低于600mg/Nm3，烟气温度约100°C（余热发电运行时）。假定烟气经过反应塔后温度为50°C，脱硫效率≥98%，采用旁通烟气加热方案，保证烟囱出口SO2最终浓度控制在100mg/Nm3和50mg/Nm3两种，根据核算得出，最终烟囱出口烟气温度见图1和图2。

4、窑头净烟气加热

      新增一路管道从窑头排风机后抽取部分热烟气（120°C～160°C）加热系统混合器中反应塔净烟气。新增烟道上需增设可调挡板门及相应的测温、测压装置，以便对烟气加热系统的参数进行实时监测和控制。假定两种烟气能完全混合，可按照下式估算混合后的烟气温度（Tsta）。

      根据经验，5000t/d熟料生产线窑尾风量约50万Nm3/h，经脱硫后烟气量增至55万Nm3/h，烟气温度45°C～55°C。窑头烟气量约为30万Nm3/h，温度约150°C，考虑到管道散热等因素，进入混合器的温度约140°C。通过核算需从窑头净烟气抽取45%～55%的风量至烟气混合器中，才可能将脱硫后的净烟气加热至70°C，减少“石膏雨”现象。

      烟气混合器设置于反应塔出口后，考虑到该区域存在潮湿、腐蚀、冷热交替、冲刷等恶劣条件，混合器的金属部分材质选用耐硫酸露点腐蚀用钢，如S-TEN或国产09CrCuSb（ND）钢。

结论

      湿法脱硫后的净烟气温度较低，易产生“石膏雨”。利用水泥厂工艺特点，提出两种加热方案，提升脱硫后的排烟温度，无需增加额外的能耗，利用废气加热净烟气的方案，对节能降耗和减少周边环境污染具有重大意义。