銅冶煉企業(yè)環(huán)境集煙處理工藝方案選擇及應(yīng)用

張曉丹，劉長東，車賢，饒劍，史云勝

（吉林紫金銅業(yè)有限公司，吉林琿春 133300）

近年來，國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)體系不斷健全和完善，從而對(duì)企業(yè)環(huán)保管理的要求也更加嚴(yán)格。某銅冶煉企業(yè)隨著產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，原有采用活性炭干法脫硫工藝處理能力已不能滿足。為使工廠作業(yè)環(huán)境得到進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境優(yōu)化的跨越式發(fā)展，研究開發(fā)新增了一套經(jīng)濟(jì)、高效、簡單的煙氣收集與脫硫一體化技術(shù)，提高了對(duì)廠區(qū)低空環(huán)境中SO2含量的控制能力。

1 常見煙氣脫硫處理方法

1.1 干法煙氣脫硫

干法煙氣脫硫是指脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干燥狀態(tài)下進(jìn)行的煙氣脫硫技術(shù)。干法煙氣脫硫主要有活性炭（活性焦）法、電子束輻照法等[1]。該法適用于干旱缺水的地區(qū)，具有無廢水和廢酸產(chǎn)生、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染、對(duì)設(shè)備腐蝕小、凈化后煙溫高、有利于煙囪擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)；但也存在脫硫效率低、反應(yīng)速度慢、設(shè)備龐大等問題。

1.2 半干法煙氣脫硫

半干法煙氣脫硫是利用氧化鈣加水制成氫氧化鈣懸浮液與煙氣接觸反應(yīng)，去除煙氣中的SO2、氯化氫、三氧化硫等氣態(tài)污染物的方法。半干法主要包括氣旋浮式半干法、噴霧干燥法、循環(huán)流化床法等。該法主要適用于中小鍋爐的煙氣治理，具有投資少、運(yùn)行成本低，對(duì)設(shè)備腐蝕小、占地面積少，工藝穩(wěn)定可靠性好[2]等優(yōu)點(diǎn)，脫硫效率（70%左右）和脫硫劑利用率介于濕法和干法之間。

1.3 濕法煙氣脫硫

濕法煙氣脫硫工藝通常是指用液體或漿液吸收凈化煙氣中的SO2，也被稱為吸收法。濕法主要包括鈣法、鎂法、鈉法、雙氧水、氨法等。該法主要源于脫硫技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的美國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家[3]，是凈化煙氣中SO2最重要也是應(yīng)用最廣泛的方法。采用濕法處理的SO2量約占目前SO2總處理量的80%。該法技術(shù)成熟，脫硫效率高，能適應(yīng)SO2濃度波動(dòng)較大的生產(chǎn)環(huán)境，但也存在系統(tǒng)構(gòu)造龐大、投資及運(yùn)行成本較高、部分脫硫后產(chǎn)物處理困難等問題。

2 環(huán)境集煙處理工藝方案選擇原則

結(jié)合國家對(duì)企業(yè)環(huán)保越來越嚴(yán)格的管理要求和該企業(yè)為實(shí)現(xiàn)廠區(qū)環(huán)境優(yōu)化的跨越式發(fā)展需求，在環(huán)集煙氣脫硫工藝方案選擇上須考慮以下幾項(xiàng)原則：1）以滿足環(huán)保要求為核心，結(jié)合地域特點(diǎn)選擇；2）流程簡化、操作簡便、投資節(jié)約；3）吸收劑選擇空間大，不易受區(qū)域市場(chǎng)制約，配置簡單、儲(chǔ)存方便；4）反應(yīng)產(chǎn)物便于儲(chǔ)存，處理方法簡單；5）工藝設(shè)備的占地面積少。

3 方案比選與應(yīng)用分析

該冶煉企業(yè)采用成熟的“富氧側(cè)吹熔煉爐+貧化電爐+PS轉(zhuǎn)爐+陽極爐”的主工藝，計(jì)劃在產(chǎn)能提升38%的前提下，確保各工藝環(huán)節(jié)在操作時(shí)帶來的煙氣外溢問題得到更有效控制，進(jìn)一步優(yōu)化廠房低空環(huán)境問題；同時(shí)確保二氧化硫和重金屬排量較前一年分別下降1%和7%的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)核算，擬建設(shè)總處理風(fēng)量為350 000 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同）的環(huán)集煙氣處理系統(tǒng)[4]。

3.1 建設(shè)規(guī)模與方案比選

綜合對(duì)比行業(yè)中采用濕法脫硫方案處理環(huán)境集煙的企業(yè)運(yùn)行1年以上的廠區(qū)環(huán)境、廢水與廢渣等指標(biāo)控制和成本情況，以及新建銅冶煉項(xiàng)目選用的濕法脫硫方案等，在設(shè)計(jì)煙氣為350 000 m3/h，入口SO2質(zhì)量濃度為1 000 mg/m3,出口SO2質(zhì)量濃度為100 mg/m3且增加脫硫劑耗量的情況下，能滿足國內(nèi)排放標(biāo)準(zhǔn)的濕法煙氣脫硫工藝方案對(duì)比如表1所示[5]。

由表1可知，氨法投資最高，鈣法、鎂法、鈉法和雙氧水法投資基本相同。鈣法會(huì)產(chǎn)生石膏渣，存在管道堵塞和含重金屬石膏渣銷售難問題；鎂法存在帶有鎂離子的廢水處理處置難的問題，且該企業(yè)所在區(qū)域周邊無鎂磷礦生產(chǎn)；采用雙氧水法存在該企業(yè)所在區(qū)域周邊無雙氧水供應(yīng)的問題。綜上所述，考慮項(xiàng)目選址，本著投資省、占地少、建設(shè)時(shí)間短及條件便利等原則，推薦“鈉法”工藝為最優(yōu)方案。

3.2 應(yīng)用實(shí)例

富氧側(cè)吹熔煉爐熔體、貧化電爐、PS轉(zhuǎn)爐吹煉爐等產(chǎn)生的含二氧化硫煙氣，經(jīng)集氣罩收集后送至布袋收塵器，再經(jīng)新增總風(fēng)量為350 000 m3/h的環(huán)保風(fēng)機(jī)進(jìn)入鈉法脫硫系統(tǒng)。整套系統(tǒng)由若干集氣罩、兩臺(tái)配套環(huán)保風(fēng)機(jī)、脫硫塔（配置二層噴淋裝置，一層捕沫裝置）、煙囪、濕式電除塵器、循環(huán)泵、外部配套槽體及攪拌等輔助設(shè)施等組成。

3.2.1 工藝概述

煙氣進(jìn)一級(jí)高效洗滌塔完成初步除塵、脫硫，再進(jìn)入后續(xù)脫硫洗滌組合塔。廢液通過底部沉降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液固分離，清液循環(huán)使用，廢液進(jìn)廢水處理系統(tǒng)。將配置好的40%氫氧化鈉溶液送至脫硫塔循環(huán)槽內(nèi)。循環(huán)槽內(nèi)的堿液送至噴淋系統(tǒng)與含二氧化硫的煙氣逆流接觸，完成吸收反應(yīng)；吸收二氧化硫后的吸收液排入一級(jí)高效洗滌塔，剩余煙氣進(jìn)高效濕式電除塵器中脫去細(xì)小液滴及殘余固體顆粒物后送煙囪達(dá)標(biāo)排放。鈉法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 鈉法脫硫工藝流程

3.2.2 鈉堿法物理—化學(xué)機(jī)理

NaOH溶液洗滌含SO2氣體時(shí)，吸收SO2的過程如下：

3.2.3 存在的問題及解決措施

1）吸收塔內(nèi)液體呈弱酸性，為控制尾排指標(biāo)須根據(jù)pH值控制堿液的加入量。將堿液直接送入塔內(nèi)對(duì)周期性作業(yè)的轉(zhuǎn)爐煙氣來說易造成浪費(fèi)。解決措施：將堿液輸送泵出口管道連接至濕電組合塔循環(huán)泵入口管道，可將堿液輸送至噴淋管使煙氣與高濃度片堿直接接觸，并結(jié)合煙氣變化情況做好調(diào)節(jié)，日節(jié)約片堿用量達(dá)3～6 t。

2）冬季入口煙氣進(jìn)系統(tǒng)后結(jié)晶掛壁，導(dǎo)致管道噴頭堵塞。解決措施：增設(shè)蒸汽伴熱裝置，同時(shí)并入陽極爐煙氣提升煙氣溫度。

3）廢水通過DN80孔網(wǎng)鋼管道經(jīng)排污泵送至污酸處理系統(tǒng)，冬季管道結(jié)晶嚴(yán)重。解決措施：在泵出口增設(shè)壓縮空氣吹掃裝置，確保管道內(nèi)不留液體。

4）廢水處理系統(tǒng)具備新增100 m3/d廢液量處理能力，無需改造。去除金屬和有害物質(zhì)成本較改造前增加10～18元/m3。

5）當(dāng)輔材/藥劑價(jià)格大幅度上漲時(shí)，可嘗試用碳酸鈉代替部分氫氧化鈉，為合理控制吸收率和Na+含量，可通過實(shí)驗(yàn)尋找最佳配比。

4 環(huán)境集煙處理裝置使用效果及意義

鈉法脫硫是目前世界上技術(shù)較成熟、應(yīng)用較多、操作簡單的煙氣濕法脫硫工藝，其具有調(diào)控范圍廣、運(yùn)行成本低、對(duì)煙氣成分要求低的優(yōu)點(diǎn)。本次結(jié)合項(xiàng)目所在地的原材料供應(yīng)及產(chǎn)品銷售情況,對(duì)新建環(huán)境集煙處理裝置的工藝路方案進(jìn)行了慎重選擇與應(yīng)用，解決了該企業(yè)熔煉主廠房SO2低空無組織排放的問題，改善了員工作業(yè)環(huán)境；降低了原活性焦脫硫生產(chǎn)負(fù)荷。新建裝置脫硫效率可達(dá)96%，能有效脫除PM2.5微細(xì)粉塵和氣溶膠，實(shí)現(xiàn)了煙氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)，二氧化硫和重金屬的排放指標(biāo)分別下降1%和7%，滿足更長遠(yuǎn)的國家空氣質(zhì)量控制要求，實(shí)現(xiàn)了綠色清潔生產(chǎn)，為企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。