本实用新型涉及环境保护领域，具体涉及水泥生产线的脱硫，尤其涉及一种高效雾化脱硫装置。
背景技术：
一、水泥生产过程中硫的来源及存在的形态
水泥生产过程中硫的来源主要有两个途径，一是来源于原料，二是来源于燃料。生料含有的硫分为有机硫、硫化物和硫酸盐。
表1：原材料含硫分析
有机硫为硫的有机化合物，硫化物主要为FeS2及少量的PbS、ZnS，硫酸盐主要有CaSO4、Na2SO4、K2SO4。在预热器系统内，物料温度小于200℃时，有机硫氧化成SO2，而在物料温度为400-600℃时，FeS2被氧化，生成Fe2O3和SO2。有机硫和硫化物氧化生成的SO2随烟气通过上部预热器至生料磨和预热器，在此过程中，SO2与CaCO3作用，生成CaSO3和CO2。在预热器系统内，有机硫和硫化物氧化生成的SO2，通常有50-55％与CaCO3作用，剩下的45-50％的SO2排除预热器系统。
在原料磨、袋收尘系统，仍有一定量的SO2与CaCO3作用，生料磨中石灰石(CaCO3)持续产生新鲜表面，同时粉料有较长的停留时间；另外生料磨中气体温度通常已经降到200℃以下，因此相对湿度较高。尽管较低温度会降低脱硫反应速率，但考虑到参与反应的物料拥有巨大的反应面积、较长的停留时间，同时水蒸气也会促进脱硫反应进行，生料磨中硫的脱除率还是很可观的。
原料中的硫酸盐，一般情况下熔融温度、分解温度、挥发温度均较高，作为熟料成分入窑。
燃料中的硫的存在形式和原料中的一样，有硫化物、硫酸盐还有有机硫。燃料在分解炉或者回转窑燃烧生成SO2，在分解炉存在大量的活性CaO，同时分解炉的温度正是脱硫反应发生的最佳范围，因此烧成带产生的SO2气体可以在分解炉被CaO吸收或者在过渡带和烧成带与碱结合生成硫酸盐。部分硫酸盐在熟料煅烧过程中，若存在还原气氛则与C作用，分解放出SO2，然后又被重新吸收生成硫酸盐，形成硫循环；而未被分解的硫酸盐则成为熟料组分。也就是说正常情况下，燃料中的硫很少会影响到硫的排放。但是以下这些情况下会出现例外：
(1)燃料的燃烧是在还原状况下进行的；
(2)生料易烧性很差，烧成带温度被提得很高；
(3)硫碱比明显偏高。
二、传统的脱硫技术有炉内喷钙、热生料喷注、湿法脱硫等，其技术指标及主要劣势见如下表2：
表2
本领域亟需研发一种能克服上述传统脱硫技术缺陷的脱硫装置。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效雾化脱硫装置，本装置结构简单，低投入、低成本、低能耗、高效率，建设成本是湿法脱硫的1/5，运行成本是其它脱硫技术的1/3。脱硫效率高达95％以上；SO3几乎全部去除。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高效雾化脱硫装置，该装置包括石灰粉上料及储存系统、石灰浆液制备系统、石灰浆液转移系统、石灰浆液储存系统、石灰浆液喷射系统、脱硫催化剂储存系统和脱硫催化剂喷射系统；所述石灰粉上料及储存系统的出口与所述石灰浆液制备系统的入口连接；所述石灰浆液制备系统的出口通过所述石灰浆液转移系统与所述石灰浆液储存系统的入口连接；所述石灰浆液储存系统的出口通过所述石灰浆液转移系统与所述石灰浆液喷射系统的入口连接；所述脱硫催化剂储存系统的出口与所述脱硫催化剂喷射系统的入口连接。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰粉上料及储存系统包括石灰粉罐车、石灰粉仓、除尘器；所述石灰粉仓上部留有上料口，上料口与所述石灰粉罐车相连，所述石灰粉仓顶部设有除尘器。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰粉仓上部呈柱形，下部呈锥形，石灰粉仓的锥形下部连接压缩空气储罐。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰浆液制备系统包括消化罐、消化罐搅拌器、湿式除尘器；所述消化罐内设有消化罐搅拌器，所述消化罐顶部设置湿式除尘器。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰粉仓底部由上至下设有手动插板阀、星型给料器；所述消化罐顶部设有称重小料仓，所述星型给料器和所述称重小料仓通过螺旋输送机连接。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰浆液转移系统为泵。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰浆液储存系统为储存罐，该储存罐内部配有搅拌器。
作为本实用新型优选的技术方案，所述石灰浆液喷射系统包括增湿塔、生料磨、预热器；所述增湿塔、生料磨及预热器内均设有喷枪，所述喷枪气路与所述压缩空气储罐连接；所述脱硫催化剂喷射系统包括催化剂输送专用泵和预热器；所述脱硫催化剂储存系统的出口通过所述催化剂输送专用泵与所述预热器的入口连接。
下面对本实用新型的原理做具体说明：
1生石灰消化
NSDD脱硫技术以生石灰(CaO)为吸收剂，在消化罐中加水将生石灰制备成消石灰(Ca(OH)2)浆液，然后将消石灰(Ca(OH)2)浆液喷入烟气管道。在烟气管道中吸收剂与烟气混合接触，发生强烈的物理化学反应，一方面与烟气中SO2反应生成亚硫酸钙，另一方面烟气冷却，吸收剂水分蒸发干燥，达到脱除SO2的目的，同时产生固体粉状脱硫副产物。
2浆滴的蒸发
液滴从蒸发开始到干燥所需的时间，对脱硫率非常重要。影响液滴干燥时间的因素有液滴大小、液滴含水量以及趋进绝热饱和的温度值。
雾化器出来的浆滴，可视为孤立的Ca(OH)2颗粒周围分布着连续的液相。吸收剂颗粒溶解在液相中，在浆滴中处于饱和状态。液滴的干燥大致分为两个阶段：第一阶段由于浆料液滴中固体含量不大，基本上属于液滴表面水的自由蒸发，蒸发速度快而相对恒定。水分的蒸发发生在浆滴的表面，这个阶段称为恒速干燥阶段。约有50％的吸收反应发生在该阶段，所需时间约为1至2秒。
随着蒸发的进行，液相的体积不断地减少，直到固体颗粒相接触，集聚在浆滴的表面形成一个固定的障碍层，这样限制了水分的蒸发和SO2的吸收的速率，这个阶段称为降速干燥阶段。最后，生成物固体内的大多数自由水相被蒸发掉了，见图1。
烟道喷雾装置，该装置用于降低烟气温度对原反应产物进行增湿活化，经过增湿活化后原来位于反应物产物层内部的Ca(OH)2从颗粒内部向表面发生迁移，并形成亚微米级细粒，沉积在颗粒表面或与表层产物层相互夹杂。迁移还改变了当地的孔隙结构。这些综合效果使反应剂重新获得反应活性。同时通过以激烈湍动的、拥有巨大的表面积的颗粒作为载体，在烟道得到充分的蒸发，保证了进入后续除尘器中的灰具有良好的流动状态。
3烟气中SO2的吸收
在喷雾干燥反应器中，石灰浆液被雾化为微细的石灰浆滴(<100μm)与高温烟气相接触，气、液、固三相之间发生复杂的传质、传热作用。浆滴中水分蒸发的同时，烟气中的SO2被吸收与浆滴中的Ca(OH)2颗粒发生反应，最后得到干燥的CaSO4、CaSO3和未反应的Ca(OH)2固体混合物，经收尘系统而收集下来。
4化学反应过程
Ca(OH)2(s)+SO2(g)+H2O(s)→CaSO3(s)+2H2O(g) (1)
反应可分为以下几个步骤：
(1)生石灰消化
CaO(S)+H2O(l)→Ca(OH)2(l) (3)
(2)SO2从气相主体到液滴表面的扩散
SO2(g)→SO2(aq) (4)
(3)液相中溶解的SO2离解生成HSO3-和SO32-
(4)液相溶解的HSO3-、SO32-离子在液相中的扩散
(5)Ca(OH)2颗粒的溶解
Ca(OH)2(S)→Ca2+(aq)+2OH-(aq) (7)
(6)亚硫酸钙的生成
(7)液滴中CaSO3过饱和沉淀析出
CaSO3(aq)→CaSO3(s) (9)
(8)部分CaSO3(aq)被溶于液滴中的氧气所氧化成CaSO4
(9)CaSO4难溶于水，便会迅速沉淀析出固态CaSO4
CaSO4(aq)→CaSO4(s) (11)
主要反应(4)、(5)、(6)和(7)的进行均在液相中完成，浆滴中水分的蒸发速率直接影响着SO2的脱除。
5催化脱硫
在SO2的聚集区C2至C1上升烟道处合适的温度区间，雾化喷入经活化的脱硫催化剂溶液，使脱硫催化剂(优选NSDD-材料)快速与烟气中的SO2，促进生料及脱硫剂固定烟气中的SO2。
NSDD-材料高效雾化脱硫技术与传统的湿法脱硫相比具有系统简单、运行维护方便、投资少、运行费用低、无灰渣排放等优点。
NSDD-材料高效雾化脱硫工艺用生石灰(主要成分是CaO)作吸收剂。生石灰经熟化变成具有较好反应能力的熟石灰(主要成分是Ca(OH)2)浆液。熟石灰浆液经装雾化器喷射成均匀的雾滴，其雾粒直径小于100μm。这些微粒具有很大的比表面积，与烟道中含二氧化硫烟气接触，发生强烈的热交换和化学反应，石灰浆雾滴中的水分被烟气的显热蒸发，而二氧化硫同时被石灰浆滴吸收。
开生料磨时，雾滴由入磨烟道进入磨内与烟气中的二氧化硫反应，由于磨内湿度大，反应物停留时间长，SO2脱除效果可观，生成物随物料一同入窑被固定在熟料中；脱硫催化剂在SO2的聚集区C2至C1上升风管处雾化喷入经活化的脱硫催化剂溶液，延长脱硫剂的反应时间，增大了物料之间的接触面积，有效捕获逃逸的SO2，可促进生料及脱硫剂固定烟气中的SO2。
影响SO2去除率的因素包括烟气出口温度接近绝热饱和温度的程度、吸收剂当量比以及SO2入口浓度。在NSDD-新材料高效雾化脱硫工艺中，烟气中的其他酸性气体为SO3等也会同时与Ca(OH)2反应，而且SO3脱除率高达90％，远大于湿法脱硫工艺中SO3的脱除率。该系统烟气压力降适中，吸收液输送量小，系统能耗较低；工作过程清洁，无废水产生；生成物为固态，容易处理；流程简单、设备可靠、易于运行和维护。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
1、系统简单，低投入、低成本、低能耗、高效率，建设成本是湿法脱硫的1/5，运行成本是其它脱硫技术的1/3。
2、快速脱硫：初始硫排放<500mg/Nm3，投料5分钟SO2排放迅速降低至50mg/Nm3以下，脱硫效率高达95％以上；SO3几乎全部去除。
3、运行可靠，不会产生污垢和堵塞；脱硫产物为干态，易于处理，无废水产生；对于设备的腐蚀性不高，设备无需做防腐。
4、效果综合：脱硫剂使用后熟料早强提升1MPa左右，NOX降低30-80mg/Nm3。
5、占地面积小，装机功率小，建设周期不超过60天。
附图说明
图1是本实用新型一种NSDD—新材料高效雾化脱硫装置的脱硫原理示意图。
图2是本实用新型一种NSDD—新材料高效雾化脱硫装置的结构示意图。
图3是本实用新型的压缩空气系统的结构示意图。
图中附图标记说明如下：
1是石灰粉罐车；2是石灰粉仓；3是除尘器；4是压缩空气储罐；5是手动插板阀；6是星型给料器；7是螺旋输送机；8是称重小料仓；9是消化罐；10是消化罐搅拌器；11是湿式除尘器；12是消石灰浆液转移泵；13是储存罐；14是储存罐搅拌器；15是消石灰浆液输送泵；16是增湿塔；17是生料磨；18是预热器；19是催化剂罐；20是催化剂输送专用泵，21是增湿塔内喷枪，22是生料磨内喷枪，23是预热器内喷枪。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本实用新型，但这些实施例只是用于说明本实用新型，而不是来限制本实用新型的范围。
实施例
如图2所示，本实用新型提供一种NSDD—新材料高效雾化脱硫装置，包括石灰粉上料及储存系统(包括石灰粉罐车1、石灰粉仓2、除尘器3)、石灰浆液制备系统(包括消化罐9、消化罐搅拌器10、湿式除尘器11)、石灰浆液转移系统(消石灰浆液转移泵12)、石灰浆液储存系统(储存罐13、储存罐搅拌器14)、石灰浆液喷射系统(消石灰浆液输送泵15、增湿塔16、生料磨17、预热器18，增湿塔16、生料磨17及预热器18内均设有喷枪)、脱硫催化剂储存系统(催化剂罐19)、脱硫催化剂喷射系统(催化剂输送专用泵20、预热器18)、压缩空气系统(压缩空气储罐4)等组成。
石灰粉仓2上部留有上料口，上料口与石灰粉罐车1相连，石灰粉仓2顶部设有除尘器3，保证在卸料时粉仓顶部没有扬尘。石灰粉仓2上部呈柱形，下部呈锥形，石灰粉仓2的锥形下部(即锥部)则通入压缩空气，使石灰粉仓2内生石灰呈流化状态，避免生石灰粘壁结拱而难以下料，压缩空气则由加药区压缩空气储罐4提供。生石灰卸料具体重量则通过称重小料仓8进行计量，下来的石灰粉剂依次通过手动插板阀5、星型给料器6、螺旋输送机7输送至称重小料仓8(手动插板阀5用于控制打开关闭让石灰从粉仓内下到螺旋输送机7上，星型给料器6可以变频调节，调节石灰下到螺旋输送机7的快慢)，称重小料仓8与消化罐9补进去的水混合，通过消化罐9内部配置的消化罐搅拌器10的搅拌，制备成一定浓度的氢氧化钙溶液。消化罐9顶部设置湿式除尘器11，防止在制备浆液的过程中有烟尘冒出。制备完成的消石灰浆液通过消石灰转移泵12转移至储存罐13中，储存罐13内部配有搅拌器14以防止消石灰浆液发生离析沉淀，储存罐13出口连接消石灰浆液输送泵15，浆液通过消石灰浆液输送泵15输送至增湿塔16、生料磨17及预热器18合适位置。增湿塔16、生料磨17及预热器18内均设有喷枪。
生料磨17内设有雾化喷枪，消石灰浆液由雾化喷枪在生料磨17进风管合适温度窗口处雾化喷入，使得消石灰浆液与生料磨17风管内烟气混合反应，从而达到降低烧成系统烟气中SO2的目的；当生料磨17停机时，消石灰浆液经雾化后，喷入增湿塔16进行脱硫反应。
脱硫催化剂的储存设置催化剂罐19，催化剂由人工补入，催化剂罐19出口设置催化剂输送专用泵20，通过催化剂输送专用泵20及预热器18内的喷枪将脱硫催化剂喷入到预热器18合适位置与通过消石灰浆液输送泵15输送的消石灰浆液一起进行反应，达到快速固硫的目的。
当生料磨17未停机，二氧化硫浓度超标时，消石灰浆液由雾化喷枪在增湿塔16顶部雾化喷入，脱硫催化剂由雾化喷枪喷射到预热器18合适位置，使得消石灰浆液与增湿塔16顶部烟气混合反应，脱硫催化剂与预热器18合适位置上升烟道处烟气进行反应，从而达到降低烧成系统烟气中SO2的目的；
当生料磨17停机，二氧化硫浓度超标时，消石灰浆液由雾化喷枪在生料磨17进风管合适温度窗口处雾化喷入，脱硫催化剂由雾化喷枪喷射到预热器18合适位置，使得消石灰浆液与生料磨17风管内烟气混合反应，脱硫催化剂与预热器18合适位置上升烟道处烟气进行反应，从而达到降低烧成系统烟气中SO2的目的；
消石灰浆液和脱硫剂分别是通过消石灰浆液输送泵15和催化剂输送专用泵20输送到相应的位置进行反应，而且同时启动，都能够起到脱硫的效果，具体喷射的用量根据二氧化硫的浓度进行调节。
本脱硫工艺采用的脱硫剂为干态生石灰粉，易采取在当地购买的方式，脱硫催化剂优选为NSDD-材料(购自上海三融环保工程有限公司)。
本实用新型高效雾化脱硫装置主要包括以下几个系统：生石灰上料及储存系统；生石灰消化反应系统；消石灰储存系统；浆液喷射系统；脱硫催化剂储存系统；脱硫催化剂喷射系统；自动化控制系统；压缩空气系统；罐体和管道的防腐、保温、冲洗和安全防护等配套辅助设施。
1)生石灰上料及储存系统
外购生石灰(纯度＞85％)由石灰粉罐车1运输进厂，利用石灰粉罐车1自带的空气压缩机将生石灰输送至石灰粉仓2，生石灰经称重小料仓8计量后输送至消化罐9。石灰粉仓2顶部设置除尘器3(例如，高效袋式除尘器)，除尘后的洁净气体中最大含尘量小于30mg/Nm3。石灰粉仓2的锥部则通入压缩空气，使石灰粉仓2内生石灰呈流化状态，避免生石灰粘壁结拱而难以下料，生石灰卸料具体重量则通过称重小料仓8进行计量。此外，生石灰仓2顶部设置有仓顶除尘器3、密封的人孔门方便检修，该门设计成能用铰链和把手迅速打开，并且顶部有紧急排气阀门，以防粉仓压力过大时迅速泄压。
2)石灰浆液制备系统
生石灰在消化罐9中与水反应生成氢氧化钙溶液，在控制一定水量的情况下，继续增加生石灰，在消化罐搅拌器10的作用下，形成质量浓度为15％至30％的消石灰浆液。
3)石灰浆液储存系统
消石灰浆液经消石灰转移泵12输送至消石灰储存罐13，消石灰储存罐13顶部配有搅拌器14以防止消石灰浆液发生离析沉淀，调配均用的消石灰乳经流量计计量后在消石灰浆液输送泵15的作用下输送至喷射系统。
消化罐9和储存罐13，均采用碳钢防腐材质并配备废液冲洗系统；设置液位计和安全泄压阀，可实时检测罐体液位，保证设备运行安全；均配置浆液泵两台(一用一备)以保证脱硫系统的可靠性。
4)石灰浆液喷射系统
消石灰浆液由雾化喷枪在生料磨17进风管合适温度窗口处雾化喷入，使得消石灰浆液与生料磨17风管内烟气混合反应，从而达到降低烧成系统烟气中SO2的目的；当生料磨17停机时，消石灰浆液经雾化后，喷入增湿塔16进行脱硫反应。
5)脱硫催化剂储存系统和脱硫催化剂喷射系统
脱硫催化剂的储存设置催化剂罐19，催化剂由人工补入，催化剂罐19出口设置催化剂输送专用泵20，通过催化剂输送专用泵20将脱硫催化剂喷入到预热器18合适位置进行反应，达到快速固硫的目的。
6)自动化控制系统
整个系统采用PLC控制，与主工艺控制系统DCS保持数据通讯。采用高性能的液体电磁流量计精确检测液体流量，并与控制器和其他相关设备联接。采用流量计可以随时监控并显示系统实际喷量，同时如果泵/管道/元件出现意外时，系统马上会从流量的变化中得到相关信息给出警报并采取预先设定好的方案，系统使用方便、维护及时。
7)压缩空气系统
如图3所示，压缩空气系统主要是向增湿塔16、生料磨17及预热器18内所设的喷枪21、22、23输送用于雾化的高压气体和停机时向喷枪提供低压吹扫气体。喷枪21、22、23气路与压缩空气储罐4连接；系统正常运行时气体压力控制在0.4Mpa至0.6MPa，系统停机时(不喷雾时)，也应正常供气，用于冷却喷头并防止喷枪堵塞。本实用新型的压缩空气引自现有的压缩空气管道并网，脱硫系统设置压缩空气储罐4，压缩空气离开压缩空气储罐4后进入喷枪21、22、23，所有的喷枪21、22、23进口前设置压缩空气、消石灰浆液的压力表进行喷枪的雾化控制及分流使用。喷枪21、22、23与管道之间采用金属软管连接，喷枪布置为可拆卸方式，现场设置喷枪支座，采用手工方式进行喷枪的拆装。当喷枪检修或者不需要工作时，人工把喷枪从系统内抽出，临时放置在现场支架上。喷枪清扫采用压缩空气进行。
本实用新型高效雾化脱硫装置与传统脱硫技术主要技术指标对比见表3：
表3
可见，本实用新型与传统脱硫技术相比，具有以下明显优势：投资省，运行成本低，占地小，能耗低，脱硫效率高，脱硫速率快，无灰渣排放。