干法水泥窑氨法半干法脱硫装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种干法水泥窑氨法半干法脱硫装置与方法，装置包括氨水存储系统、氨水输送计量系统、压缩空气装置、氨水雾化装置、可编程控制装置，其中氨水存储系统由氨水储罐、卸氨模块、工艺水箱构成，氨水输送计量系统由氨水缓冲罐、氨水输送模块、脱硫补氨模块、氨水计量模块构成；本发明方法通过氨水雾化装置将氨水喷射到水泥窑系统的预热器本体及该预热器的烟气上升通道内；在水泥窑系统预热器内，氨水与烟气中的SO2反应生成硫酸铵盐。本发明具有脱硫效率高、氨水利用率高、操作简单、自动化程度高和投资成本低等优点。
【专利说明】
干法水泥窖氨法半干法脱硫装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及工业烟气脱硫环保治理领域，具体是一种干法水泥窑氨法半干法脱硫装置与方法。
【背景技术】
[0002]水泥工业大气污染物排放标准近年再被提高，2013年12月27日针对水泥行业，国家发布了更严格的烟气排放标准《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)，其中规定烟气中S02排放浓度要控制在200mg/Nm3以下，重点地区要控制在100mg/Nm3。因此，水泥窑烟气脱硫已经逐渐被重视。
[0003]新型干法水泥窑生产系统中的硫元素主要来自燃料(煤)和原料(石灰石矿石)。燃料在分解炉和窑头燃烧产生的S02随烟气流经过预热器，在其中与生料粉接触反应进而达到脱硫的效果；原料所含硫在上部预热器分解产生S02，除了部分S02引入生料磨用于烘干原料从而实现脱硫之外，大部分S02会随烟气从窑尾排出系统。因此，水泥窑窑尾烟气S02的产生主要取决于原料石灰石中硫含量大小。
[0004]当前市场化的脱硫装置与工艺种类众多，并且主要应用于火电厂烟气治理领域。如果将此类脱硫装置与工艺直接应用于水泥窑烟气脱硫，在初始投资、运行维护成本等方面会被厂方难以接受。比如，湿法脱硫工艺(以石灰石-石膏法)并不适用于大部分水泥厂烟气S02略高于烟气污染物排放标准的情况;干法脱硫(炉内喷钙)不适用于水泥窑，因为水泥窑生产工艺自身就含有大量的钙基原料，额外加钙脱硫的效果不明显;半干法脱硫(喷雾干燥法)应用时需要选择多个脱硫剂喷射点，才能保证烟气整体脱硫效果。
[0005]为响应国家环保减排政策，为水泥行业寻求经济、高效的脱硫工艺，现提出一种用于水泥窑烟气脱硫的装置与方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种干法水泥窑氨法半干法脱硫装置与方法，以降低水泥窑尾烟气S02排放浓度，以达到国家排放标准。
[0007]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
[0008]干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:包括氨水存储系统、氨水输送计量系统、压缩空气装置、氨水雾化装置、可编程控制装置，其中:
[0009]氨水存储系统由氨水储罐、卸氨模块、工艺水箱构成，其中卸氨模块的出口与氨水储罐进口连接，氨水储罐出口、工艺水箱出口分别通过管路连接至氨水输送计量系统；
[0010]氨水输送计量系统由氨水缓冲罐、氨水输送模块、脱硫补氨模块、氨水计量模块构成，所述氨水存储系统中氨水储罐出口、工艺水箱出口分别与脱硫补氨模块进口连接，脱硫补氨模块出口与氨水缓冲罐进口连接，氨水缓冲罐出口与氨水输送模块进口连接，氨水存储系统中工艺水箱出口亦与氨水输送模块进口连接，氨水输送模块出口与氨水计量模块进口连接，氨水计量模块出口与氨水雾化装置进口连接；
[0011]氨水雾化装置出口通往水泥窑系统的其中一级预热器本体及该预热器的烟气上升管道中；
[0012]压缩空气装置出口与氨水雾化装置内连接，由压缩空气装置为氨水雾化装置提供稳定气源；
[0013]可编程控制装置分别与氨水存储系统中的卸氨模块，以及氨水输送计量系统中氨水输送模块、脱硫补氨模块、氨水计量模块电连接。
[0014]所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:还包括烟气监测装置，所述烟气监测装置的探测部安装在水泥窑系统中预热器的烟气上升通道内，烟气监测装置与可编程控制装置连接。
[0015]所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:氨水雾化装置优选双流体雾化喷枪。
[0016]所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:优选的，压缩空气装置提供的气源气体压力值为0.3-0.7MPa。
[0017]所述装置的干法水泥窑氨法半干法脱硫方法，其特征在于:可编程控制装置控制卸氨模块将氨水输送到氨水储罐;然后通过脱硫补氨模块将氨水输送到氨水缓冲罐;接着通过氨水输送模块将氨水输送到氨水雾化装置，同时氨水计量模块对输送的氨水进行计量;最后通过氨水雾化装置将氨水喷射到水泥窑系统的预热器本体及该预热器的烟气上升通道内；在水泥窑系统预热器内，氨水与烟气中的SO2反应生成硫酸钱盐，硫酸钱盐随水泥熟料离开水泥窑系统。
[0018]所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫方法，其特征在于:优选的，氨水浓度为10-90%，更优选氨水浓度为15-50%，最优选氨水浓度为20-30 %。
[0019]本发明采用以上装置及方法脱硫，具有脱硫效率高、氨水利用率高、操作简单、自动化程度高和投资成本低等优点。同时，氨水储存系统可以利用已建脱硝氨水储存系统，并加以改造。此外，施工工期短，工期<15天，无需停窑，不影响水泥窑生产线正常运行。参照烟气原始S02浓度可灵活调节氨水使用量，节约脱硫氨水使用量，降低运行成本。
【附图说明】
[0020]图1是本发明实施例1的新型干法水泥窑窑尾烟气脱硫系统装置结构示意图。
[0021]图2是本发明实施例2的新型干法水泥窑窑尾烟气脱硫系统装置结构示意图。
[0022]图3是本发明实施例3的新型干法水泥窑窑尾烟气脱硫系统装置结构示意图。
[0023]图中标记为:
[0024]1、氨水储存系统，2、氨水输送计量系统，3、卸氨模块，4、氨水储罐，5、工艺水箱，6、脱硫补氨模块，7、氨水缓冲罐，8、氨水输送模块，9、氨水计量模块，10、压缩空气装置，11、氨水雾化装置，12、一级预热器，13、二级预热器，14、三级预热器，15、烟气监测装置，16、可编程控制装置。
【具体实施方式】
[0025]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的装置与方法【具体实施方式】进一步详细的说明。
[0026]如附图所表达的本发明结构，为一种新型干法水泥窑窑尾烟气脱硫装置。
[0027]本发明针对新型干法水泥窑窑尾烟气SO2含量超标排放现象，结合水泥窑生产工艺自身特点和水泥原料矿石所含硫成分及含量的分析结果，选取合适的温度区域和反应流场，借助独立的输送、计量和雾化装置将氨水雾化，与烟气混合接触反应，实现SO2减排的目的。
[0028]本发明烟气脱硫方法主要是通过氨水雾化装置将氨水喷射到水泥窑系统内。
[0029]氨水溶液浓度为10-90%，更优选浓度为15-50%，最优选浓度20-30%。
[0030]氨水雾化装置为双流体雾化喷枪。
[0031 ]本发明涉及的主要化学反应方程式如下:
[0032]1、氨水与烟气中的SO2在有水汽存在的条件下反应生成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵:
[0033]3NH3+2S02+2H20—NH4HS03+(NH4)2S03
[0034]2、亚硫酸盐在烟气中O2存在下反应生成硫酸盐:
[0035]NH4HSO3+1/202^NH4HS04
[0036](NH4) 2 SO3+1 /202^ (NH4) 2 SO4
[0037]本发明烟气脱硫方法实施过程中无二次污染物的产生，绿色环保。
[0038]实施例1
[0039]如图1所示，本实施例中，采用20-30%的氨水为脱硫剂，通过卸氨模块3将外购氨水输送至氨水储罐4，使得氨水体积不低于氨水储罐4体积的1/3。通过脱硫补氨模块6将氨水从氨水储罐4输送至氨水缓冲罐7，使得氨水体积不低于氨水缓冲罐7总体积的2/3。氨水储存系统I设有工艺水箱5，工艺水箱5与脱硫补氨模块6和氨水输送模块8相连接以期实现定期对设备、管道进行清洗，防止堵塞。氨水储存系统I运行参数通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0040]本实施例中设有独立的氨水输送模块8、氨水计量模块9。通过氨水输送模块8将氨水输送至设置在一级预热器12及其上升烟道上的氨水雾化装置11。氨水输送量的控制主要依靠氨水计量模块9来完成，氨水计量监测结果以电信号传输方式传输至可编程控制装置16。
[0041]本实施例中设有压缩空气装置10，以保证喷枪雾化效果的稳定性。压缩空气装置10为氨水雾化装置11提供稳压气源，该气体压力值为0.4-0.5MPa。
[0042]本实施例中设有烟气监测装置15，可以对脱硫反应后的烟气成分进行实时监测。主要分析烟气中SO2浓度来控制脱硫效果，同时也需要对烟气中氨成分进行分析，控制未反应的脱硫剂氨水排放量。烟气监测结果通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0043]本实施例中可编程控制装置16收集来自氨水储存系统1、氨水输送计量系统2和烟气监测装置15的电信号，以实现现场设备的监测结果收集与现场设备的中控控制操作，达到脱硫系统自动化操作目的。
[0044]实施例2
[0045]如图2所示，本实施例中，采用30-35%的氨水为脱硫剂，通过卸氨模块3将外购氨水输送至氨水储罐4，使得氨水体积不低于氨水储罐4体积的1/3。通过脱硫补氨模块6将氨水从氨水储罐4输送至氨水缓冲罐7，使得氨水体积不低于氨水缓冲罐7总体积的2/3。氨水储存系统I设有工艺水箱5，工艺水箱5与脱硫补氨模块6和氨水输送模块8相连接以期实现定期对设备、管道进行清洗，防止堵塞。氨水储存系统I运行参数通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0046]本实施例中设有独立的氨水输送模块8、氨水计量模块9。通过氨水输送模块8将氨水输送至设置在二级预热器13及其上升烟道上的氨水雾化装置11。氨水输送量的控制主要依靠氨水计量模块9来完成，氨水计量监测结果以电信号传输方式传输至可编程控制装置16。
[0047]本实施例中设有压缩空气装置10，以保证喷枪雾化效果的稳定性。压缩空气装置10为氨水雾化装置11提供稳压气源，该气体压力值为0.5-0.55MPa。
[0048]本实施例中设有烟气监测装置15，可以对脱硫反应后的烟气成分进行实时监测。主要分析烟气中SO2浓度来控制脱硫效果，同时也需要对烟气中氨成分进行分析，控制未反应的脱硫剂氨水排放量。烟气监测结果通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0049]本实施例中可编程控制装置16收集来自氨水储存系统1、氨水输送计量系统2和烟气监测装置15的电信号，以实现现场设备的监测结果收集与现场设备的中控控制操作，达到脱硫系统自动化操作目的。
[0050]实施例3
[0051 ]如图3所示，本实施例中，采用35-40 %的氨水为脱硫剂，通过卸氨模块3将外购氨水输送至氨水储罐4，使得氨水体积不低于氨水储罐4体积的1/3。通过脱硫补氨模块6将氨水从氨水储罐4输送至氨水缓冲罐7，使得氨水体积不低于氨水缓冲罐7总体积的2/3。氨水储存系统I设有工艺水箱5，工艺水箱5与脱硫补氨模块6和氨水输送模块8相连接以期实现定期对设备、管道进行清洗，防止堵塞。氨水储存系统I运行参数通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0052]本实施例中设有独立的氨水输送模块8、氨水计量模块9。通过氨水输送模块8将氨水输送至设置在三级预热器14及其上升烟道上的氨水雾化装置11。氨水输送量的控制主要依靠氨水计量模块9来完成，氨水计量监测结果以电信号传输方式传输至可编程控制装置16。
[0053]本实施例中设有压缩空气装置10，以保证喷枪雾化效果的稳定性。压缩空气装置10为氨水雾化装置11提供稳压气源，该气体压力值为0.55-0.6MPa。
[0054]本实施例中设有烟气监测装置15，可以对脱硫反应后的烟气成分进行实时监测。主要分析烟气中SO2浓度来控制脱硫效果，同时也需要对烟气中氨成分进行分析，控制未反应的脱硫剂氨水排放量。烟气监测结果通过电信号传输至可编程控制装置16。
[0055]本实施例中可编程控制装置16收集来自氨水储存系统1、氨水输送计量系统2和烟气监测装置15的电信号，以实现现场设备的监测结果收集与现场设备的中控控制操作，达到脱硫系统自动化操作目的。
[0056]利用以上脱硫技术对新型干法水泥窑窑尾烟气脱硫的主要优势有:①脱硫效率高，由于氨水相对于常用的脱硫剂(如石灰石/石灰)的碱性更大，所以氨法脱硫的反应效果更好，通过实际运行结果可实现脱硫效率>60%;②氨水利用率高，氨水通过雾化喷枪雾化喷射至系统内与烟气混合效果好，氨水利用率>85%;③操作简单方便，本脱硫系统可并入中控DCS操作，自动化程度高;④施工工期短，本脱硫技术施工过程中，无需停窑，脱硫系统与水泥生产线并列独立运行，不会影响水泥工艺生产。
[0057]以上内容是结合附图对本发明进行了示例性描述，另外，本发明的具体实现方式并不受以上描述完全限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改造将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:包括氨水存储系统、氨水输送计量系统、压缩空气装置、氨水雾化装置、可编程控制装置，其中: 氨水存储系统由氨水储罐、卸氨模块、工艺水箱构成，其中卸氨模块的出口与氨水储罐进口连接，氨水储罐出口、工艺水箱出口分别通过管路连接至氨水输送计量系统； 氨水输送计量系统由氨水缓冲罐、氨水输送模块、脱硫补氨模块、氨水计量模块构成，所述氨水存储系统中氨水储罐出口、工艺水箱出口分别与脱硫补氨模块进口连接，脱硫补氨模块出口与氨水缓冲罐进口连接，氨水缓冲罐出口与氨水输送模块进口连接，氨水存储系统中工艺水箱出口亦与氨水输送模块进口连接，氨水输送模块出口与氨水计量模块进口连接，氨水计量模块出口与氨水雾化装置进口连接； 氨水雾化装置出口通往水泥窑系统的其中一级预热器本体及该预热器的烟气上升管道中； 压缩空气装置出口与氨水雾化装置内连接，由压缩空气装置为氨水雾化装置提供稳定气源； 可编程控制装置分别与氨水存储系统中的卸氨模块，以及氨水输送计量系统中氨水输送模块、脱硫补氨模块、氨水计量模块电连接。2.根据权利要求1所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:还包括烟气监测装置，所述烟气监测装置的探测部安装在水泥窑系统中预热器的烟气上升通道内，烟气监测装置与可编程控制装置连接。3.根据权利要求1所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:氨水雾化装置优选双流体雾化喷枪。4.根据权利要求1所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫装置，其特征在于:优选的，压缩空气装置提供的气源气体压力值为0.3-0.7 MPa。5.基于权利要求1所述装置的干法水泥窑氨法半干法脱硫方法，其特征在于:可编程控制装置控制卸氨模块将氨水输送到氨水储罐;然后通过脱硫补氨模块将氨水输送到氨水缓冲罐;接着通过氨水输送模块将氨水输送到氨水雾化装置，同时氨水计量模块对输送的氨水进行计量;最后通过氨水雾化装置将氨水喷射到水泥窑系统的预热器本体及该预热器的烟气上升通道内；在水泥窑系统预热器内，氨水与烟气中的SO2反应生成硫酸铵盐，硫酸铵盐随水泥熟料离开水泥窑系统。6.根据权利要求5所述的干法水泥窑氨法半干法脱硫方法，其特征在于:优选的，氨水浓度为10-90%，更优选氨水浓度为15-50%，最优选氨水浓度为20-30%。
【文档编号】B01D53/78GK106039963SQ201610520768
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】王晓林, 廖晓樱, 毛志伟
【申请人】合肥水泥研究设计院