電解鋁煙氣二氧化硫治理技術的探討

曲志明，叢華威，柳倩倩

（威海市正大環保設備股份有限公司，山東 威海 264400）

電解煙氣中SO2的主要來自于電解生產用的陽極。陽極中石油焦經過煅燒、并且加入一定量的瀝青、振動成型、焙燒后進入電解系統。電解時炭素陽極全部反應生成CO2為主的氣體，陽極中其它雜質也反應釋放到大氣中。陽極中的S釋放到大氣中主要以SO2存在，還有部分的S進入到電解質中，而進入到大氣中的S最終都是以SO2的形式排放（其轉換率約為85%～90%）。

根據鋁用陽極中S含量不同和不同電解槽容量煙氣量的差異，電解煙氣中SO2的濃度也會產生一定的差異。雖然電解煙氣干法煙氣凈化對SO2具有一定的脫除效率，但是不能根本降低電解煙氣中SO2的濃度。

目前國內電解鋁行業主要脫硫技術分三類：①濕法脫硫技術：主要以石灰石-石膏法為主；②干法脫硫技術：主要以固定床干法脫硫為主；③半干法脫硫技術：主要以塔外增濕循環半干法脫硫技術和循環流化床半干法脫硫技術為主。

1 目前國內電解鋁行業脫硫技術分析

1.1 濕法脫硫技術

石灰石-石膏法脫硫是目前最普遍采用的濕法脫硫技術，運行穩定，脫硫效果高，更適用于大型鍋爐系統脫硫，廣泛應用于電廠、鋼鐵等行業的煙氣脫硫。經過干法凈化之后的煙氣進入脫硫裝置的濕式吸收塔，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以及其他污染物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、結晶生成CaSO4·2H2O，經脫水后得到副產品-石膏，最終實現含硫煙氣的綜合治理。反應過程主要包括吸收、中和、氧化、結晶等四部分（詳見圖1）。

脫硫過程主要是煙氣中的SO2在遇到霧滴時分解為H+和HSO3-或SO32-，與吸收漿液中的Ca2+反應生成Ca（HSO3）2或CaSO3，CaSO3氧化為CaSO4，二者極難溶于水，在這種化學推動力作用下，推動SO2進一步的溶解，發生鏈鎖式的反應，通過煙氣中的SO2與吸收漿液的不斷反應來達到脫硫的目的。

該方法技術上可完全滿足本項目對于脫硫系統排放指標的要求。石灰石-石膏濕法最主要的問題是吸收塔內煙氣經除霧器后需要加濕電除塵，否則反應后漿液的霧滴無法有效去除，容易造成粉塵排放超標；其次工藝流程比較復雜、溶液管路系統容易堵塞和結垢、腐蝕性強、設備需防腐；第三耗水量大，且需廢水、廢液需處理后排放，投資及能耗均較高，綜合考慮不建議在電解煙氣凈化工藝采用。

1.2 干法脫硫技術

干法脫硫采用固定床反應器，通過脫硫材料吸附原理，從而達到脫硫的效果。

采用催化氧化法一步脫硫，生成硫酸鈣固體顆粒，工藝簡單。但需要采用專用的脫硫劑，干法脫硫運行成本大幅高于半干法脫硫技術，但不建議在電解鋁脫硫中采用。

1.3 半干法脫硫技術

近幾年，由于國家環保政策的推進，半干法脫硫因其自身獨有的優勢在電解鋁行業又掀起了一番熱潮。目前電解電解鋁行業應用較多的有塔外增濕循環半干法脫硫和循環流化床半干法脫硫兩種技術。

1.3.1 塔外增濕循環半干法脫硫

塔外增濕循環半干法脫硫做為新型電解鋁煙氣脫硫技術，具有顯著的優勢。

煙氣入口設計在脫硫塔中下部，入口處裝有專門設計的脫硫塔攪拌裝置。含有較多活性的石灰CaO或Ca（OH）2成份的循環灰經給料機和噴射器，投入脫硫塔參與脫硫反應。攜帶脫硫劑的煙氣在脫硫塔內向上流動，在運動過程中Ca（OH）2與水、SO2進行系列反應，生成CaSO3和CaSO4等副產物。反應后的脫硫灰隨煙氣進入布袋除塵器，經布袋除塵器捕捉，沉積在除塵器底部的灰斗內。除塵器灰斗下部設有出料口，直接進入螺旋輸送機、加濕裝置。在除塵器灰斗出料口安裝變頻給料裝置，以控制進入脫硫塔的脫硫灰量。在塔內部脫硫工藝參數條件下，少部分大粒徑顆粒落入脫硫塔灰斗內，通過脫硫塔灰斗底部設置的噴射器輸送的循環灰直接送入至脫硫塔內繼續參與脫硫反應，使脫硫灰中的有效成分得以循環利用。凈化后的煙氣由引風機送至煙囪達標排放。新料采用石灰或消石灰，在脫硫裝置側加入。在脫硫塔灰斗底部設有排灰裝置，失效的脫硫灰作為脫硫副產物由排灰裝置排出至副產物倉，經副產物倉定期排至密封罐車外運。

表1 半干法脫硫工藝對比分析

1.3.2 循環流化床半干法脫硫

煙氣從脫硫塔底部進入，經脫硫塔底文丘里結構加速后與加入的吸收劑（電石渣）、循環灰及水發生反應，除去煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF、重金屬、有機物等多種污染物。煙氣中夾帶的吸收劑和循環灰，在通過脫硫塔下部的文丘里管時，受到氣流的加速而懸浮起來，形成激烈的湍動狀態，使顆粒與煙氣之間具有比其他工藝更大的相對滑落速度，顆粒反應界面不斷摩擦、碰撞更新，從而極大地強化了氣固間的傳熱、傳質。同時為了達到最佳的反應溫度，通過向脫硫塔內噴水，使煙氣溫度冷卻到露點溫度以上10℃～20℃左右。攜帶大量吸收劑和反應產物的煙氣從脫硫塔頂部側向下行進入脫硫布袋除塵器，進行氣固分離。

2 三種（半）干法脫硫工藝對比分析（見表1）

3 結語

經綜合比較，塔外增濕循環半干法脫硫技術具有顯著的優勢，該技術脫硫劑的流化控制與加濕同步，塔內整體無需床層、無需凈煙氣循環、脫硫灰“內循環+外循環”抗煙氣波動能力強，無塌床風險，適用性強，對煙氣流量、SO2濃度、溫度的變化適應能力極強，可以實現多塔串聯，可提升脫硫效率。電解鋁廠煙氣脫硫在選用技術路線方面可以考慮采用塔外增濕循環半干法脫硫技術。