摘要：水泥窑烟气为满足高硫条件下排放达标，多采用窑灰-石膏湿法烟气脱硫。其工艺系统相对复杂，在脱除SO₂的同时，要消耗水、电等资源，因此，节能降耗对提升脱硫系统的经济性具有重要意义。本文通过对水、电从工艺、设备选型和运行维护三方面探讨了水泥窑烟气脱硫系统节能降耗措施。

关键词：窑灰-石膏湿法烟气脱硫； 节能降耗；超低排放

0 引言 

GB4915—2013《水泥工业大气污染物排放标准》规定，2015年7月1日起，现有水泥窑及窑磨一体机SO₂最高允许排放浓度为200mg/Nm3，重点地区执行100mg/Nm3 的标准。水泥窑烟气为满足高硫条件下排放达标，采用技术成熟稳定的窑灰-石膏湿法烟气脱硫。水泥窑湿法脱硫技术是沿用火电厂石灰石-石膏法脱硫技术，水泥窑湿法脱硫可利用水泥熟料企业生产过程中的增湿塔或余热锅炉灰作为脱硫剂。

2020年9月，国家主席习近平在第75届联合国大会上表示“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，2060年实现碳中和”，这一承诺暗示着我国各个行业都将再次面临节能降耗的问题。实际上随着20世纪90年代节能意识初步形成，我国工业节能行业开始起步，此后工业节能产品市场、服务市场相继发展，至今已步入成熟市场。截止到2020年底，全国新型干法水泥生产线累计共有1609条，水泥行业的脱硫系统节能降耗对实现“双碳目标”，提升脱硫系统的经济性具有重要意义。

01 系统消耗来源

通过对某水泥厂5000 t/d熟料生产线窑灰-石膏湿法烟气脱硫系统消耗费用统计，比例见图1，其中电耗费用占比约90%，工业水消耗费用占比约5%，窑灰费用占比4%，其他费用（气、油）占比1%。那么，对于能耗来源进行梳理：

电耗来源：系统阻力引起尾排风机增加的电耗，脱硫设备运行电耗，主要包括脱硫循环泵、氧化风机等。

工业水消耗来源：烟气降温蒸发，废水外排，冲洗用水，石膏脱水过程。

窑灰消耗来源：脱硫吸收过程。

其他消耗来源：气动阀、气动元件、减速机等。

02 节能降耗措施

综上可见，节能关键在于控制电耗及工业水的消耗。如何控制电耗及工业水的消耗，笔者认为可以从工艺方面、设备选型和运行维护三方面来考虑优化。

2.1 工艺方面

2.1.1 脱硫塔和烟气系统设计

（1）脱硫塔和烟气系统需要合理设计，包括选择合理的风速及必要的流场模拟， 降低局部阻力。

（2）设置气流增效器。传统吸收塔原烟气进入常规湿法脱硫塔后不能充分发展，入口对侧近塔壁处烟气流速快，逃逸严重，加持液筛盘后塔内烟气均布。根据空气动力学原理，烟气通过气流增效装置后被整流和均布，防止了烟气局部流速过高或过低带来的吸收不利影响，气液产生强烈的冲击效应。在喷淋浆液滴下落通过气流增效器时，液滴被加速向上的烟气重新打碎，产生新的传质吸收表面，提高了气液相传质效果和SO₂吸收效率，降低液气比，从而降低循环泵流量和功率， 节约运行能耗。

（3）喷淋层设计。喷淋覆盖面设计达到最佳250%~300%，采用高效双向喷嘴，提高脱硫效率。

（4）工艺水系统设计。机封冲洗水、风机冷却水等可设计收集循环利用。

2.1.2 工艺控制方案

（1）湿法脱硫系统中的循环浆液泵运行台数越多，石灰石浆液喷淋量越大，则能耗越高，此时应注意均衡循环浆液泵运行台数、脱硫效率、能耗间的关系。原则上浆液循环泵及氧化风机按照负荷和进出口SO2 情况调节运行台数及频率。

（2）接到停运通知后，应立即降低吸收塔液位和密度，减小循环泵负荷。

（3）停运后，吸收塔浆液密度不高于1100 kg/m3，停运氧化风机。吸收塔进口烟气温度高于60 ℃, 保持1 台浆液循环泵（低频）运行。进口烟气温度低于60 ℃ , 立即停运浆液循环泵。

（4）合理的pH控制。pH值高，有利于SO2 吸收，但容易造成浆液沉淀，堵塞系统，同时钙硫比升高，造成窑灰消耗增加；pH值低，提高氧化效率，有利于石膏结晶。根据工程经验，应在保证SO2排放指标的情况下合理控制pH值在5.3~5.8范围效果最佳。

（5）脱水系统均采取间断运行方式，脱水机的石膏厚度以确保脱水机下浆口浆液不溢流为准，不允许脱水机采取低负荷运行方式。

（6）吸收塔密度超过1150kg/m3，启动脱水机运行，密度低于1080kg/m3，停运脱水机备用，保持浆液相对较低的密度将大大降低循环泵电耗。

（7）脱水机处于备用状态，不回收石膏时，停运石膏排出泵及地坑泵。

（8）地坑储存的废液采用低流量液下泵输送至篦冷机或生料磨等区域，Cl-浓度低于10000mg/L时，可停运废水系统。

2.2 设备选型

（1）浆液循环泵采用高效节能电机，对于烟气中硫含量波动较大的情况，选用变频永磁电动机等新技术来调节循环浆液量，调整频率到最佳状态；叶轮采用高铬耐磨合金，具有优良的耐磨耐腐蚀性能，在含有氯化物100000ppm，pH为4的硫酸溶液中腐蚀速度为0.5mm/a，使得循环泵可以长期处于高效状态。

（2）氧化风机的能耗受烟气浓度、烟气流量、脱硫效率的影响。取消能耗较高的罗茨风机，采用磁悬浮/空浮/螺杆变频鼓风机，其高速同步电机、高效通流部件、专用控制系统等一系列先进技术，奠定了此类风机高效节能的基础。

（3）烟气降温、喷淋层、除雾器冲洗采用脱硫专用高效碳化硅及合金喷嘴，其优点：比普通单头喷嘴喷射液滴直径更小，较高的气液相对速度，提高传质效率；在流量较小的条件下，喷雾效果依然出色；自清洗、大通径、防堵设计。

（4）为避免由于浆液浓度过高、pH值过高引起除雾器堵塞故障产生额外耗损，采用三层屋脊除雾器+一层管式除雾器，保证合理的板间距及各层冲洗水覆盖率。

2.3 运行维护

（1）吸收塔浆液pH值与浆液循环泵组合方式配合，在pH值允许情况下尽量减少浆液循环泵的运行台数或频率，同时可降低尾排风机（增压风机）能耗。

（2）优化除雾器系统运行方式，防止除雾器结垢、堵塞和超温，严格控制除雾器压差，其冲洗频率和冲洗时间进行自动控制。停运时，人工冲洗除雾器，对于堵塞、破损的区域及时进行冲洗、修复。

（3）定期停运浆液循环泵，利用浆液对循环泵入口滤网进行反冲洗，减少滤网堵塞，提高泵的效率。

（4）磁悬浮/空浮/螺杆变频的氧化风机，应根据石膏品质确定合理的氧化风量，每周化验1~2次石膏中亚硫酸钙含量，其含量低于0.5%，保证氧化效果的前提下降低风机风量。

03 总结

本文主要针对能耗较大的部分（包括烟气系统阻力引起尾排风机增加的能耗，脱硫循环泵、氧化风机等能耗）总结的节能降耗措施，供专业人士参考，其余还有制浆系统、工艺水系统、废水处理系统等能耗相对较低的部分也有优化的空间。目前多数水泥厂更多的是人工+程序控制脱硫系统，要达到智能化控制系统最佳节能状态还需要在实践中不断总结升级改造。

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文章来源于合肥水泥研究设计院有限公司

作者：徐飞