濕法脫硫系統(tǒng)在電解鋁煙氣脫硫脫氟治理中的應(yīng)用

何愛(ài)玲 張巍

摘? 要：進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)電解鋁行業(yè)得到了迅速發(fā)展，特別是600kA電解槽的成功推廣應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)電解鋁行業(yè)在世界鋁行業(yè)中占據(jù)重要地位。但是我國(guó)電解鋁行業(yè)存在著環(huán)保壓力大、可持續(xù)發(fā)展性差等缺點(diǎn)。因此，需要加強(qiáng)電解鋁煙氣的深度治理。如何開(kāi)展脫硫脫氟的深度處理成為環(huán)保工作者的重要課題。在本文中對(duì)濕法脫硫系統(tǒng)在電解鋁煙氣脫硫脫氟治理中的應(yīng)用進(jìn)行研究，為行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電解鋁;濕法脫硫系統(tǒng);電解煙氣;可持續(xù)性發(fā)展;脫硫脫氟

中圖分類號(hào)：X781? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2020）03-0000-00

1濕法脫硫系統(tǒng)

濕法脫硫是指采用液體吸收劑（如水或堿性溶液）去除煙氣中的SO2。它的優(yōu)點(diǎn)是脫硫效率高、設(shè)備小、投資省、操作簡(jiǎn)單以及占地面積小;缺點(diǎn)是易造成二次污染，存在廢水的后處理問(wèn)題，能耗高，特別是凈化后煙氣的溫度低，不利于煙囪排氣的擴(kuò)散，易產(chǎn)生“白煙”。

濕法脫硫主要有鈣法、鈉法，還有海水脫硫法、磷銨復(fù)肥法、液相催化法等多種技術(shù)。目前，主要采用“石灰石-石膏法脫硫”脫硫技術(shù)，該技術(shù)是世界上技術(shù)最成熟、運(yùn)行狀況最穩(wěn)定、最經(jīng)濟(jì)的脫硫技術(shù)。

2石灰石-石膏法脫硫

石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)是以石灰漿液作為脫硫吸收劑的一種脫硫工藝系統(tǒng)，CaCO3與SO2首先反應(yīng)生成CaSO3，然后氧化成CaSO4，最終產(chǎn)物為石膏的工藝過(guò)程[1]。

石灰石-石膏法脫硫工藝采用CaCO3作為脫硫劑，較之其它脫硫工藝具有以下特點(diǎn)：（1）基建投資低，工程投資僅為其它工藝的30%～65%;（2）脫硫效率高，最高可達(dá)95%以上，運(yùn)行可靠性高;（3）運(yùn)行費(fèi)用低，能耗指標(biāo)低; （4）副產(chǎn)物處置工藝成熟，無(wú)二次污染;（5）占地面積小，流程簡(jiǎn)單;（6）通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì);（7）通過(guò)煙氣流速的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到低阻力、節(jié)能的運(yùn)行效果;（8）吸收劑——石灰石來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜;（9）采用塔底儲(chǔ)存循環(huán)液、塔內(nèi)擾動(dòng)曝氣的方式，可以減少投資，防止塔內(nèi)沉積。

2.1石灰石-石膏法脫硫原理

煙氣中的SO2和SO3與漿液發(fā)生如下反應(yīng)：

SO2+H2O→HSO3-+H+

SO3+H2O→H2SO4

SO3與水生成的H2SO4可以迅速與石灰石漿液發(fā)生反應(yīng)。

SO2、F、SO3與石灰石漿液發(fā)生如下反應(yīng)：

Ca2++2OH-+HSO3-+2H+→Ca2++HSO3-+2H2O

Ca2++2OH- +2F-+2H+→ Ca2++F-+2H2O

Ca2++2OH-+SO42-+2H+→Ca2++SO42-+2H2O

進(jìn)入SO2吸收塔漿液池內(nèi)的O2將CaSO3氧化成CaSO4，生成石膏：

HSO3-+O2→2SO42-+2H+

Ca2++ SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O

2.2石灰石-石膏法脫硫的工藝流程

電解槽產(chǎn)生的煙氣，首先經(jīng)過(guò)兩段逆流干法除塵系統(tǒng)處理，然后通過(guò)主引風(fēng)機(jī)輸送至SO2吸收塔，在多層噴淋層的作用下與吸收劑充分接觸，從而達(dá)到脫除煙氣中SO2和氟化物的目的。反應(yīng)后的煙氣經(jīng)噴淋塔上方的高效除霧器分離出煙氣中的霧滴和小水滴，最后達(dá)標(biāo)煙氣通過(guò)煙囪排放。

SO2吸收塔塔底生成的石膏漿液由石膏排出泵排出后，依次進(jìn)入一級(jí)石膏旋流器、二級(jí)真空皮帶脫水機(jī)，最后制成石膏濾餅存儲(chǔ)在石膏暫存間內(nèi)。

3國(guó)家或行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前，石灰石—石膏濕法脫硫在電力行業(yè)中的應(yīng)用較多，技術(shù)積累較多。電解鋁行業(yè)暫無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到二者煙氣的性質(zhì)及參數(shù)具有較大的可比性。因此，電解鋁行業(yè)煙氣的濕法脫硫系統(tǒng)將參考電力行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，與“石灰石—石膏濕法脫硫”相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》 DL/T 998;

《火力發(fā)電廠煙氣脫硫設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL/T 5196;

《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范石灰石/石灰-石膏法》HJ/T179;

《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》DL/T 997。

4系統(tǒng)組成

石灰石-石膏法脫硫系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、脫硫劑制備系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、副產(chǎn)物處理系統(tǒng)，最核心的部分是SO2吸收系統(tǒng)。

4.1煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)主要由煙道、直排煙囪、擋板門(mén)等組成。

在電解鋁生產(chǎn)100%BMCR的工況條件下煙氣系統(tǒng)都能正常工作，并留有5%的備用量。在SO2吸收塔的進(jìn)出口煙道上設(shè)置擋板門(mén)。目前的環(huán)保政策已不允許設(shè)置脫硫旁路系統(tǒng)，因此脫硫系統(tǒng)將不設(shè)置旁路擋板門(mén)及配套的煙道。

4.2脫硫劑制備系統(tǒng)

脫硫劑制備系統(tǒng)主要由石灰石倉(cāng)、漿液制備箱以及輸送系統(tǒng)組成。

脫硫劑制備系統(tǒng)的控制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制，可以大幅度降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并能保證脫硫劑漿液濃度的穩(wěn)定性。石灰石倉(cāng)采用鋼結(jié)構(gòu)，需要能存儲(chǔ)系統(tǒng)正常運(yùn)行7天的吸收劑消耗量。石灰石倉(cāng)配有無(wú)料斗的倉(cāng)頂除塵器和料位計(jì)等設(shè)備。貯倉(cāng)的底部下料口設(shè)有專用防堵裝置，并配有加熱裝置以防止脫硫劑粉吸潮。

石灰石粉進(jìn)入漿液制備箱通過(guò)熟化反應(yīng)生成漿液。漿液箱中的脫硫劑通過(guò)漿液泵送至SO2吸收塔。漿液補(bǔ)充泵采用變頻調(diào)節(jié)，漿液補(bǔ)充泵的實(shí)際供漿量是可調(diào)整的，通過(guò)煙氣負(fù)荷、進(jìn)出口SO2的濃度、循環(huán)液的pH值進(jìn)行聯(lián)鎖控制和調(diào)節(jié)。

4.3 SO2吸收系統(tǒng)

4.3.1 SO2吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）SO2吸收塔內(nèi)的所有部件均可以承受進(jìn)口最高煙氣溫度以及最大氣流的沖擊，高溫?zé)煔饧盁煔饬髁康淖兓荒軐?duì)系統(tǒng)和設(shè)備造成損害。

（2）SO2吸收塔殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能承受壓力荷載、管道力和力矩、風(fēng)載荷、雪載荷、地震載荷，以及承受所有其他加在SO2吸收塔上的載荷。

4.3.2 SO2吸收塔的選擇

SO2吸收塔有多種形式，根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為：噴淋塔、板式塔、填料塔流化床和文丘里洗滌器、自激式和機(jī)械力洗滌器、離心水膜洗滌器等形式。目前噴淋塔是應(yīng)用最廣泛的塔型。

噴淋塔的優(yōu)點(diǎn)是：空塔風(fēng)速高，體積小，造價(jià)低。

噴淋塔的結(jié)構(gòu)由下往上分別為：儲(chǔ)液段—煙氣進(jìn)入段—SO2吸收段—脫水除霧段。其中儲(chǔ)液段又分為氧化區(qū)和中和區(qū)。塔內(nèi)的SO2吸收段設(shè)置多層霧化噴嘴，循環(huán)液通過(guò)噴嘴向下噴灑吸收由下而上的逆流煙氣中的SO2。

4.3.3 SO2吸收系統(tǒng)

SO2吸收系統(tǒng)主要由SO2吸收塔入口系統(tǒng)、循環(huán)噴淋系統(tǒng)、脫水除霧系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)等組成。

（1）SO2吸收塔入口系統(tǒng)。待處理的煙氣通過(guò)煙氣系統(tǒng)后，為了避免超出設(shè)計(jì)值溫度的煙氣對(duì)塔體造成損壞，在SO2吸收塔的入口處設(shè)有噴淋降溫系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)溫度調(diào)整的煙氣進(jìn)入SO2吸收塔后與脫硫吸收劑進(jìn)行反應(yīng)。

（2）循環(huán)噴淋系統(tǒng)。吸收塔內(nèi)裝有底部開(kāi)孔的托盤(pán)，噴淋層噴下的漿液在托盤(pán)底部形成液膜。煙氣在通過(guò)托盤(pán)時(shí)，在托盤(pán)孔的作用下煙氣將重新均布，從而提高了脫硫效率。同時(shí)，當(dāng)煙氣通過(guò)托盤(pán)的液膜時(shí)煙氣中的粉塵也得到了凈化處理。

循環(huán)噴淋系統(tǒng)配置3臺(tái)循環(huán)泵對(duì)應(yīng)3層噴淋層，采用空心蝸殼噴嘴后覆蓋率>250%，通過(guò)增加傳質(zhì)面積，延長(zhǎng)液滴在吸收塔內(nèi)的停留時(shí)間，最終可以取得良好的脫硫效率。

（3）脫水除霧系統(tǒng)。脫水除霧系統(tǒng)包含1套獨(dú)立的沖洗裝置，除霧器的控制按照按壓差（優(yōu)先級(jí)）或時(shí)間進(jìn)行控制。

脫硫后的煙氣通過(guò)循環(huán)噴淋層上方設(shè)置的三層屋脊式除霧器分離煙氣中的液滴及粉塵，處理后煙氣中的霧滴含量<25mg/Nm3，粉塵含量<4mg/Nm3，氟化物含量<0.5mg/Nm3。

（4）攪拌系統(tǒng)。循環(huán)噴淋系統(tǒng)的循環(huán)漿液平時(shí)儲(chǔ)存在吸收塔的底部，通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，最后通過(guò)石膏排出泵送至副產(chǎn)物處置系統(tǒng)。同時(shí)為了防止塔內(nèi)漿液的沉積阻塞，在塔底設(shè)置合理的攪拌系統(tǒng)。

4.4工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)主要由工藝水箱、除霧器沖洗水泵、工藝水管道和工藝水泵等組成。

SO2吸收塔塔內(nèi)的水蒸發(fā)和石膏含水會(huì)造成脫硫系統(tǒng)的水損失，為了維持脫硫系統(tǒng)的水平衡，必須對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行合理補(bǔ)水。同時(shí)制備漿液系統(tǒng)、停機(jī)自動(dòng)沖洗等都需要使用工藝水。

工藝水系統(tǒng)通常設(shè)置1套工藝水箱，2臺(tái)工藝水泵（1用1備）、2臺(tái)除霧器沖洗水泵（1用1備）。

工藝水的水質(zhì)要求：[Cl-]≤100mg/L，壓力>0.3MPa。工藝水管路采用碳鋼材質(zhì)，在必要的地方設(shè)置檢修隔離閥，Y型過(guò)濾器等部件。

4.5副產(chǎn)物處理系統(tǒng)

副產(chǎn)物處理系統(tǒng)主要包括氧化系統(tǒng)、石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空皮帶脫水機(jī)、石膏暫存庫(kù)、濾液池等設(shè)備。

SO2吸收塔底部存貯的脫硫液經(jīng)過(guò)多次循環(huán)使用后，其主要成分是亞硫酸鹽。羅茨風(fēng)機(jī)鼓入的空氣對(duì)亞硫酸鹽進(jìn)行氧化，從塔內(nèi)漿液池排出的石膏漿固含量約為17%～20%，石膏漿經(jīng)水力旋流器濃縮至固含量約45%～50%后，進(jìn)入石膏真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行二次脫水，經(jīng)脫水處理后的石膏固體物表面含水率通常為8-10%，脫水后的石膏送入石膏暫存庫(kù)中存放。

參考文獻(xiàn)

[1]郝吉明.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1989：329-344.

收稿日期：2020-01-20

作者簡(jiǎn)介：何愛(ài)玲（1981—），女，河北灤縣人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境保護(hù)。

Application of Wet Desulphurization System in Desulphurization and Defluorination of Electrolytic Aluminum Gas

HE Ai-ling ZHANG-wei

（Shenyang Academy of Environmental Science，Shenyang Liaoning 110016）

Abstract： In the 21st century，China's electrolytic aluminum industry has been rapidly developed，especially the successful application of 600kA cell，indicating that China's electrolytic aluminum industry occupies an important position in the world aluminum industry. However，the electrolytic aluminum industry in China is facing great pressure of environmental protection and poor sustainability. Therefore，it is necessary to strengthen the depth treatment of electrolytic aluminum gas. How to carry out deep treatment of desulfurization and defluorination has become an important topic for environmental protection workers. In this paper，the application of wet desulphurization system in desulphurization and defluorination of electrolytic aluminum gas is studied to make its own contribution to the sustainable development of the industry.

Key words： electrolytic aluminum;wet desulphurization system;electrolytic aluminum gas;sustainable development;desulphurization and defluorination