國內(nèi)某銅冶煉廠環(huán)集煙氣脫硫改造工藝比較

劉昱瀏

(中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司， 江西 南昌 330031)

0 前言

國內(nèi)某大型銅冶煉廠的環(huán)集煙氣脫硫采用鈉堿法脫硫工藝，脫硫劑為氫氧化鈉溶液，脫硫后產(chǎn)生的含亞硫酸鈉、硫酸鈉的廢水送至廠區(qū)內(nèi)廢水處理站。由于該廠執(zhí)行含重金屬廢水零排放的政策，含重金屬廢水經(jīng)處理后全部回用，反復(fù)回用導(dǎo)致鈉鹽累積，鈉鹽累積到一定程度在回用水管網(wǎng)及各用水點結(jié)晶析出，造成管道堵塞和用水設(shè)備積垢等，影響生產(chǎn)，并存在安全隱患。為了解決鈉鹽對整個回用水系統(tǒng)的影響，提出了“鈉鹽減量和脫除”的技改規(guī)劃。由于廢水鈉鹽富集的主要原因是環(huán)集煙氣脫硫采用鈉減法，為從源頭上減少鈉鹽的產(chǎn)生，擬進行環(huán)集煙氣脫硫工藝升級改造。

1 脫硫方案比較

目前，國內(nèi)外煙氣脫硫技術(shù)多達200多種，應(yīng)用比較普遍的是石灰石- 石膏法、鈉堿法、再生胺吸收解吸法、雙氧水法等。本文根據(jù)該廠現(xiàn)狀，充分考慮煙氣脫硫技術(shù)的成熟度、脫硫劑采購的難易程度、現(xiàn)場改造的受限空間等因素，將石灰石- 石膏法、雙氧水法、再生胺吸收解吸法三種脫硫方法作為備選，并對三種脫硫方法進行比較，最終選出適合該廠的脫硫工藝。

1.1 石灰石- 石膏法

石灰石- 石膏法采用石灰石作為脫硫劑，石灰石廉價易采購。需將石灰石破碎磨成細粉與水混合制成吸收漿液，也可直接采購已研磨好的成品石灰石粉。在吸收塔內(nèi)，煙氣與石灰石漿液接觸混合，其中的SO2與漿液中的碳酸鈣及鼓入的空氣發(fā)生化學反應(yīng)，生成石膏，從而達到脫硫目的。石膏漿液經(jīng)旋流器和離心機濃縮、脫水后，清液回到脫硫塔內(nèi)，濾渣外運。

石灰石- 石膏法的主要優(yōu)點是：工藝技術(shù)成熟，應(yīng)用最為廣泛；脫硫率較高，一般可達到90%左右[1]；吸收劑消耗較少，Ca/S比接近1.0。主要缺點是：操作過程較復(fù)雜，占地面積較大，設(shè)備建設(shè)投資高[2-3]；容易產(chǎn)生二次渣污染和水污染；脫硫產(chǎn)生大量的石膏，石膏含水量難以控制，利用價值較低；設(shè)備及管道易堵塞，現(xiàn)場環(huán)境差；脫硫塔除霧器需要的沖洗水量大。

此外，該廠環(huán)集煙氣脫硫若采用石灰石-石膏法工藝，還存在以下幾個不利因素：

1)該廠環(huán)集煙氣脫硫循環(huán)液成分的實測值見表1。由表1可知環(huán)集煙氣含有一定量的Cu、Pb、Zn、As等重金屬，脫硫后的石膏也不可避免含有這些重金屬，因此需要經(jīng)過浸出試驗鑒定其是否為危廢。如為危廢，將需要大量的處置費用。若脫硫廢水和石膏廢渣處置不當，會產(chǎn)生環(huán)境安全隱患，甚至造成二次污染。

表1 環(huán)集煙氣脫硫循環(huán)液分析化驗結(jié)果

2)該廠地處長江沿線，環(huán)保煙氣的排放執(zhí)行《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標準》(GB 25467—2010)修改單中的大氣污染物特別排放限值，SO2和顆粒物的排放要求較高。由于石灰石- 石膏法脫硫后的煙氣可能夾帶少量石膏等顆粒物，需要利用現(xiàn)有的鈉堿法脫硫裝置對其進行洗滌，這將會增加運行費用。

3)對于已建有硫酸裝置的企業(yè)，采用石灰石- 石膏脫硫法無法提高硫資源的回收，而是將SO2變成固廢，造成硫資源浪費。

1.2 雙氧水法

該工藝采用一定濃度(國內(nèi)通常為27.5%)的雙氧水作為脫硫劑。煙氣從脫硫塔下部進入，與自上而下流入的雙氧水循環(huán)液逆流接觸，發(fā)生吸收脫硫反應(yīng)并生成硫酸，從而達到去除煙氣中SO2的目的。脫硫后的煙氣經(jīng)過現(xiàn)有脫硫電除霧器進一步脫除硫酸霧和顆粒物，達標后經(jīng)煙囪排放。脫硫產(chǎn)生的稀酸大部分循環(huán)噴淋，小部分送至稀硫酸儲槽，再由輸送泵泵送至干吸工段，用作補充水。該工藝主要設(shè)備為脫硫塔和脫硫塔循環(huán)泵，輔助設(shè)備有雙氧水儲槽、雙氧水添加泵、稀酸儲槽。雙氧水儲槽需設(shè)置應(yīng)急噴淋系統(tǒng)，并在相應(yīng)的設(shè)備上設(shè)置安全閥。

雙氧水法工藝的優(yōu)點是：流程短，投資低；脫硫效率高，可達95%以上[4]，脫硫劑易采購；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的稀硫酸可作為干吸工段的補水送至制酸系統(tǒng)回收硫資源，脫硫過程中無其他副產(chǎn)品產(chǎn)生，也無廢水廢渣產(chǎn)生。其缺點是：雙氧水價格偏高，成本與鈉堿法相當；需要設(shè)置預(yù)洗滌系統(tǒng)，以避免煙氣中的Cu、Pb、As等雜質(zhì)進入副產(chǎn)物稀硫酸中；雙氧水的火災(zāi)危險性屬于乙類，對儲存和運輸?shù)陌踩砸筝^高。

1.3 再生胺吸收解吸法

再生胺吸收解吸法脫硫工藝采用的吸收劑是有機胺，有機胺成分以有機陽離子、無機陰離子為主，添加少量由活化劑、抗氧化劑和緩蝕劑組成的水溶液。有機胺具有無毒、無害、無腐蝕性、在常溫下無揮發(fā)性等優(yōu)點。低溫時在脫硫塔內(nèi)，有機胺對SO2氣體具有良好的吸收能力；在解吸塔內(nèi)通過蒸汽加熱解吸出高濃度的SO2氣體，同時有機胺再生，每年只需少量補充。

再生胺吸收解吸工藝的優(yōu)點是：脫硫效率高，脫硫劑可循環(huán)使用，產(chǎn)生的高濃度SO2氣體可送制酸系統(tǒng)處理，脫硫過程無其他副產(chǎn)品，有少量廢水產(chǎn)生。其缺點是：流程長，需設(shè)置煙氣預(yù)洗滌系統(tǒng)，裝置投資大；需消耗大量蒸汽，能耗較高；有機胺的價格較高，因此運行費用高；凈化排出的廢水含有少量胺液，而胺液為有機物，會導(dǎo)致廢水COD值偏高，處理難度大[5]。

綜上所述，三種脫硫工藝的比較詳見表2。

表2 三種脫硫工藝比較

1.4 生產(chǎn)運營成本比較

1)石灰石- 石膏法：新增直接材料費約138萬元/a，動力費約585萬元/a；其流程較復(fù)雜，需增加8名勞動定員，人工成本約80萬元/a；設(shè)備折舊費、修理費等其他費用約252萬元/a。總成本約1 055萬元/a。

2)雙氧水法：新增直接材料費約828萬元/a，動力費約725萬元/a；需增加4名勞動定員，人工成本約40萬元/a；設(shè)備折舊費、修理費等其他費用約125萬元/a。雙氧水法產(chǎn)出的潔凈稀硫酸可送至硫酸廠回用，節(jié)省成本約65萬元/a，其總成本約1 653萬元/a。

3)再生胺吸收解吸法：新增直接材料費約80萬元/a，動力費約1 700萬元/a；需增加4名勞動定員，人工成本約40萬元/a；設(shè)備折舊費、修理費等其他費用約365萬元/a。再生胺吸收解吸法產(chǎn)出的潔凈SO2氣體可送至硫酸廠回用，節(jié)省成本約65萬元/a，其總成本約2 120萬元/a。

綜上可以看出，雙氧水法脫硫效率高，且投資費用低，運行成本略高于石灰石- 石膏法，但低于再生胺吸收解吸法，具有回收硫、占地少、無廢水和廢渣排放等優(yōu)點。因此，經(jīng)綜合比較，對該廠環(huán)集煙氣脫硫的改造推薦采用雙氧水法脫硫工藝。

2 改造方案

根據(jù)設(shè)備核算結(jié)果，該廠現(xiàn)有鈉堿法環(huán)集脫硫裝置的脫硫塔和循環(huán)泵等設(shè)備可不作改造，僅將脫硫劑更換為濃度27.5%的雙氧水溶液，增設(shè)雙氧水儲槽和雙氧水添加泵。將現(xiàn)有堿液槽改為成品稀硫酸儲槽使用，將堿液泵更換為揚程更高的稀酸泵，將成品稀酸送至制酸系統(tǒng)干吸工段作為補水使用?，F(xiàn)有尾氣電除霧器不作改造，繼續(xù)使用。

對雙氧水儲槽采取的主要安全措施如下：設(shè)置遮陽棚，防止雙氧水因溫度過高而引發(fā)安全事故；設(shè)置圍堰，圍堰有效容積大于雙氧水儲罐容積的110%，防止雙氧水泄漏流至其他區(qū)域；雙氧水儲槽頂部設(shè)置自動噴水降溫裝置；雙氧水儲槽設(shè)置遠程和現(xiàn)場的液位計、溫度計，頂部設(shè)置排氣口和安全閥。

3 結(jié)束語

石灰石- 石膏法、鈉堿法、再生胺吸收解吸法、雙氧水法等眾多脫硫工藝各有利弊，在選擇脫硫工藝時，尤其是對現(xiàn)有廠區(qū)進行改造時，不能片面地根據(jù)某種脫硫工藝的某一項優(yōu)勢來決定，而應(yīng)根據(jù)廠區(qū)地理位置、現(xiàn)有設(shè)施情況、設(shè)備投資和運行成本等方面進行綜合考慮。