氧化鋅脫硫工藝處理硫酸尾氣的應用實踐

張建康，劉 偉，趙 永，宋 剛

（陜西鋅業(yè)有限公司，陜西商洛 726000）

陜西鋅業(yè)有限公司（以下簡稱陜西鋅業(yè)）180 kt/a焙燒鋅精礦煙氣制酸裝置的尾氣脫硫項目（簡稱Ⅰ期脫硫項目）于2014年5月建成投產，硫資源綜合利用和節(jié)能減排裝置（一期）配套85 kt/a煙氣制酸裝置的尾氣脫硫項目（簡稱Ⅱ期脫硫項目）于2015年7月建成投產，2套裝置均采用氧化鋅脫硫工藝處理硫酸尾氣[1]。

1 氧化鋅脫硫工藝

1.1 工藝原理

氧化鋅法脫硫是將含有ZnO的粉塵與水配制成氧化鋅懸浮液，在脫硫組合塔中ZnO與煙氣中的SO2反應生成ZnSO3，再經(jīng)空氣氧化為可溶性的ZnSO4，將硫酸鋅溶液壓濾后，濾液送至浸出工序重新利用，濾渣送至回轉窯焙燒處理。

主要反應方程式[2]為：

吸收SO2的反應(1)可理解為：SO2先和水反應生成 H2SO3、SO32-、HSO3-和H+，而后ZnO與SO32-、HSO3-和H+反應生成ZnSO3或Zn(HSO3)2。

SO2與水的反應為可逆反應，反應方程式為：

由于H2SO3為二元酸，ZnO與H2SO3反應可能生成2種鹽。當ZnO過量時，反應產物為ZnSO3；當SO2過量時，反應產物為Zn(HSO3)2。ZnSO3·2.5H2O 的溶度積 Ksp=1.34×10-5，主要以固體不溶物的形式存在。ZnSO3和Zn(HSO3)2不穩(wěn)定，易被氧化生成ZnSO4，反應方程式為：

在脫硫裝置實際運行過程中，ZnO的用量為過剩狀態(tài)，吸收SO2的產物主要為ZnSO3，即使有少量Zn(HSO3)2生成，在氧化過程中二者均轉化為ZnSO4，從而被沉淀過濾除去。

1.2 工藝流程

陜西鋅業(yè)處理硫酸尾氣的氧化鋅脫硫工藝流程見圖1。

圖1 氧化鋅法脫硫工藝流程

來自1#和2#二吸塔的煙氣處理流程大致相同。來自鋅精礦焙燒工序的煙塵通過提升機送至煙塵儲倉，再通過螺旋輸送機送至漿液制備槽內。煙塵與水在漿液制備槽內混合配制成w(ZnO)為8%～15%的漿液。用漿液輸送泵將漿液送至漿液中間槽，再通過漿液輸送泵送至脫硫塔內。氧化鋅漿液與來自二吸塔的煙氣在脫硫內充分接觸吸收脫除煙氣中的SO2。吸收SO2后的煙氣依次通過脫硫塔內的兩級捕沫器和電除霧器，除去氣體中夾帶的液滴及酸霧，進入煙囪高空達標排放。脫硫塔內吸收SO2后的液體回落到塔底集液槽內，槽內的吸收液和由氧化風機鼓入的空氣在側壁攪拌機不斷攪拌下充分接觸，使?jié){液中的ZnSO3氧化為ZnSO4。通過吸收液輸送泵將1#脫硫塔排出的含有ZnSO4的液體送至濾前液儲槽，2#脫硫塔排出的液體則先通過脫硫循環(huán)泵一旁路支管送至吸收中間槽，再用吸收液輸送泵送至濾前液儲槽。濾前液儲槽內的吸收液經(jīng)壓濾后，濾液進入濾清液儲槽，通過上清液輸送泵送至中轉槽，最后由中轉泵送至浸出工序；濾渣轉運至回轉窯焙燒處理。

1.3 主要設備

尾氣脫硫裝置主要設備及規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 尾氣脫硫裝置主要設備及規(guī)格參數(shù)

2 存在問題及改進措施

2.1 調漿濃度不均勻

Ⅰ期脫硫項目采用人工將煙塵加入漿液制備槽，漿液配制濃度不均勻，脫硫后的吸收液pH值波動大；Ⅱ期脫硫項目投運后，同樣采取上述方法配制漿液，存在漿液配制供給不足的問題，不能滿足生產需要。

為了解決上述問題，陜西鋅業(yè)對脫硫調漿系統(tǒng)進行改造，增加板鏈式提升機、煙塵儲倉和螺旋給料機各1臺。煙塵通過提升機轉運至煙塵儲倉，再通過螺旋給料機進入漿液制備槽，用水配制成氧化鋅漿液。通過改造，漿液實現(xiàn)了連續(xù)供給，濃度配制均勻，能夠滿足脫硫生產所需，有效地提高了脫硫系統(tǒng)的處理能力。

2.2 在線監(jiān)測儀表風氣源不穩(wěn)定

因壓縮空氣管網(wǎng)壓力波動引起儀表風不穩(wěn)定，CEMS-2000在線監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。技術人員通過分析，增加了1臺活塞式空氣壓縮機，并入壓縮風總管網(wǎng)，控制壓力在0.3～0.5 MPa，穩(wěn)定了在線儀表風氣源，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃訹3]。

2.3 硫酸鋅漿液輸送管道堵塞

Ⅰ期脫硫項目的硫酸鋅漿液輸送管道設計有1條輸送管道和1條回流管道，通過PLC控制漿液輸送量，保證輸送管道不斷流、不堵塞。在脫硫裝置運行初期，因漿液濃度配比不均、氧化不充分等因素，造成管道內壁ZnO和ZnSO3沉積，漿液輸送量減少，最終導致管道堵塞。

技術人員經(jīng)過多次分析，采取以下措施解決了管道堵塞的問題：①將連續(xù)輸送方式改為間斷輸送方式，延長漿液反應時間，使其充分氧化；②增加沖洗水管道裝置，定期對管道進行沖洗；③增加1臺80 m2廂式壓濾機，對脫硫后硫酸鋅漿液進行壓濾。

2.4 電除霧器供電裝置故障率高

Ⅰ期和Ⅱ期脫硫項目電除霧器采用高頻智能高壓電源供電，該供電裝置投運后故障率高，影響尾氣排放指標。將高頻智能高壓電源更換為恒流源高壓電源后，電除霧器供電裝置運行穩(wěn)定，從未發(fā)生故障。

2.5 pH計反饋數(shù)據(jù)不準確

脫硫裝置運行初期，脫硫后的吸收液pH值的變化通過安裝在吸收液輸送泵內徑為50 mm管道上的pH計進行檢測。由于管道管徑細、吸收液循環(huán)量小，pH計反饋的數(shù)據(jù)不準確，影響脫硫操作。將pH計改裝到脫硫循環(huán)泵入口總管道上，能夠實時監(jiān)測、準確分析吸收液的pH值變化，為脫硫裝置穩(wěn)定運行提供可靠的依據(jù)。

2.6 脫硫噴淋壓力下降

脫硫循環(huán)泵總管噴淋壓力是脫硫工序監(jiān)控的一個重要指標。壓力偏低，影響脫硫效果；壓力偏高，增加系統(tǒng)阻力。經(jīng)過生產實踐證明：壓力控制在70～90 kPa比較合理。脫硫循環(huán)泵葉輪和大口徑噴頭磨損、脫硫循環(huán)泵進液口堵塞，都是導致脫硫噴淋壓力下降的原因。為了穩(wěn)定脫硫噴淋壓力，防止上述現(xiàn)象發(fā)生，采取以下措施：①漿液中w(ZnO)控制在8%～15%比較合理，降低脫硫循環(huán)泵磨損程度；②向脫硫塔內補水，補充煙氣帶走的水分，維持塔內體積平衡，補充水0.5～1.0 t/h；③將脫硫泵四級電機改為六級電機，功率由185 kW改為132 kW，能滿足脫硫生產要求。

2.7 脫硫循環(huán)泵進液口堵塞

Ⅱ期脫硫塔集液槽底部容易出現(xiàn)氧化鋅沉積現(xiàn)象，使脫硫循環(huán)泵進液口堵塞，嚴重影響脫硫效果，需定期停車清理。為了解決沉積問題，將3臺側壁攪拌裝置安裝高度由750 mm降至420 mm，增強底部漿液攪拌強度，徹底解決了集液槽底部的氧化鋅沉積問題。

3 運行情況

通過改造后，2套尾氣脫硫裝置運行穩(wěn)定， 尾氣排放運行指標見表2。

表2 尾氣脫硫裝置運行指標

由表2可見：尾氣脫硫裝置改造后，煙氣制酸裝置排放的尾氣ρ(SO2)＜120 mg/m3，顆粒物(ρ)＜15 mg/m3，遠低于GB 25466—2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定的ρ(SO2)≤400 mg/m3、顆粒物(ρ)≤80 mg/m3的要求。

4 結語

陜西鋅業(yè)冶煉煙氣制酸裝置硫酸尾氣處理的生產實踐表明：采用氧化鋅脫硫工藝處理硫酸尾氣效果良好，排放的尾氣中ρ(SO2)＜120 mg/m3，顆粒物(ρ)＜15 mg/m3。針對運行過程中存在的漿液制備槽調漿濃度不均勻、在線監(jiān)測儀表風氣源不穩(wěn)定、硫酸鋅漿液輸送管道堵塞、電除霧器供電裝置故障率高等問題，通過對尾氣脫硫裝置進行設備升級改造、優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)了尾氣脫硫裝置穩(wěn)定運行。氧化鋅脫硫工藝在陜西鋅業(yè)2套制酸裝置脫硫項目中的成功應用，既消除了困擾企業(yè)多年尾氣SO2排放的問題，又資源化利用了鋅焙燒系統(tǒng)的煙塵，實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟生產，環(huán)境效益顯著。