脫硫尾氣“有色煙羽”常見原因分析

王官華，李文勇，陳 鑫，柯建林，吳有鵬

(中銅東南銅業(yè)有限公司，福建寧德 352000)

某銅冶煉廠建有2套脫硫裝置，1套是雙氧水法脫硫+電除霧器工藝處理銅冶煉煙氣制酸裝置尾氣；另1套是離子液法脫硫+臭氧脫硝工藝處理冶煉環(huán)集煙氣，兩者處理后的尾氣達到國家和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求后匯總至同一尾氣煙囪集中排放。

銅冶煉煙氣制酸生產(chǎn)過程中煙氣經(jīng)過凈化、轉(zhuǎn)化、吸收后殘余的廢氣無害成分主要為N2、O2、CO2、水分，有害成分主要為SO2，酸霧、NOx、顆粒物。制酸尾氣通過雙氧水+尾氣電除霧器脫硫后尾排達到 GB 25467—2010/XG1—2013《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標準》大氣污染物特別排放限值的要求 ：ρ(SO2)＜ 100 mg/m3、硫酸霧 (ρ)≤20 mg/m3、 顆 粒 物 (ρ)＜ 10 mg/m3、ρ(NOx)＜ 100 mg/m3，生產(chǎn)過程中SO2、酸霧、顆粒物、NOx均能實現(xiàn)達標排放。

環(huán)集煙氣通過脫硫脫硝后SO2、酸霧、粉塵、NOx均能達特別排放限值的要求進行排放。環(huán)集脫硫需應(yīng)對的冶煉環(huán)集煙氣工況較復(fù)雜，在冶煉熔煉爐、吹煉爐放銅、放渣過程和陽極爐氧化還原過程中環(huán)集脫硫入口煙氣粉塵及SO2濃度存在波動，但尾氣能夠控制在排放指標以內(nèi)，波動期間煙囪尾排顏色沒有明顯變化，均正常。

冶煉制酸及環(huán)集脫硫尾排煙囪口冒煙主要有兩種：冒“黃煙”和冒“白煙”，在冶煉爐停料保溫期間冒“黃煙”尤為明顯。冒“白煙”有兩種狀況：①出煙囪便冒較濃白煙；②出煙囪一定距離后才能看到冒白煙，且煙氣顏色較淡尾氣較長。在正常生產(chǎn)過程，陰雨天和冬季低氣溫低氣壓尾排煙氣略帶灰白色。

1 冒“黃煙”原因分析及改進措施

銅冶煉停爐期間保溫?zé)煔膺M入環(huán)集脫硫系統(tǒng)，煙囪尾排冒較大的濃白煙氣且略顯黃煙，主要是因為銅冶煉停料需燃燒天然氣對爐體進行保溫，產(chǎn)生大量NOx。天然氣燒嘴使用的燃料是天然氣，天然氣本身主要成分是甲烷，不含氮氧化物，產(chǎn)生的氮氧化物主要原因是空氣中的氮氣和氧氣在大于1 500 ℃高溫作用下快速形成熱力型氮氧化物[1]。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗摸索，熔煉爐、吹煉爐停料期間為減少NOx產(chǎn)生，可以適當(dāng)降低燃燒空氣和天然氣比例，保溫時正常燃燒空氣與天然氣量比例為1∶10～1∶11，將燃燒空氣和天然氣量比例適當(dāng)降低，產(chǎn)生NOx濃度將減少但仍較高，環(huán)集脫硫用臭氧脫硝，尾排ρ(NOx)能控制在100 mg/m3以內(nèi)，銅冶煉保溫?zé)煔怆m經(jīng)脫硫脫硝處理后尾排因子均達標但尾排顏色明顯較黃。根據(jù)NOx生成條件可以確定，冶煉爐減少NOx生成的主要途徑是減少爐體漏風(fēng)量、降低保溫?zé)旎鹧鏈囟取p少煙氣在高溫區(qū)停留時間和減少過剩空氣量或?qū)爝M行低氮改造。

某銅冶煉廠在投產(chǎn)運行近1年的過程中，受冶煉保溫?zé)煔庥绊懀矚釴Ox波動較大易出現(xiàn)超標情況。為確保NOx尾排達標，在環(huán)集脫硫末端增設(shè)臭氧脫硝裝置及配套液堿保安塔，冶煉停料保溫切至環(huán)集脫硫后尾排NOx排放達標，保溫?zé)煔馕矚饷啊包S煙”現(xiàn)象減弱。但生產(chǎn)正常狀態(tài)下，煙囪尾氣會出現(xiàn)略帶黃色現(xiàn)象。通過排查分析，找出煙氣帶黃現(xiàn)象原因是環(huán)集煙氣通過臭氧脫硝后煙氣中NOx形成高價態(tài)N2O5在保安塔內(nèi)通過液堿吸收，生成亞硝酸鈉(NaNO2)富集，部分亞硝酸鈉隨尾氣夾帶進入煙囪排入大氣，出煙囪時氧化為硝酸鈉(NaNO3)，硝酸鈉與酸性尾氣接觸分解釋放出棕色三氧化二氮氣體，后將保安塔循環(huán)液體進行置換降低了保安塔亞硝酸鈉(NaNO2)濃度，尾氣顏色略帶黃色現(xiàn)象消失。

2 冒“白煙”原因分析

2.1 吸收酸濃度

1）吸收酸濃度偏低。當(dāng)吸收酸w(H2SO4)低于98.0%時，SO3與水有很強的親和力，當(dāng)氣態(tài)的SO3與H2SO4液面上的H2O蒸氣接觸時，會產(chǎn)生H2SO4蒸氣，此時氣相中H2SO4蒸氣的分壓大于液面上的H2SO4蒸氣平衡壓力，H2SO4蒸氣就被H2SO4溶液吸收。由于水蒸氣不斷與SO3反應(yīng)，氣相中的水蒸氣含量就不斷減少，氣相中水蒸氣分壓就會比H2SO4液面上的水蒸氣平衡壓力低，酸液中的水分就會向氣相中蒸發(fā)，水的蒸發(fā)速度大于H2SO4蒸氣的吸收速度，氣相中H2SO4蒸氣的含量就會逐漸增大，達到或超過臨界值，H2SO4蒸氣將會凝結(jié)成酸霧。酸霧的分子大而且懸浮在空間，它不容易穿過酸液表面被吸收，于是大部分被氣流帶入大氣中。從吸收塔尾氣煙囪出口可以看到冒“白煙”，說明塔內(nèi)吸收酸液濃度過低，吸收SO3不完全，酸越稀，吸收越不完全，尾氣煙囪“白煙”越濃。

2）吸收酸的濃度偏高。當(dāng)吸收酸w(H2SO4)大于 98.8%時，吸收塔內(nèi)噴淋酸液面上的H2SO4和SO3的蒸氣壓力隨著酸濃度的增加而增大，即濃度越高，SO3越多。此時氣體中就有大量的H2SO4分子和SO3分子存在，但從轉(zhuǎn)化過來的SO3，很難再進入H2SO4液面，此時造成吸收率降低。未被吸收的SO3分子隨著尾氣至煙囪出口處與潮濕的空氣混合形成酸霧。這與酸濃低時形成的酸霧不同，酸濃低時的酸霧在塔內(nèi)就已形成，而酸濃高時形成的酸霧是在塔外形成的，此時的“白煙”要在距離煙囪一定距離才能看到，而且由于酸霧的粒子是慢慢長大的，剛開始時看上去尾氣的顏色是淺棕色的，酸霧粒子長大后則變?yōu)榘咨?/p>

2.2 吸收酸溫度

吸收酸溫度低將造成明顯的煙囪冒白煙，尤其是在冶煉投料低負荷，一吸酸和二吸酸溫度低的情況下。系統(tǒng)停產(chǎn)時間久或干吸工序檢修后吸收塔長時間人孔打開，復(fù)產(chǎn)過程煙囪冒白煙尤為明顯，在復(fù)產(chǎn)過程中盡量提高一吸塔、二吸塔入口酸溫度、氣相溫度，提高二吸塔出口氣相溫度。

2.3 主風(fēng)機出口氣體水分或酸霧含量超標

硫酸裝置干燥塔出口至SO2主風(fēng)機進口間的氣體管路位于整個裝置氣體負壓的最高點，此段管路若有漏點將導(dǎo)致周圍相對較多的濕空氣被吸入干燥后的SO2氣體中。其結(jié)果是主風(fēng)機出口氣體水含量超標，繼而使進吸收塔轉(zhuǎn)化氣水含量增大，露點升高，造成大量的硫酸霧形成，尾氣冒煙[1]。

2.4 吸收率

吸收率影響到尾排顏色，吸收率低尾氣酸霧含量高，導(dǎo)致尾排冒濃煙。影響吸收率主要因素有吸收酸濃度、溫度、分酸裝置水平度、分酸點、氣液比等。由吸收塔的設(shè)備原因也會影響吸收率而使得尾氣冒白煙甚至冒淡黃色的煙，這時就應(yīng)停車檢查塔頂填料層與分酸裝置及除沫設(shè)施的情況，找出原因后進行處理，直至解決問題為止[2]。

2.5 捕沫器、分酸裝置

捕沫器使用壽命達年限或生產(chǎn)過程操作不當(dāng)造成捕沫器損壞時，尾氣酸霧含量會升高。捕沫器排酸管或管板導(dǎo)酸管腐蝕，分酸杯未加酸，循環(huán)酸通過煙氣由腐蝕導(dǎo)酸管帶出大量酸進入換熱器不僅會造成轉(zhuǎn)化換熱器腐蝕還會造成煙氣走短路，尾氣夾帶酸霧導(dǎo)致尾排冒“白煙”。分酸裝置如分酸管腐蝕、煙氣部分走短路，分酸不均勻等也會導(dǎo)致尾排冒“白煙”。

2.6 轉(zhuǎn)化余熱鍋爐省煤器內(nèi)漏、轉(zhuǎn)化器段間內(nèi)漏或換熱器內(nèi)漏

轉(zhuǎn)化余熱鍋爐省煤器內(nèi)漏、轉(zhuǎn)化器段間內(nèi)漏或換熱器內(nèi)漏，均會造成硫酸尾氣冒煙，所不同的是，省煤器內(nèi)漏所造成的煙囪冒煙是由于其漏出的大量水汽夾帶進入制酸煙氣系統(tǒng)導(dǎo)致尾氣煙氣濕度過大。轉(zhuǎn)化器段間或換熱器內(nèi)漏，會降低總轉(zhuǎn)化率，使硫酸尾氣中SO2濃度超標而導(dǎo)致煙囪冒煙[3]。

2.7 尾氣電除霧器

為進一步實現(xiàn)更低排放要求，降低尾氣酸霧含量，尾氣處理末端增設(shè)電除霧器，某銅冶煉廠尾氣脫硫工藝是采用雙氧水法脫硫+電除霧器，生產(chǎn)狀態(tài)下通過尾氣脫硫電除霧器視鏡觀察，內(nèi)部清亮，尾氣脫硫電除霧器跳電后煙囪即刻出現(xiàn)冒濃“白煙”現(xiàn)象。如尾氣電除霧器運行電流、電壓不正常，電除霧器運行效率低，會導(dǎo)致尾氣冒白煙。

2.8 尾氣濕度和溫度

陰雨天低氣壓和冬季低溫天氣尾排冒“白煙”較為明顯。由于環(huán)境溫度低于煙氣露點而出現(xiàn)白煙現(xiàn)象，煙氣在煙囪口排出過程因溫度降低，煙氣中部分氣態(tài)水和污染物會發(fā)生凝結(jié)，在煙囪口形成霧狀水汽，出現(xiàn)“有色煙羽”。天氣晴朗氣壓高“有色煙羽”則減弱或消失。

3 消除“白煙”的措施

某銅冶煉廠在日常生產(chǎn)中常用的消除“白煙”措施有以下幾個方面：

1）控制吸收酸濃度。精心操作，穩(wěn)定控制干燥、吸收酸濃度，避免酸濃值波動范圍大，不定期對酸濃濃度儀進行校驗，減少濃度偏差。

2）控制硫酸溫度。調(diào)整酸冷卻器循環(huán)水水溫，避免入塔硫酸溫度低；檢修期打開人孔時間盡可能短，減少外界空氣進入干吸、轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。

3）控制主風(fēng)機出口氣體水分及吸收塔出口酸霧含量。穩(wěn)定控制干燥塔循環(huán)酸濃度，避免干燥酸濃度偏低運行造成風(fēng)機出口水分高，經(jīng)常排查干燥塔至主風(fēng)機入口有無漏點，避免空氣吸入，監(jiān)測吸收塔捕沫器除霧效率，確保吸收塔出口酸霧含量低。

4）保證尾氣脫硫電除霧器正常運行。尾氣脫硫電除霧器是確保酸霧至尾排煙囪達標的最后處理工序，要確保尾氣脫硫電除霧器運行效率和加強尾氣脫硫電霧的維護保養(yǎng)，避免由于電除霧器故障等因素跳電造成尾排冒“白煙”現(xiàn)象。

4 結(jié)語

某銅冶煉廠通過雙氧水法脫硫+尾氣電除霧器工藝處理銅冶煉煙氣制酸裝置尾氣和離子液脫硫+臭氧脫硝法處理冶煉環(huán)境集煙煙氣，穩(wěn)定控制制酸生產(chǎn)吸收酸濃度、溫度，主風(fēng)機出口氣體水分和酸霧含量等工藝指標，并結(jié)合干吸、轉(zhuǎn)化、尾氣脫硫設(shè)備裝置等方面分析并解決了因尾氣濕度因素外造成“有色煙羽”現(xiàn)象，通過在生產(chǎn)實踐中摸索控制實現(xiàn)了尾氣無“煙羽”達標排放。