離子液結(jié)晶對(duì)硫酸尾氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的影響分析

卓?jī)€進(jìn)，肖 凱，朱興榮，孫冰清

（1.河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南三門峽 472000；2.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南三門峽 472000）

河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱中原黃金冶煉廠）銅冶煉配套單系列1 300 kt/a冶煉煙氣制酸裝置于2015年建成投產(chǎn)。制酸尾氣處理配套采用離子液脫硫、臭氧脫硝、堿液噴淋等先進(jìn)的環(huán)保工藝，煙囪外排尾氣顆粒物(ρ)＜5 mg/m3、ρ(SO2)＜ 50 mg/m3、ρ(NOx)＜ 60 mg/m3，各項(xiàng)排放指標(biāo)均達(dá)到國(guó)內(nèi)銅冶煉A類企業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。制酸尾氣離子液脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)結(jié)晶，進(jìn)而導(dǎo)致脫硫塔阻力上升、貧富液板式換熱器堵塞、貧液流量不穩(wěn)定、脫硫效率下降等一系列問(wèn)題，使得離子液脫硫系統(tǒng)操作難度加大。不僅影響生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還額外增加能耗，嚴(yán)重時(shí)離子液脫硫系統(tǒng)要停車處理。離子液結(jié)晶造成脫硫系統(tǒng)堵塞已成為離子液脫硫工藝普遍存在的問(wèn)題和行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。

1 制酸尾氣環(huán)保治理工藝

中原黃金冶煉廠銅冶煉煙氣制酸生產(chǎn)裝置尾氣處理采用離子液脫硫+臭氧脫硝+堿液噴淋等環(huán)保治理技術(shù)，制酸尾氣環(huán)保治理工藝流程見圖1。

圖1 制酸尾氣環(huán)保治理工藝流程示意

離子液脫硫塔是制酸尾氣脫硫的核心裝置，脫硫塔內(nèi)自下而上依次為循環(huán)槽、吸收段、回收段和捕沫段[3]。制酸尾氣從吸收段底部進(jìn)入，自下而上與貧液在填料層進(jìn)行逆向接觸，貧液吸收SO2后變?yōu)楦灰核腿ピ偕?。脫硫后煙氣進(jìn)入回收段，經(jīng)脫鹽水回收煙氣中夾帶的離子液，煙氣再經(jīng)塔頂捕沫網(wǎng)送出和臭氧混合后送入高效組合塔（堿液噴淋塔和高效電除霧器一體化布置），進(jìn)一步脫硫、脫硝、除霧，最后送入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

煙囪排放煙氣組分見表1。

表1 煙囪排放煙氣組分

煙囪排放煙氣污染物監(jiān)測(cè)情況見表2。

表2 煙囪排放煙氣污染物監(jiān)測(cè)情況

2 離子液結(jié)晶不利影響

離子液脫硫系統(tǒng)一旦出現(xiàn)結(jié)晶，若處理不及時(shí)就會(huì)對(duì)脫硫裝置運(yùn)行造成堵塞，對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。離子液結(jié)晶主要有以下不利影響：

1）脫硫塔運(yùn)行阻力上升。脫硫塔正常運(yùn)行阻力在2.0 kPa左右，一旦上升至3.5 kPa就會(huì)影響制酸主系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）貧富液板式換熱器堵塞。板式換熱器一旦堵塞，經(jīng)常體現(xiàn)在富液泵出口壓力偏高或貧液上塔流量偏低等指標(biāo)上，影響換熱效果。

3）貧富液備用泵無(wú)法正常開啟。低溫環(huán)境下，若備用泵或管道內(nèi)殘存的離子液排空不及時(shí)，就容易結(jié)晶，導(dǎo)致備用泵無(wú)法正常投用。

4）離子液地下槽去吸收塔管道堵塞。日常生產(chǎn)需要定期添加新鮮離子液以補(bǔ)充離子液損耗，但在冬季生產(chǎn)時(shí)，離子液輸送管極易結(jié)晶堵塞，導(dǎo)致管道無(wú)法正常使用。

2020年11月年度中修期間，生產(chǎn)人員在制酸尾氣離子液脫硫塔檢查中發(fā)現(xiàn)，底部循環(huán)槽、波紋填料層及填料格柵支撐板底部有大量結(jié)晶物（見圖2～3），其中60%～80%為鈉鹽結(jié)晶。

圖2 脫硫塔循環(huán)槽結(jié)晶

圖3 脫硫塔填料格柵支撐板結(jié)晶

由于制酸尾氣脫硫塔內(nèi)部結(jié)晶現(xiàn)象嚴(yán)重，已影響離子液脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要對(duì)塔底結(jié)晶人工清理并進(jìn)行洗塔作業(yè)。

3 離子液結(jié)晶原因分析

隨著脫硫系統(tǒng)離子液的往復(fù)循環(huán)使用，其中富集的熱穩(wěn)定性鹽（主要以鈉鹽為主）逐漸增加，ρ(Na+)高達(dá)10 g/L以上。日常生產(chǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)脫鹽系統(tǒng)、冷凍冰機(jī)脫鈉裝置間歇置換脫除熱穩(wěn)定性鹽。當(dāng)離子液中鹽分含量達(dá)到溶解度上限，或者離子液溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)，離子液中就會(huì)大量形成結(jié)晶物。離子液組分復(fù)雜，其凝固點(diǎn)的高低與離子液濃度及鹽分含量有很大關(guān)系。

制酸尾氣為干煙氣，進(jìn)脫硫塔前煙氣溫度為70～80 ℃，出塔煙氣為濕煙氣，煙氣溫度為30～35℃，進(jìn)塔貧液溫度為40～45 ℃，下塔富液溫度維持在20～25 ℃。制酸尾氣在和離子液接觸后發(fā)生絕熱蒸發(fā)反應(yīng)，煙氣帶走大量水分，而水分蒸發(fā)需要消耗大量熱量，從導(dǎo)致離子液溫度下降20 ℃左右，又因離子液不斷濃縮，從而形成結(jié)晶物。

4 處理措施

針對(duì)離子液結(jié)晶堵塞部位不同采取針對(duì)性處理措施[3]：

1）脫硫塔內(nèi)結(jié)晶堵塞時(shí)，需要對(duì)脫硫塔進(jìn)行清洗，用循環(huán)水代替離子液往復(fù)循環(huán)，對(duì)塔內(nèi)結(jié)晶進(jìn)行清洗緩解，洗滌后液送往污水處理廠處理。

2）貧富液板式換熱器結(jié)晶堵塞時(shí)，一般采用蒸汽燙烤的方式處理，必要時(shí)需要斷開離子液系統(tǒng)，打開板式換熱器盲板進(jìn)行結(jié)晶清理或循環(huán)水反沖洗。

3）貧富液備用泵結(jié)晶堵塞時(shí)，要通過(guò)蒸汽燙烤處理，日常要對(duì)備用泵定期盤車。

4）為防止離子液地下槽去吸收塔管道結(jié)晶堵塞，每次向地下槽添加離子液時(shí)要同時(shí)補(bǔ)加脫鹽水進(jìn)行稀釋，離子液輸送后，要及時(shí)用脫鹽水對(duì)輸送管進(jìn)行清洗，避免有離子液殘留。

為避免脫硫系統(tǒng)出現(xiàn)離子液結(jié)晶問(wèn)題，建議從以下兩方面著手解決：

1）在脫硫塔貧液泵入口補(bǔ)加脫鹽水，既可以維持脫硫系統(tǒng)水平衡，又能夠起到緩解離子液結(jié)晶的作用。

2）在脫硫塔煙道入口處對(duì)煙氣進(jìn)行增濕，利用脫硫塔回收槽脫鹽水作為水源，采用順噴方式增濕煙氣，以減緩塔底及填料層結(jié)晶。

5 結(jié)語(yǔ)

制酸尾氣離子液脫硫系統(tǒng)運(yùn)行中離子液結(jié)晶堵塞是常見問(wèn)題，會(huì)引起生產(chǎn)操作不穩(wěn)定，存在較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)人員需要采取預(yù)防性措施緩解脫硫系統(tǒng)結(jié)晶堵塞，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞必須及時(shí)采取針對(duì)性處理措施，確保生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。