鋁電解煙氣SO2深度處理的研究與探討

趙 毅

（內(nèi)蒙古華云新材料有限公司合金鋁項目部，內(nèi)蒙古包頭 014046）

0 引言

目前，我國電解鋁廠所采用的氧化鋁干法吸附凈化技術可有效凈化回收煙氣中的粉塵與氟化物，但對煙氣中的SO2沒有有效的凈化處理。近幾年電解鋁企業(yè)在原有干法凈化工藝基礎上，又采用多種深度凈化技術對脫氟除塵后煙氣的含硫成份實施進一步深度處理，有效降低煙氣中SO2的排放值。

1 鋁電解煙氣凈化脫硫技術現(xiàn)狀

1.1 脫硫技術應用

國內(nèi)電解煙氣行業(yè)的脫硫技術主要有以下幾種：鈉堿法脫硫技術，氨法脫硫技術，氫氧化鈣半干法和純干法脫硫技術，石灰石-石膏脫硫等脫硫技術。

（1）鈉堿法脫硫技術。堿法脫硫采用NaOH 溶液或Na2CO3溶液進行煙氣脫硫，其中采用NaOH 溶液脫硫最為常見。該技術成熟，運行穩(wěn)定可靠，運行費用低。但NaOH 或Na2CO3與SO2反應同時也會與CO2反應，煙氣中CO2含量遠遠高于SO2含量。CO2消耗的NaOH 量很高，導致雙堿法脫硫系統(tǒng)鈉堿消耗量大，長期運行成本極高，國內(nèi)很少采用。

（2）氨法脫硫技術。氨法脫硫是一種高效、低耗能的濕法脫硫方式，無二次廢渣、廢水和廢氣污染；可實現(xiàn)SO2回收價值的最大化。但缺點在于硫酸銨蒸發(fā)干燥所需設備復雜，工藝流程長、能耗高、投資大，產(chǎn)品銷售受市場局限；另外，煙囪排放煙氣“拖尾”現(xiàn)象嚴重，目前也很少采用氨法脫硫。

（3）半干法脫硫工藝。利用Ca（OH）2粉或CaO 粉經(jīng)硝化器加水硝化成Ca（OH）2后，在反應塔內(nèi)與SO2氣體進行化學反應。當未經(jīng)處理的含硫熱煙氣進入脫硫塔時，將干燥的粉狀脫硫劑加入脫硫塔內(nèi)，再利用水霧化后的精細液滴與其接觸，在氣液接觸過程中，煙氣的酸性成分（SO2等）很快與堿性液滴反應，同時水分被迅速蒸發(fā)。脫硫后產(chǎn)物脫硫灰主要成分是CaSO4和CaSO3，可在水泥廠使用，該技術正逐漸成熟，但是運行成本較高。

（4）石灰石-石膏脫硫技術。石灰石-石膏法脫硫是目前最普遍采用的濕法脫硫技術，運行穩(wěn)定，脫硫效果高，更適用于大型鍋爐系統(tǒng)脫硫，廣泛應用于電廠、鋼鐵等行業(yè)的煙氣脫硫，近年來逐漸應用于鋁電解煙氣對SO2深度治理。

1.2 污染物排放監(jiān)測情況

我國為了提高環(huán)境質(zhì)量，頒布了《國控重點污染源自動監(jiān)控項目污染源監(jiān)控現(xiàn)場端建設規(guī)范》，對電解鋁企業(yè)安裝了在線監(jiān)測裝置，連續(xù)實時對企業(yè)污染物進行監(jiān)測。在監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)，電解鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)排口的顆粒物、氟化物濃度完全符合我國規(guī)定的排放標準，但是SO2濃度超過《鋁工業(yè)污染物排放標準》（GB 25465—2010）修改單中對SO2排放限值的規(guī)定，表明電解鋁廠需要采取進一步的工藝技術改造，對SO2進行深度處理，滿足國家環(huán)保要求。

2 鋁電解煙氣改造方案

2.1 改造工藝選擇

本方案中的對象，為年產(chǎn)50 萬噸原鋁液的大型電解鋁企業(yè)，并有大型自備電廠，電廠與電解鋁廠距離近，具有天然的便利條件。電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫技術，因此該電解鋁企業(yè)在脫硫工藝也采用了石灰石-石膏濕法技術，依托電廠的脫硫系統(tǒng)漿液制備系統(tǒng)，將電廠的石灰石漿液通過罐車運送到電解鋁脫硫系統(tǒng)現(xiàn)場漿液池內(nèi)，再通過漿液輸送泵打入吸收塔中。煙氣與自上而下噴淋的堿性石灰石漿液霧滴逆流接觸，其中的酸性氧化物SO2和其他污染物HF 等被吸收，煙氣得以充分凈化；吸收SO2后的漿液反應生成CaSO3，通過就地強制氧化、結(jié)晶生成CaSO4·2H2O，經(jīng)脫水后得到副產(chǎn)品石膏，最終實現(xiàn)含硫煙氣的綜合治理。

正常狀態(tài)脫硫工藝流程：電廠石灰石漿液池→罐車→凈化脫硫漿液池→吸收塔→凈化石膏漿液池→石膏脫水。

事故狀態(tài)脫硫工藝流程：凈化脫硫漿液池→吸收塔→事故漿液池→事故減除→凈化脫硫漿液池。

電解煙氣正常狀態(tài)工藝流程：電解槽→凈化除塵器→引風機→吸收塔（新）→塔頂直排煙囪（新）。

電解煙氣事故狀態(tài)工藝流程：電解槽→凈化除塵器→引風機→原混凝土煙囪。

2.2 改造內(nèi)容

目前該廠建設布局為，在兩棟電解廠房中間原有兩套氧化鋁干法凈化吸附系統(tǒng)，出口與引風機進口之間分別串聯(lián)新建設一套石灰石-石膏濕法凈化脫硫裝置，包括石灰石漿液存儲、輸送系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、石膏漿液排出系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等。主要新建設備設施有石灰石漿液池、事故漿液池、脫硫吸收塔（帶塔頂直排煙囪）、石膏漿液池、漿液泵、工藝水泵、排煙風機等。對原有引風機進行增壓改造，脫硫吸收塔與煙囪一體化設計，原有混凝土大煙囪停用作為旁路，兩套脫硫系統(tǒng)共用一套漿液池、事故池等共用部分。

在吸收塔中，煙氣會與噴入的石灰石漿液進行混合，煙氣中的SO2會與CaCO3與氧化空氣進行化學反應被脫除，在對煙氣進行脫硫之后，煙氣再通過除霧器將液滴有效去除，通過煙囪排入大氣。吸收SO2后的石膏漿液通過管道排入電廠進行集中脫水及廢水凈化處理，最終反應產(chǎn)物主要是石膏。在循環(huán)利用吸收漿液的過程中，吸收劑利用率相對較高，在脫硫期間還能夠?qū)煔庵械姆蹓m進行有效去除。因電解煙氣通過了一定的凈化，污染成分比較少，最終石膏品質(zhì)較高，具有一定的商業(yè)價值。

2.3 主要技術指標

該電解鋁廠經(jīng)煙氣凈化濕法脫硫改造，穩(wěn)定運行3 個月后，監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家規(guī)定的排放標準相符。此公司在使用濕法凈化裝置的過程中，煙氣處理能力與處理指標與標準值相對具有較高的優(yōu)勢，比如脫硫率與脫氟率均高于98%。通過濕法凈化處理之后，出口煙氣SO2濃度不高于30 mg/m3，氟化物濃度不高于0.01 mg/m3，煙塵濃度不高于2 mg/m3。

3 脫硫系統(tǒng)改造投入與預期效益

首先，該電解鋁廠原有兩套脫氟凈化系統(tǒng)改造增加了兩套濕法脫硫凈化裝置，工程建設投資為0.7 億元，原凈化后煙氣進入脫硫裝置后，氟化物、顆粒物、SO2進一步降低，具體再減排量約為：

氟化物平均減排量，8 760×2×（0.43-0.02）×2 750 000/109=19.8 噸/年；

顆粒物平均減排量，8 760×2×（5.26-1.2）×2 750 000/109=196 噸/年；

SO2平均減排量，8 760×2×（150.5-25）×2 750 000/109=6047 t。

石灰石—石膏法濕法脫硫凈化方法能夠?qū)O2進行有效去除，彌補了干法凈化吸附工藝對SO2脫除效果差的不足。鋁電解企業(yè)通過對煙氣污染物深度治理技術應用，不但能夠提升清潔生產(chǎn)水平，而且極大減少對大氣環(huán)境的污染，實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展。

4 改進方向

在電解廠房新增兩套全套濕法脫硫裝置，雖然兩套共用公共系統(tǒng)，但石灰石漿液還需通過罐車從電廠運送到電解鋁廠，流程相對復雜。因該企業(yè)有大型自備電廠，而且與電解鋁廠距離近，因此該電解鋁企業(yè)正在考慮下一步依托電廠的脫硫系統(tǒng)漿液制備系統(tǒng)進行管網(wǎng)改造，將石灰石漿液從電廠通過管道輸送到電解鋁脫硫系統(tǒng)吸收塔中反應，吸收SO2后的石膏漿液通過管道送入電廠進行集中脫水及廢水凈化處理。這樣電解鋁廠凈化脫硫系統(tǒng)減少公用部分設備設施的運行成本。該方案的實施，將進一步優(yōu)化電解脫硫工藝流程，減少了脫硫系統(tǒng)運行成本，提升企業(yè)綜合經(jīng)濟效益。

在進行改造的過程中，改造現(xiàn)場由于受到強磁場的影響，焊接難度很大，因此，焊接質(zhì)量也是改造成功與否的重要因素之一。

5 結(jié)語

我國經(jīng)濟在發(fā)展過程中，為了提高環(huán)境質(zhì)量，鋁電解廠在發(fā)展過程中需要借鑒其他行業(yè)有效降低SO2的技術措施，使鋁電解煙氣中污染物排放量進一步降低，實現(xiàn)鋁電解行業(yè)綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。