電解煙氣脫硫除塵降氟技術(shù)的應(yīng)用

劉總兵

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

2018年1月環(huán)保部印發(fā)《關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，決定自2018年10月1日起在京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值。山東省的《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，自2020年1月1日起，在核心控制區(qū)內(nèi)的現(xiàn)有企業(yè)二氧化硫的排放濃度為35mg/Nm3、顆粒物排放濃度為5mg/Nm3。鑒于電解煙氣量大、含硫濃度較低、且含有氟化物的特點，采用成熟可靠的技術(shù)，實現(xiàn)電解煙氣的脫硫除塵降氟、滿足達(dá)標(biāo)排放已刻不容緩。另外，受到污染物排放總量的控制，僅僅滿足達(dá)標(biāo)排放不能完全滿足企業(yè)發(fā)展的需要，因此實現(xiàn)鋁工業(yè)大氣污染物的“超低排放”有重要的現(xiàn)實意義，本文將通過山東某企業(yè)電解煙氣治理工程來介紹相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

1 煙氣凈化系統(tǒng)概況

本文以山東某鋁廠的1個300kA電解系列為例來介紹。該電解系列共安裝156臺電解槽，配置2套干法凈化系統(tǒng)；每套凈化系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理78臺電解槽排出的煙氣，煙氣溫度為100～130℃，煙氣量為961000m3/h。干法凈化系統(tǒng)的新鮮氧化鋁通過管道反應(yīng)器加入到排煙管道，載氟氧化鋁也通過管道反應(yīng)器加入到排煙管，一起進(jìn)入除塵器。經(jīng)過除塵器過濾，收集到的載氟氧化鋁進(jìn)入貯倉，一部分進(jìn)入電解槽供生產(chǎn)使用，一部分進(jìn)入管道反應(yīng)器繼續(xù)進(jìn)行吸附反應(yīng)。而經(jīng)過除塵器過濾后的煙氣，通過風(fēng)機經(jīng)煙囪排放到大氣中。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，治理前電解煙氣中顆粒物排放平均濃度約14.9mg/Nm3，二氧化硫平均排放濃度約175mg/Nm3，氟化物排放濃度3mg/Nm3。治理前電解煙氣大氣污染物的排放符合《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，但不能滿足特別排放限值的要求，更不用說更為嚴(yán)格“超低排放”的要求。

2 工程內(nèi)容

為實現(xiàn)電解煙氣污染物的“超低排放”，即二氧化硫排放濃度不超過35mg/Nm3，顆粒物排放濃度不超過5mg/Nm3，氟化物排放濃度不超過1mg/Nm3。本項目在干法凈化系統(tǒng)后增加濕法煙氣處理系統(tǒng)。

（1）改造方案。石灰石-石膏法脫硫技術(shù)是將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣達(dá)到一定飽和度后，結(jié)晶形成二水石膏。經(jīng)吸收塔排出的石膏漿液經(jīng)濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經(jīng)過除霧器除去霧滴，由煙囪排入大氣。

（2）原理。電解煙氣進(jìn)行脫硫除塵降氟協(xié)同處理，主要原理如下：

電解煙氣中的二氧化硫和三氧化硫與漿液液滴中的水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：

三氧化硫與水生成的硫酸可以在短時間內(nèi)與石灰石漿液發(fā)生反應(yīng)。漿液水中的石灰石首先發(fā)生溶解反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下：

二氧化硫和三氧化硫與循環(huán)漿液發(fā)生以下離子反應(yīng)，

通入脫硫塔漿液池內(nèi)的氧將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，形成石膏，反應(yīng)中間氟化鈣析出沉淀達(dá)到去除氟的目的。反應(yīng)方程式如下：

上述反應(yīng)可以綜合表示為：

上述綜合反應(yīng)式中列出了主要的反應(yīng)物和生成物，但是，要理解關(guān)鍵的過程變量和脫硫系統(tǒng)性能之間的關(guān)系仍需要了解大量的細(xì)節(jié)。上述工藝過程中的各種反應(yīng)可以分為三大類：氣-液反應(yīng)，液-液反應(yīng)和液-固反應(yīng)。這些反應(yīng)中任一反應(yīng)的速率都會控制和限制系統(tǒng)的二氧化硫脫除。

（3）工藝系統(tǒng)組成。電解槽產(chǎn)生的煙氣由干法凈化系統(tǒng)后的主排煙風(fēng)機排出，經(jīng)煙氣系統(tǒng)進(jìn)入脫硫吸收塔，煙氣依次通過多孔托盤和2層噴淋層，與脫硫吸收劑充分接觸，脫除煙氣中的二氧化硫，同時協(xié)同捕集煙氣中的粉塵和氟化物等。之后煙氣經(jīng)脫硫吸收塔上方的屋脊式除霧器分離出凈煙氣中的霧滴，再經(jīng)煙囪排放。本工程的濕法煙氣處理工藝系統(tǒng)主要包括：煙氣系統(tǒng)、脫硫劑制備系統(tǒng)、脫硫吸收系統(tǒng)、副產(chǎn)物處置系統(tǒng)、事故漿液系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)等，其中，脫硫吸收系統(tǒng)是本系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)電解煙氣量，經(jīng)計算確定吸收塔體直徑為9.0m，漿液循環(huán)量為7400m3/h，則單層噴淋循環(huán)量量為3700m3/h。為增強脫硫除塵和降氟的效果，在吸收塔內(nèi)設(shè)置一層托盤，托盤上部噴淋層噴下的漿液在托盤底部形成一層液膜，從煙氣入口段進(jìn)入的煙氣首先通過托盤，在托盤孔的強制作用下，煙氣重新分布，均勻通過托盤，從而大大提高脫硫和降氟效率。本工程的循環(huán)噴淋系統(tǒng)配置2臺循環(huán)泵對應(yīng)于2層噴淋層，噴嘴采用空心錐蝸殼噴嘴，單層噴淋的覆蓋率大于200%，可以形成良好的霧化區(qū)域，增加傳質(zhì)表面積，延長液滴在塔內(nèi)的停留時間，從而達(dá)到最佳的脫硫效率。處理后的煙氣通過循環(huán)噴淋層上方設(shè)置的三層屋脊式除霧器，分離凈煙氣中夾帶的液滴及粉塵，經(jīng)塔頂煙囪排出。

3 污染物的減排

根據(jù)驗收時的檢測數(shù)據(jù)顯示，改造后的污染物的排放指標(biāo)優(yōu)于的“超低排放”指標(biāo)，二氧化硫排放濃度為～10mg/Nm3，顆粒物排放濃度為～2mg/Nm3，氟化物排放濃度為～0.1mg/Nm3，這樣企業(yè)每年削減污染物的排放量二氧化硫約為969噸、粉塵約為73噸、氟化物約為16噸，全廠大氣污染物的排放總量控制在環(huán)保部門許可的年排放總量以內(nèi)。本項目的實施，有效的控制了全廠污染物的排放，改善了當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)語

通過上述分析和介紹可知，在干法凈化工藝基礎(chǔ)上，采用濕法脫硫除塵降氟協(xié)同處理技術(shù)去除煙氣中的污染物，能夠滿足電解煙氣污染物的“超低排放”的要求，提高了企業(yè)污染物減排能力，改善了當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境質(zhì)量。這不僅是落實國家環(huán)保政策要求，也是降低環(huán)保違法風(fēng)險的需要，有效地防范落后產(chǎn)能淘汰，有力地支撐企業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。本工程的成功實施，為已建成電解鋁廠的電解煙氣治理提供了可參考的案例。