煙氣制酸系統(tǒng)排放尾氣達(dá)標(biāo)率提升實(shí)踐

柴瑾瑜，侯海明，劉 歡，遲棧洋

（金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

金川集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱金川集團(tuán)）鎳冶煉廠鎳冶煉爐窯配套建有2套煙氣制酸系統(tǒng)，硫酸生產(chǎn)規(guī)模分別為700 kt/a和480 kt/a，均采用鈉堿法處理含SO2的制酸尾氣。鈉堿法與傳統(tǒng)的活性焦法、石灰法及氨堿法等尾氣處理工藝相比，具有吸收速率快、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也帶來尾吸工序的設(shè)備設(shè)施易結(jié)晶堵塞、煙氣中水含量較高等問題。2010年10月，2套制酸尾氣環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱CEMS）與“銅鎳五大硫酸系統(tǒng)尾氣達(dá)標(biāo)治理項(xiàng)目”和“閃速爐冷修配套480 kt/a硫酸系統(tǒng)擴(kuò)能改造項(xiàng)目”同步竣工投用。隨著GB/T 25467—2010《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布及《環(huán)境保護(hù)法》的修訂實(shí)施，環(huán)保監(jiān)管部門對(duì)制酸系統(tǒng)排放尾氣的達(dá)標(biāo)情況越來越重視，并將其做為國控污染源環(huán)保指標(biāo)監(jiān)控的關(guān)鍵和主要考核依據(jù)，因此保持煙氣制酸系統(tǒng)良好的裝置水平和運(yùn)行水平，是環(huán)保工作的重中之重。為了提高制酸系統(tǒng)排放尾氣的達(dá)標(biāo)率，筆者從影響因素、設(shè)備設(shè)施、工藝走向等方面查找原因，提出解決措施。

1 尾氣處理工藝流程

鎳冶煉廠700 kt/a制酸系統(tǒng)的尾氣脫硫塔為金川集團(tuán)自主開發(fā)的塔槽一體雙循環(huán)吸收塔。約80℃的硫酸尾氣帶的熱量和尾氣吸收過程產(chǎn)生的反應(yīng)熱會(huì)使吸收液的溫度升高，進(jìn)而影響尾氣脫硫塔的使用，在循環(huán)槽中設(shè)置冷卻環(huán)管，將吸收液的溫度控制在設(shè)備允許的范圍內(nèi)。當(dāng)一循環(huán)槽吸收液的pH值達(dá)到規(guī)定值時(shí)，切換至另一循環(huán)槽繼續(xù)吸收尾氣，同時(shí)前一循環(huán)槽完成出料、進(jìn)料、配料等工作，雙循環(huán)槽的配置可使系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

鎳冶煉廠鈉堿法尾氣處理工藝流程見圖1。

圖1 鈉堿法尾氣處理工藝流程

來自制酸系統(tǒng)二吸塔的尾氣從脫硫塔下部進(jìn)入，與ρ(NaOH)約160 g/L的稀堿液逆流接觸吸收SO2。當(dāng)吸收液pH值達(dá)到5.6～6.0時(shí)，吸收液外排至高鹽水井進(jìn)行處理。

2 制酸系統(tǒng)尾氣排放超標(biāo)情況

GB/T 25467—2010規(guī)定鎳工業(yè)企業(yè)煙氣制酸大氣污染物排放濃度執(zhí)行ρ(SO2)≤400 mg/m3，顆粒物(ρ)≤50 mg/m3。鎳冶煉廠制酸系統(tǒng)尾氣排放平均達(dá)標(biāo)率約為94%，與金川集團(tuán)要求的目標(biāo)達(dá)標(biāo)率99%還存在較大差距。對(duì)制酸系統(tǒng)排放的尾氣進(jìn)行超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，全年超標(biāo)總時(shí)長(zhǎng)為20 179.3 min，其中SO2濃度超標(biāo)6.3 min，超標(biāo)比例為0.03%；顆粒物濃度超標(biāo)21 039 min，超標(biāo)比例為99.80%，在線監(jiān)測(cè)設(shè)備故障導(dǎo)致SO2和顆粒物濃度超標(biāo)36.7 min，占比0.17%。由此可見：制酸系統(tǒng)尾氣排放超標(biāo)主要是由于顆粒物濃度頻繁超標(biāo)造成的，SO2和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備故障造成尾氣排放超標(biāo)所占比例較小，僅為總超標(biāo)時(shí)長(zhǎng)的0.20%。

經(jīng)分析，尾氣顆粒物濃度超標(biāo)的主要原因是尾吸工序尾氣脫硫塔捕沫層絲網(wǎng)結(jié)晶，造成捕沫效果差，進(jìn)而影響了尾氣排放達(dá)標(biāo)率。

3 制酸系統(tǒng)尾氣排放達(dá)標(biāo)率影響因素

3.1 尾氣脫硫塔加堿方式不合理

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：尾氣處理系統(tǒng)僅設(shè)有1條DN100的加堿管道連接堿液高位槽與尾氣脫硫塔，由安裝在堿液管道上的pH計(jì)控制加堿自動(dòng)閥的開關(guān)。當(dāng)冶煉爐窯停產(chǎn)檢修后復(fù)產(chǎn)，制酸系統(tǒng)風(fēng)機(jī)出口的煙氣中SO2濃度波動(dòng)較大[φ(SO2)5.5%～10.0%]。如果轉(zhuǎn)化器三段、四段溫度較低，催化劑達(dá)不到起燃溫度會(huì)造成SO2轉(zhuǎn)化率低，從而造成大量含SO2的煙氣進(jìn)入尾氣脫硫塔，最終導(dǎo)致尾氣脫硫塔出口氣體ρ(SO2)＞400 mg/m3。為保證排放的尾氣中SO2濃度能夠達(dá)標(biāo)，需操作人員手動(dòng)將加堿自動(dòng)閥開至最大以較快加入大量堿液。在此過程中，由于不能精準(zhǔn)控制堿液加入量，因此容易加入堿液過多，最終導(dǎo)致尾氣脫硫塔底部的循環(huán)液結(jié)晶及絲網(wǎng)捕沫器結(jié)晶堵塞，捕沫效果變差，進(jìn)而顆粒物超標(biāo)。因此，加堿方式不合理會(huì)造成尾氣顆粒物增加，從而降低了尾氣排放達(dá)標(biāo)率。

3.2 DCS系統(tǒng)無顆粒物監(jiān)測(cè)功能

鎳冶煉廠中控室DCS系統(tǒng)沒有對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要求班組巡檢人員定時(shí)上報(bào)尾氣顆粒物排放監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。班組每12 h為一班，每班上報(bào)數(shù)據(jù)3次，上報(bào)間隔約4 h。由于巡檢人員需到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)尾吸在線監(jiān)測(cè)站查看后才能上報(bào)數(shù)據(jù)，所以存在尾氣顆粒物超標(biāo)匯報(bào)延時(shí)、超標(biāo)預(yù)警不及時(shí)、系統(tǒng)工藝指標(biāo)調(diào)整滯后等問題。因此，DCS無顆粒物監(jiān)測(cè)信號(hào)傳輸也是影響制酸系統(tǒng)排放尾氣達(dá)標(biāo)率的主要因素。

4 制酸系統(tǒng)尾氣排放達(dá)標(biāo)率提升措施

4.1 改變尾氣脫硫塔的加堿方式

增加加堿副線管道，控制吸收液pH值在4.4～5.5，同時(shí)對(duì)原加堿管道進(jìn)行改造。在堿液高位槽至尾氣脫硫塔的管道上分出1支旁路，管道直徑為DN50，采用普通碳鋼和玻璃鋼2種材質(zhì)法蘭連接的方式，在法蘭連接處安裝內(nèi)襯聚四氟乙烯的蝶閥控制堿液的加入量，持續(xù)少量加入堿液，既可降低堿液的消耗量，又可控制排放尾氣的二氧化硫濃度，避免尾氣脫硫塔底部的循環(huán)液和捕沫絲網(wǎng)結(jié)晶，最終降低尾氣中顆粒物濃度的超標(biāo)率。

尾氣脫硫塔的加堿管道改造示意見圖2。

圖2 加堿方式改造后示意

對(duì)加堿管道改造后，吸收液pH值能夠控制在規(guī)定范圍，尾氣處理工序的w(NaOH)30%堿液消耗量節(jié)約0.29 t/h。

4.2 增加DCS系統(tǒng)的顆粒物濃度監(jiān)測(cè)功能

為了解決制酸系統(tǒng)排放尾氣的顆粒物濃度監(jiān)測(cè)不到位、中控人員數(shù)據(jù)匯報(bào)不及時(shí)的問題，在DCS系統(tǒng)增加顆粒物監(jiān)測(cè)組態(tài)，將尾氣在線監(jiān)測(cè)站內(nèi)的顆粒物濃度數(shù)據(jù)引入主控室。當(dāng)尾氣中顆粒物(ρ)≥30 mg/m3時(shí)，中控人員及時(shí)匯報(bào)車間主管，并采取沖洗尾氣脫硫塔絲網(wǎng)捕沫器、置換尾氣吸收液等措施，保證顆粒物濃度在考核指標(biāo)范圍內(nèi)。

4.3 增加聲光報(bào)警裝置

在現(xiàn)有制酸系統(tǒng)DCS-MACSV控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制作一種聲光報(bào)警裝置。通過完善DCS系統(tǒng)組態(tài)和增加聲光報(bào)警裝置，當(dāng)凈化湍沖泵或干吸泵跳車、排放尾氣中ρ(SO2)≥300 mg/m3或顆粒物(ρ)≥30 mg/m3時(shí)，中控人員可以立刻根據(jù)聲光報(bào)警裝置得到提示，及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)工藝控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，防止尾氣排放超標(biāo)。增加聲光報(bào)警裝置后，各班組可以提前調(diào)整工藝操作，預(yù)防排放尾氣超標(biāo)。

5 運(yùn)行效果

尾氣處理系統(tǒng)改造完成并投入運(yùn)行后，制酸系統(tǒng)排放的尾氣顆粒物(ρ)由約70 mg/m3下降到約25 mg/m3，制酸系統(tǒng)尾氣排放的達(dá)標(biāo)率由94.3%提高到99.7%，尾氣脫硫w(NaOH)30%堿液消耗量可節(jié)約0.29 t/h。尾氣處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間按全年330 d計(jì)，w(NaOH)30%堿液按2 300元/t計(jì)，可取得經(jīng)濟(jì)效益528.26萬元/a。

6 結(jié)語

鎳冶煉廠通過對(duì)制酸系統(tǒng)排放尾氣的超標(biāo)情況進(jìn)行分析，由此推斷出顆粒物濃度頻繁超標(biāo)是尾氣排放超標(biāo)的主要原因。從尾氣處理工藝的特點(diǎn)、設(shè)備設(shè)施、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及工藝參數(shù)控制等方面進(jìn)行分析，對(duì)尾氣脫硫塔的加堿方式、DCS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能和超標(biāo)報(bào)警設(shè)備等進(jìn)行改造和完善，制酸系統(tǒng)尾氣排放的達(dá)標(biāo)率由94.3%提高到99.7%，取得了顯著效果。在制酸系統(tǒng)排放尾氣達(dá)標(biāo)率大幅提高的同時(shí)，對(duì)尾氣吸收耗堿量的嚴(yán)格控制又降低了生產(chǎn)成本，具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。