濕法脫硫系統在電解鋁煙氣脫硫脫氟治理中的應用

何愛玲 張巍

摘? 要：進入二十一世紀，我國電解鋁行業得到了迅速發展，特別是600kA電解槽的成功推廣應用，標志著我國電解鋁行業在世界鋁行業中占據重要地位。但是我國電解鋁行業存在著環保壓力大、可持續發展性差等缺點。因此，需要加強電解鋁煙氣的深度治理。如何開展脫硫脫氟的深度處理成為環保工作者的重要課題。在本文中對濕法脫硫系統在電解鋁煙氣脫硫脫氟治理中的應用進行研究，為行業的可持續性發展做出自己應有的貢獻。

關鍵詞：電解鋁;濕法脫硫系統;電解煙氣;可持續性發展;脫硫脫氟

中圖分類號：X781? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

1濕法脫硫系統

濕法脫硫是指采用液體吸收劑（如水或堿性溶液）去除煙氣中的SO2。它的優點是脫硫效率高、設備小、投資省、操作簡單以及占地面積小;缺點是易造成二次污染，存在廢水的后處理問題，能耗高，特別是凈化后煙氣的溫度低，不利于煙囪排氣的擴散，易產生“白煙”。

濕法脫硫主要有鈣法、鈉法，還有海水脫硫法、磷銨復肥法、液相催化法等多種技術。目前，主要采用“石灰石-石膏法脫硫”脫硫技術，該技術是世界上技術最成熟、運行狀況最穩定、最經濟的脫硫技術。

2石灰石-石膏法脫硫

石灰石-石膏法脫硫系統是以石灰漿液作為脫硫吸收劑的一種脫硫工藝系統，CaCO3與SO2首先反應生成CaSO3，然后氧化成CaSO4，最終產物為石膏的工藝過程[1]。

石灰石-石膏法脫硫工藝采用CaCO3作為脫硫劑，較之其它脫硫工藝具有以下特點：（1）基建投資低，工程投資僅為其它工藝的30%～65%;（2）脫硫效率高，最高可達95%以上，運行可靠性高;（3）運行費用低，能耗指標低; （4）副產物處置工藝成熟，無二次污染;（5）占地面積小，流程簡單;（6）通過計算機數值模擬優化了系統設計;（7）通過煙氣流速的優化設計，達到低阻力、節能的運行效果;（8）吸收劑——石灰石來源廣泛，價格便宜;（9）采用塔底儲存循環液、塔內擾動曝氣的方式，可以減少投資，防止塔內沉積。

2.1石灰石-石膏法脫硫原理

煙氣中的SO2和SO3與漿液發生如下反應：

SO2+H2O→HSO3-+H+

SO3+H2O→H2SO4

SO3與水生成的H2SO4可以迅速與石灰石漿液發生反應。

SO2、F、SO3與石灰石漿液發生如下反應：

Ca2++2OH-+HSO3-+2H+→Ca2++HSO3-+2H2O

Ca2++2OH- +2F-+2H+→ Ca2++F-+2H2O

Ca2++2OH-+SO42-+2H+→Ca2++SO42-+2H2O

進入SO2吸收塔漿液池內的O2將CaSO3氧化成CaSO4，生成石膏：

HSO3-+O2→2SO42-+2H+

Ca2++ SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O

2.2石灰石-石膏法脫硫的工藝流程

電解槽產生的煙氣，首先經過兩段逆流干法除塵系統處理，然后通過主引風機輸送至SO2吸收塔，在多層噴淋層的作用下與吸收劑充分接觸，從而達到脫除煙氣中SO2和氟化物的目的。反應后的煙氣經噴淋塔上方的高效除霧器分離出煙氣中的霧滴和小水滴，最后達標煙氣通過煙囪排放。

SO2吸收塔塔底生成的石膏漿液由石膏排出泵排出后，依次進入一級石膏旋流器、二級真空皮帶脫水機，最后制成石膏濾餅存儲在石膏暫存間內。

3國家或行業相關標準

目前，石灰石—石膏濕法脫硫在電力行業中的應用較多，技術積累較多。電解鋁行業暫無相關標準，考慮到二者煙氣的性質及參數具有較大的可比性。因此，電解鋁行業煙氣的濕法脫硫系統將參考電力行業的相關標準作為依據，與“石灰石—石膏濕法脫硫”相關的標準如下：

《石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置性能驗收試驗規范》 DL/T 998;

《火力發電廠煙氣脫硫設計技術規程》DL/T 5196;

《火電廠煙氣脫硫工程技術規范石灰石/石灰-石膏法》HJ/T179;

《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》DL/T 997。

4系統組成

石灰石-石膏法脫硫系統主要包括煙氣系統、脫硫劑制備系統、SO2吸收系統、工藝水系統、副產物處理系統，最核心的部分是SO2吸收系統。

4.1煙氣系統

煙氣系統主要由煙道、直排煙囪、擋板門等組成。

在電解鋁生產100%BMCR的工況條件下煙氣系統都能正常工作，并留有5%的備用量。在SO2吸收塔的進出口煙道上設置擋板門。目前的環保政策已不允許設置脫硫旁路系統，因此脫硫系統將不設置旁路擋板門及配套的煙道。

4.2脫硫劑制備系統

脫硫劑制備系統主要由石灰石倉、漿液制備箱以及輸送系統組成。

脫硫劑制備系統的控制已經實現自動化遠程控制，可以大幅度降低操作人員的勞動強度，并能保證脫硫劑漿液濃度的穩定性。石灰石倉采用鋼結構，需要能存儲系統正常運行7天的吸收劑消耗量。石灰石倉配有無料斗的倉頂除塵器和料位計等設備。貯倉的底部下料口設有專用防堵裝置，并配有加熱裝置以防止脫硫劑粉吸潮。

石灰石粉進入漿液制備箱通過熟化反應生成漿液。漿液箱中的脫硫劑通過漿液泵送至SO2吸收塔。漿液補充泵采用變頻調節，漿液補充泵的實際供漿量是可調整的，通過煙氣負荷、進出口SO2的濃度、循環液的pH值進行聯鎖控制和調節。

4.3 SO2吸收系統

4.3.1 SO2吸收系統設計原則

（1）SO2吸收塔內的所有部件均可以承受進口最高煙氣溫度以及最大氣流的沖擊，高溫煙氣及煙氣流量的變化不能對系統和設備造成損害。

（2）SO2吸收塔殼體的結構設計能承受壓力荷載、管道力和力矩、風載荷、雪載荷、地震載荷，以及承受所有其他加在SO2吸收塔上的載荷。

4.3.2 SO2吸收塔的選擇

SO2吸收塔有多種形式，根據結構可以分為：噴淋塔、板式塔、填料塔流化床和文丘里洗滌器、自激式和機械力洗滌器、離心水膜洗滌器等形式。目前噴淋塔是應用最廣泛的塔型。

噴淋塔的優點是：空塔風速高，體積小，造價低。

噴淋塔的結構由下往上分別為：儲液段—煙氣進入段—SO2吸收段—脫水除霧段。其中儲液段又分為氧化區和中和區。塔內的SO2吸收段設置多層霧化噴嘴，循環液通過噴嘴向下噴灑吸收由下而上的逆流煙氣中的SO2。

4.3.3 SO2吸收系統

SO2吸收系統主要由SO2吸收塔入口系統、循環噴淋系統、脫水除霧系統和攪拌系統等組成。

（1）SO2吸收塔入口系統。待處理的煙氣通過煙氣系統后，為了避免超出設計值溫度的煙氣對塔體造成損壞，在SO2吸收塔的入口處設有噴淋降溫系統。經過溫度調整的煙氣進入SO2吸收塔后與脫硫吸收劑進行反應。

（2）循環噴淋系統。吸收塔內裝有底部開孔的托盤，噴淋層噴下的漿液在托盤底部形成液膜。煙氣在通過托盤時，在托盤孔的作用下煙氣將重新均布，從而提高了脫硫效率。同時，當煙氣通過托盤的液膜時煙氣中的粉塵也得到了凈化處理。

循環噴淋系統配置3臺循環泵對應3層噴淋層，采用空心蝸殼噴嘴后覆蓋率>250%，通過增加傳質面積，延長液滴在吸收塔內的停留時間，最終可以取得良好的脫硫效率。

（3）脫水除霧系統。脫水除霧系統包含1套獨立的沖洗裝置，除霧器的控制按照按壓差（優先級）或時間進行控制。

脫硫后的煙氣通過循環噴淋層上方設置的三層屋脊式除霧器分離煙氣中的液滴及粉塵，處理后煙氣中的霧滴含量<25mg/Nm3，粉塵含量<4mg/Nm3，氟化物含量<0.5mg/Nm3。

（4）攪拌系統。循環噴淋系統的循環漿液平時儲存在吸收塔的底部，通過羅茨風機鼓入的空氣進行氧化反應，將亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽，最后通過石膏排出泵送至副產物處置系統。同時為了防止塔內漿液的沉積阻塞，在塔底設置合理的攪拌系統。

4.4工藝水系統

工藝水系統主要由工藝水箱、除霧器沖洗水泵、工藝水管道和工藝水泵等組成。

SO2吸收塔塔內的水蒸發和石膏含水會造成脫硫系統的水損失，為了維持脫硫系統的水平衡，必須對脫硫系統進行合理補水。同時制備漿液系統、停機自動沖洗等都需要使用工藝水。

工藝水系統通常設置1套工藝水箱，2臺工藝水泵（1用1備）、2臺除霧器沖洗水泵（1用1備）。

工藝水的水質要求：[Cl-]≤100mg/L，壓力>0.3MPa。工藝水管路采用碳鋼材質，在必要的地方設置檢修隔離閥，Y型過濾器等部件。

4.5副產物處理系統

副產物處理系統主要包括氧化系統、石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空皮帶脫水機、石膏暫存庫、濾液池等設備。

SO2吸收塔底部存貯的脫硫液經過多次循環使用后，其主要成分是亞硫酸鹽。羅茨風機鼓入的空氣對亞硫酸鹽進行氧化，從塔內漿液池排出的石膏漿固含量約為17%～20%，石膏漿經水力旋流器濃縮至固含量約45%～50%后，進入石膏真空皮帶脫水機進行二次脫水，經脫水處理后的石膏固體物表面含水率通常為8-10%，脫水后的石膏送入石膏暫存庫中存放。

參考文獻

[1]郝吉明.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1989：329-344.

收稿日期：2020-01-20

作者簡介：何愛玲（1981—），女，河北灤縣人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：環境保護。

Application of Wet Desulphurization System in Desulphurization and Defluorination of Electrolytic Aluminum Gas

HE Ai-ling ZHANG-wei

（Shenyang Academy of Environmental Science，Shenyang Liaoning 110016）

Abstract： In the 21st century，China's electrolytic aluminum industry has been rapidly developed，especially the successful application of 600kA cell，indicating that China's electrolytic aluminum industry occupies an important position in the world aluminum industry. However，the electrolytic aluminum industry in China is facing great pressure of environmental protection and poor sustainability. Therefore，it is necessary to strengthen the depth treatment of electrolytic aluminum gas. How to carry out deep treatment of desulfurization and defluorination has become an important topic for environmental protection workers. In this paper，the application of wet desulphurization system in desulphurization and defluorination of electrolytic aluminum gas is studied to make its own contribution to the sustainable development of the industry.

Key words： electrolytic aluminum;wet desulphurization system;electrolytic aluminum gas;sustainable development;desulphurization and defluorination