低濃度二氧化硫煙氣分質(zhì)高效治理技術(shù)應(yīng)用

葉新軍， 邵志超， 高澤磊， 秦 茜， 高 磊

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

低濃度二氧化硫煙氣分質(zhì)高效治理技術(shù)應(yīng)用

葉新軍， 邵志超， 高澤磊， 秦 茜， 高 磊

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

介紹了鎳銅冶煉煙氣的特點，并根據(jù)其特點進(jìn)行了分類。針對鈉堿法﹑檸檬酸鈉法及活性焦法脫硫的技術(shù)特點及適應(yīng)范圍，結(jié)合各爐窯煙氣的特性，采用與之相匹配的煙氣處理方式進(jìn)行分質(zhì)治理的技術(shù)手段，最終達(dá)到了低濃度二氧化硫煙氣分質(zhì)高效治理的目的。

低濃度煙氣 治理 特性 分類 分質(zhì) 高效

金川集團(tuán)股份有限公司是一家大型鎳銅鈷有色金屬冶煉企業(yè)，隨著鎳銅冶煉系統(tǒng)的發(fā)展，不同冶煉爐窯產(chǎn)生的煙氣SO2濃度變化較大，煙氣狀況也各有不同，使煙氣治理工作面臨著很大的挑戰(zhàn)。

目前，該公司擁有40余臺冶金爐窯，已建成7套冶煉煙氣制酸系統(tǒng)用于治理高濃度煙氣，并于2006年建成了制酸煙氣網(wǎng)絡(luò)體系。但低濃度煙氣由于受冶煉爐窯及冶煉工藝的影響，煙氣濃度、氣量、溫度等工況條件差異較大，氣源分布較為分散，單一的煙氣治理技術(shù)難以實現(xiàn)高效治理的要求。因此，如何實現(xiàn)低濃度煙氣的高效治理，并研發(fā)技術(shù)先進(jìn)可靠、運行穩(wěn)定、節(jié)約資源滿足循環(huán)經(jīng)濟要求的新型工藝已成為低濃度煙氣治理的趨勢。

1 低濃度煙氣條件

冶煉系統(tǒng)不同氣源低濃度煙氣條件見表1。

2 低濃度煙氣分類

為便于選擇合理高效的治理技術(shù)、更好地實現(xiàn)低濃度煙氣的分質(zhì)高效治理，現(xiàn)根據(jù)煙氣特性及氣源地域分布，將低濃度冶煉煙氣分為多爐窯低濃度混合煙氣、高含氧高溫濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣和高溫高含塵低濃度反射爐煙氣三類。

2.1多爐窯低濃度混合煙氣

多爐窯低濃度混合煙氣的來源分為兩類：一是穩(wěn)定的煙氣來源，主要包括回轉(zhuǎn)窯、礦熱電爐、合金硫化爐、3#卡爾多爐等爐窯所產(chǎn)煙氣；二是其他雜散煙氣來源，主要包括自熱爐保溫?zé)煔?、合成爐環(huán)集煙氣以及煙氣網(wǎng)絡(luò)壓力不平衡時泄漏煙氣，φ(SO2)最高可達(dá)6%。

這些煙氣雖然來源復(fù)雜，但煙氣條件差異不大，并且對應(yīng)爐窯的地理位置比較集中，便于將此部分煙氣統(tǒng)一收集治理。不同來源的多爐窯低濃度混合煙氣條件見表1。由表1可知：來自不同爐窯的低濃度混合煙氣總氣量可達(dá)1.5×105m3/h，混配后煙氣φ(SO2)在0.6%～3.0%，煙氣溫度、含塵、含水等條件比較接近且穩(wěn)定。

表1 冶煉系統(tǒng)不同氣源低濃度煙氣條件

由于該部分煙氣氣量較大，SO2濃度較低，若并入制酸系統(tǒng)進(jìn)行處理，將導(dǎo)致制酸煙氣整體SO2濃度低于最低工藝要求，不僅會對制酸系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行及其產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，還會降低制酸系統(tǒng)綜合經(jīng)濟效益，因此，對于這部分較低濃度混合煙氣必須進(jìn)行針對性治理。

2.2高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣

隨著7套制酸系統(tǒng)及煙氣網(wǎng)絡(luò)的建成，制酸煙氣均能通過煙氣網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)輸送至制酸系統(tǒng)，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。在制酸系統(tǒng)煙氣管網(wǎng)建設(shè)和增加尾氣吸收裝置時，雖然已經(jīng)充分考慮了部分時段和對應(yīng)爐窯故障時煙氣的處理方案，但這些應(yīng)急措施并不能全部處理掉非正常狀態(tài)超標(biāo)外排煙氣，這部分煙氣主要由轉(zhuǎn)爐煙氣和偶然突發(fā)狀況煙氣組成，具體情況如下：

1) 一期熔煉系統(tǒng)的7臺轉(zhuǎn)爐操作經(jīng)過備料、吹煉、出爐三個階段，采用四開三備或五開二備的形式，轉(zhuǎn)爐在倒?fàn)t過程中產(chǎn)生的低濃度煙氣。

2) 當(dāng)閃速爐、富氧頂吹爐、銅合成爐發(fā)生故障停爐，相配套的轉(zhuǎn)爐不能同期停爐時，產(chǎn)生大量低濃度煙氣，除制酸系統(tǒng)應(yīng)急處置掉的部分，剩余煙氣均要外排一段時間，直到轉(zhuǎn)爐完全停下為止。

3) 冶煉煙氣系統(tǒng)閥門運轉(zhuǎn)不靈、關(guān)不嚴(yán)實時，漏出的瞬時較高濃度煙氣可能沿環(huán)保煙道直接排空。

4) 閃速爐、富氧頂吹爐、銅合成爐等爐窯開爐、停爐過程中，煙氣濃度是逐步升高或降低的，當(dāng)達(dá)不到制酸所需的基本SO2濃度要求[φ(SO2)3%]時，不得不直接排空。

5) 在煙氣管網(wǎng)和制酸系統(tǒng)生產(chǎn)中，同時有38臺爐窯和7個煙氣治理系統(tǒng)在運行。各系統(tǒng)操作人員必須統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)操作，方可保證全系統(tǒng)生產(chǎn)、環(huán)保設(shè)備設(shè)施順暢運行。當(dāng)局部調(diào)節(jié)操作的協(xié)調(diào)性不夠時，必然有部分煙氣直接排空。

綜上所述，這些高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣最高累積排放量可達(dá)1.8×105m3/h，多數(shù)情況下該部分煙氣φ(SO2)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1%，但偶爾也會存在煙氣濃度驟然升高的現(xiàn)象。由于煙氣來源較為復(fù)雜多變，此類煙氣的濃度、溫度、含塵及含水等條件波動較大，且煙氣排放具有較大隨機性和被動性，排放規(guī)律性差，難以有效控制，既不能送入制酸系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，又不能直接外排污染周邊環(huán)境，因此，必須采取有效措施加以解決。

2.3高溫、高含塵、低濃度反射爐煙氣

鎳熔鑄系統(tǒng)三臺反射爐在冶煉生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量φ(SO2)低于0.6%的冶煉煙氣，煙氣總量最高可達(dá)2.0×105m3/h(注：包括反射爐渣口逸散的環(huán)集煙氣，其煙氣量為反射爐總氣量的20%左右，約為3.2×104m3/h)。這部分煙氣溫度較高，溫度在270～290 ℃，各反射爐低濃度煙氣具體條件見表2。

表2 高溫、高含塵、低濃度反射爐煙氣條件

由表2可見：3臺反射爐產(chǎn)生的高溫、高含塵、低濃度煙氣，總氣量可達(dá)2.0×105m3/h，φ(SO2)在0.50%～0.55%，波動較??；其溫度、含塵、含水等條件變化范圍也非常小，且煙氣來源穩(wěn)定。雖然煙氣中SO2濃度低，但氣量較大，為了減少硫資源的浪費及對周邊環(huán)境的污染，必須對此部分煙氣進(jìn)行有效治理[1]。

3 分質(zhì)治理技術(shù)選擇

3.1鈉堿法脫硫技術(shù)的選擇

鈉堿法脫硫工藝具有煙氣適用范圍廣、脫硫效率高、技術(shù)成熟、操作簡單、運行穩(wěn)定的優(yōu)點;在脫硫原料燒堿供給方面，可實現(xiàn)公司內(nèi)部的自給自足，占據(jù)極大優(yōu)勢。在副產(chǎn)亞硫酸鈉的情況下，適宜煙氣φ(SO2)為0.5%～6.0%，在實現(xiàn)冶煉煙氣達(dá)標(biāo)排放的同時，回收硫資源形成副產(chǎn)品，帶來一定經(jīng)濟效益，進(jìn)而提高煙氣治理的經(jīng)濟性[2]。

在三類待處理煙氣中，高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣和高溫、高含塵、低濃度反射爐煙氣SO2濃度長時間維持在偏低水平，若采用這些煙氣進(jìn)行亞硫酸鈉的生產(chǎn)，會促進(jìn)吸收脫硫過程中的氧化反應(yīng)，提高溶液中硫酸鈉雜質(zhì)含量，大大降低亞硫酸鈉產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而降低經(jīng)濟效益，不符合低濃度煙氣高效治理的初衷。

多爐窯低濃度混合煙氣總氣量可達(dá)1.5×105m3/h，混配后煙氣φ(SO2)在0.6%～3%，煙氣溫度、含塵、含水等條件比較接近且穩(wěn)定，更符合鈉堿法脫硫技術(shù)(副產(chǎn)亞硫酸鈉)的工藝要求。

根據(jù)鈉堿法脫硫技術(shù)的上述特點，結(jié)合多爐窯低濃度混合煙氣的特性，二者各方面因素完美匹配，可充分實現(xiàn)此類煙氣的高效治理。

3.2檸檬酸鈉脫硫技術(shù)的選擇

高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣最高累積排放量可達(dá)1.8×105m3/h，多數(shù)情況下該部分煙氣φ(SO2)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1%，但偶爾也會存在煙氣濃度驟然升高的現(xiàn)象。煙氣來源復(fù)雜多變，煙氣濃度、溫度、含塵、含水等條件波動大，且煙氣排放具有較大隨機性和被動性，排放規(guī)律性差。

由于高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣多數(shù)情況下SO2濃度維持在偏低水平，且存在局部時間煙氣濃度驟然升高的現(xiàn)象[φ(SO2)超過1%]，煙氣條件波動大，并不適用于鈉堿法脫硫技術(shù)和對煙氣穩(wěn)定性要求較高的活性焦脫硫技術(shù)。

而檸檬酸鈉法脫硫技術(shù)，煙氣適用范圍較廣、工藝流程簡單、系統(tǒng)占地面積相對較小、自動化程度高、運行費用較低、脫硫吸收劑檸檬酸—檸檬酸鈉無毒害。而脫硫過程需要使用大量燒堿，具有原料燒堿可自給自足的顯著優(yōu)勢。與高含氧、高溫、濃度波動大轉(zhuǎn)爐煙氣進(jìn)行匹配化治理，既能實現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放，還會釋放SO2純度大于90%的再生氣，可配氣后用于制酸，充分回收硫資源，完美實現(xiàn)低濃度冶煉煙氣的高效治理[3]。

3.3活性焦脫硫技術(shù)的選擇

高溫、高含塵、低濃度反射爐煙氣總氣量可達(dá)2.0×105m3/h，φ(SO2)在0.5%～0.55%這一較小范圍內(nèi)波動，此部分煙氣來源穩(wěn)定，煙氣溫度、含塵、含水等條件變化范圍也非常小。同時，由于反射爐附近建設(shè)面積的限制，不宜選擇工藝流程長、占地面積相對更大的鈉堿法脫硫和檸檬酸鈉脫硫技術(shù)?；钚越姑摿蚣夹g(shù)適用于氣量、濃度穩(wěn)定的煙氣類型，對煙氣氣量、濃度的瞬時波動適應(yīng)性較差，即使瞬時φ(SO2)超過1%，仍會造成尾氣瞬時超標(biāo)排放的致命后果。而該技術(shù)在處理φ(SO2)低于0.6%的穩(wěn)定煙氣時，脫硫效果良好，工藝系統(tǒng)壓降低，作業(yè)率高，占地面積小。最大的優(yōu)點為無廢水、廢渣和廢氣排放，無二次污染；活性焦脫硫工藝屬于干法脫硫工藝，在脫硫過程中不消耗水，因此特別適應(yīng)于干旱、缺水的區(qū)域；副產(chǎn)φ(SO2)10%～20%的高濃度SO2煙氣，可配氣后用于制酸系統(tǒng)；系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的部分焦粉可以作為燃料返回上游冶煉系統(tǒng)。所以，結(jié)合高溫、高含塵、低濃度反射爐煙氣質(zhì)量特性和建設(shè)地域限制，活性焦脫硫技術(shù)實為上佳之選。

4 結(jié)語

結(jié)合不同冶煉爐窯SO2煙氣條件，以及國內(nèi)外低濃度煙氣治理方法的適用性、經(jīng)濟性，通過大氣量穩(wěn)定性低濃度SO2煙氣、波動性非正常外排煙氣、高溫高含水煙氣與鈉堿法、檸檬酸鈉吸收解吸法及活性焦法脫硫技術(shù)的匹配化，開發(fā)了大氣量﹑穩(wěn)定性﹑低濃度SO2煙氣鈉堿法連續(xù)生產(chǎn)亞硫酸鈉技術(shù)，創(chuàng)新研究應(yīng)用了波動性﹑非正常外排煙氣檸檬酸鈉吸收解吸法生產(chǎn)液體SO2技術(shù)，以及高溫高含水反射爐煙氣活性焦法生產(chǎn)高濃度SO2技術(shù)。3種技術(shù)有機聯(lián)動，實現(xiàn)低濃度SO2冶煉煙氣的分質(zhì)高效治理與資源化利用。

[1] 陳自江，舒云，邵志超. 鎳反射爐煙氣脫硫技術(shù)分析與應(yīng)用[J]. 硫酸工業(yè)，2014(3)：23-26.

[2] 馮擁軍.硫酸尾氣堿性廢水脫硫的研究與實踐[J]. 硫酸工業(yè)，2013(3)：45-47.

[3] 魏占鴻，劉陳、唐照勇,等.檸檬酸鈉法治理冶煉廠非正常排空煙氣的生產(chǎn)實踐[J]. 硫酸工業(yè)，2013(1)：29-33.

Application of high quality control technology for flue gas with low concentration of sulphur dioxide

YE Xinjun, SHAO Zhichao, GAO Zelei, QIN Qian, GAO Lei

(Chemical Plant, Jinchuan Co., Ltd., Jinchang, Gansu, 737100, China)

The characteristics of nickel and copper smelting flue gas are introduced and classified according to their characteristics. According to the technical characteristics of sodium alkali, sodium citrate and activated coke desulphurization and scope, combined with the characteristics of each furnace flue gas, flue gas treatment using the way to match the technical means of quality control, and eventually reached a low concentration sulphur dioxide gas quality, the purpose of governance.

low sulphur dioxide off-gas; manage; characteristics; classification; quality; efficient

2017-07-21。

葉新軍，男，金川集團(tuán)股份有限公司化工廠助理工程師，從事低濃度煙氣治理工作。電話：0935-8815666，18093528890；E-mail：hgyxj@jnmc.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)09-0042-03