石膏制硫酸联产水泥的窑气净化工艺改造研究

陈 华

辽阳市产品质量监督检验所

主要研究石膏制硫酸联产水泥窖气净化工艺改造，通过和硫酸铁沸腾炉的对比，认真分析了石膏制硫酸联产水泥窖气的特点，在此基础上讨论了净化工艺改造的措施，并介绍了几种比较成熟的改造方案。

石灰石生产过程中窖气需要进行除尘处理，含尘量满足指标要求之后才能排放，但是石膏制硫酸和水泥生产过程需要生产合格水泥熟料同时利用窖气制造硫酸，所以石膏水泥窖和普通水泥窖气之前存在明显的差别，和其他硫酸生产气源同样不同，尤其是磷石膏水泥将窖气，所以石膏制硫酸联产水泥窖气需要制定专门的净化工艺。

石膏制硫酸联产水泥窖气特点

窖气变化量大

焙烧硫酸铁制酸工艺系统的抽风量，能够在短时间内就达到设计要求指标，同时能够维持一个长期的稳定状态，但是石膏或者磷石膏制硫酸水泥为了保证窖的稳定状态，需要对窖气的量进行必要的调节。

1.在开窖后的72h 内，开窖初期煅烧窖挂窖皮阶段煅烧窖投放量控制在正常运行值的70%，之后逐渐增加，抽风量也需要按照对应百分数随之调整。

2.窖正常运行过程，煅烧窖停窖后恢复到开车调整阶段。

3.煅烧窖正常运转调整操作

煅烧窖的运转受到多种因素的影响。生料质量、细度、水分、投料量、回灰量、化学成分以及送风量和送风温度等都会影响煅烧窖的运行状态。相比于硫铁矿的煅烧沸腾炉，石膏制硫酸联产水泥的煅烧窖实际操作更加困难，一旦窖况偏离正常范围，需要调整抽风量来进行调节，正常运行过程也需要通过控制抽风量来调节窖内的正常气氛。

窖气浓度低、变化大

窖气制酸最大的特点是二氧化硫和氧气浓度变化规律相同。典型石膏制硫酸联产水泥窖气化学成分组成如下表所示。

表1 典型水泥窖气化学成分

除此之外，窖气中还有含量较低的氮氧化合物以及硫化氢等硫化物，这些成分的含量受到煅烧窖的运行状况、生料成分和燃煤质量等因素的影响，变化幅度也很大。

粉尘成分复杂

石膏水泥窖气粉尘和硫铁矿沸腾炉粉尘存在明显区别，有着复杂的化学成分，并且粒径小，沉降困难，容重小。

窖气净化工艺改造措施

提高粉尘清除效率

窖气粉尘采用电除尘方式。如果净化流程中未设置电除尘，粉尘颗粒拖出比较困难。当气量超过设计操作范围后难以获得理想的除尘效果，可能会造成本工序和后续工序设备的堵塞，系统运行阻力增加，抽气量下降，形成了恶性循环，系统被迫停止。为了保证除尘效果，进行工艺改造需要尽量选择大操作弹性的除尘设备，能够适应各种气量并保持较高的除尘效果，适应窖气制酸的气量变化。

降低系统运行阻力

煅烧窖气尾气氧含量很低，可能会影响二氧化硫进一步氧化，所以在制酸之前需要在窖气中通入足够的氧气，通常鼓入空气就能够提供足够的氧含量。关键在于通入空气的时机和位置。为了保证空气有组织的进入系统，需要尽量选择低阻力的除尘、净化设备和工序，降低烧成-制酸系统负压以及系统内外压差，降低系统密封难度，实现对系统进入空气量的有效控制，将转化工序通入的窖气中二氧化硫和氧气含量合适。

降低净化出口气体温度

干吸工序水平衡要能够满足硫酸生产反应的化学计量要求，二氧化硫窖气浓度较低，转化气中的三氧化硫含量也不会很高，在控制进入系统空气量的同时，还要考虑脱除净化气体中的水分，控制净化出口气体的温度，维持干吸工序水平衡。

酸洗、水洗

硫酸生产会产生污水，对环境和生态造成了非常严重的破坏，同时降低了硫资源的利用率，为此，选择封闭循环稀酸洗涤净化流程。

对比硫磺、硫铁矿制酸工艺，窖气本身不是高质量硫资源，为了维持干吸水平衡，需要降低气体温度，对气体或者循环液冷却系统性能要求很高。

窖气中粉尘含量很高，需要通过有效的固气相分离工艺和设备将循环液中的粉尘以及杂质有效分离，维持循环液中氟、亚硫酸、硫酸以及粉尘的平衡。

考虑到窖气中相对较低的三氧化硫含量，携带粉尘轻而细，所以在以上两个环节需要进行投入较大的工艺和设备改进。较低的三氧化硫含量导致循环液中硫酸成分复杂，浓度低，再利用价值不高，所以很多流程选择了水洗流程，处理解吸塔洗涤液达到排放标准后排放。

窖气可燃性成分处理

煅烧窖是在弱氧化性气氛下运行，导致生料焦炭不能完全燃烧，并且开窖初期和运行状态不正常时都会在窖气中产生一些可燃成分，而电除尘器等用电设备产生的火花有导致可燃性气体爆炸的危险，为此，可以控制电除雾器出口的氧含量，破坏爆炸产生条件，为了保障安全，还需要采取一系列安全措施。

在煅烧窖正常运行期间注意调整控制正常操作指标，开窖初期或者运行不正常，存在不完全燃烧时用电设备如电除尘器、除雾器等不能投入使用，严格控制空气投入量和投入位置，远离爆炸区域，设备需要采取有效的防爆措施。

几种成熟净化工艺流程改造方案

介绍几种比较成熟，经过实际运行证明效果良好的改造流程。

维佐夫窖气净化流程

该流程改造了后序净化湿式除尘负荷，提高了系统抗粉尘堵塞的能力，洗涤塔改造为填料孔塔，后序洗涤塔中加设了气液接触面，用于进行气体降温、除尘、调节湿度，并在电除雾器阶段生成酸雾，控制净化工序出口尾气温度夏季在30℃以下，冬季在25℃以下，维持干吸工序水平衡。

这一套流程使用电除尘进行干法除尘，除尘效果更好，净化工序中的粉尘更少，净化工序中空塔的操作弹性更大，系统发生堵塞的几率更低。

考斯维希

这种流程转化讲了净化工序气量。能够将电除雾器出口氧含量控制在爆炸极限以下，即便CO 含量上升，也不会在电除尘器和电除雾器中发生爆炸。净化工序中的气量小，系统阻力下降，除尘效率更高，而且系统更加流畅，煅烧窖尾能够获得较高的操作负压，实现煅烧窖的正常调节。

磷石膏旋风预热器窖联产水泥工艺

是一种采用旋风预热器的水泥生产工艺。分解煅烧使用回转窑，配合多级复合预热器和三风道燃烧器以及静电除尘器。煅烧炉运行更加稳定，煅烧效果更好，而且能够维持回转窖窖气稳定的二氧化硫浓度，如果选择硫含量在2.5%以上的高硫煤，能够降低煤成本的同时提高窖气二氧化硫含量。

熟料在冷却之后送入熟料库，和各级旋风预热器以及生料逆流交出，完成热交换，通过第一级旋风预热器送入硫酸系统。二氧化硫和水泥熟料在窖中生成，要求既能获得质量较高的窖气，同时还要获得符合水泥要求的熟料。为此，在控制生料配合比的同时，还需要严格控制窖内气氛，为了防止发生爆炸，需要控制窖气CO 含量在0.5%以下。

结束语

研究石膏制硫酸联产水泥窖气净化工艺改造，不同于硫酸铁沸腾炉，水泥窖气的粉尘更轻，二氧化硫含量更低，并且含有可燃气体，需要从提高粉尘清除效率、降低系统运行阻力、降低净化出口气体温度等方面入手进行优化改造，才能够提高窖气制酸的效率，保证生产安全，减小环境污染。