石灰石—石膏法脫硫技術在電解鋁煙氣凈化中的應用

王尚元，班允剛，劉 靖，艾自金

（1.東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽，110166；2.中國有色金屬建設股份有限公司，北京 100029）

電解鋁生產過程中產生的煙氣中含有大量SO2。近年來為了進一步改善大氣環境質量，電解鋁企業積極響應政府的號召，對煙氣中含有的SO2進行治理。為此，山東魏橋鋁電于2017年率先在行業內開展電解煙氣的脫硫治理，采用技術上最成熟、應用最廣泛的石灰石-石膏濕法脫硫技術對電解煙氣進行處理，和干法脫硫技術相比，具有反應速率快、脫硫效率高等特點[1]。結合工程實例，本文將系統的介紹一下石灰石-石膏法脫硫技術在電解鋁煙氣凈化中的應用。

1 系統組成

電解鋁煙氣脫硫系統主要包括：

（1）煙氣系統

（2）SO2吸收系統

（3）吸收劑供應與制備系統

（4）石膏脫水系統

（5）電解煙氣脫硫供水及排放系統

（6）電解煙氣脫硫廢水處理系統

1.1 煙氣系統

煙氣系統將未脫硫的煙氣引入電解煙氣脫硫系統，將處理后的達標煙氣通過吸收塔頂部的煙囪排入大氣，引風機為脫硫系統提供動力。考慮到吸收塔的檢修需要，設置吸收塔旁路事故直排系統，并通過擋板門進行切換。

煙氣系統的設計應滿足如下標準：《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》（DL/T5121-2000）；《鋁電解廠通風除塵與煙氣凈化設計規范》（GB 51020-2014）。

1.2 SO2吸收系統

SO2吸收系統是脫硫裝置的核心系統，待處理的煙氣進入吸收塔后與石灰石漿液充分接觸后去除煙氣中的SO2。吸收塔設有除霧器，處理后的達標煙氣通過煙囪排放至高空。

（1）吸收塔。出于節能的考慮，可根據煙氣量的變化調整循環泵的運行狀態；脫硫裝置的煙氣處理能力為設計工況的105%；吸收塔采用煙塔一體化設計；吸收塔入口段煙道的干濕界面采用6mm厚的碳鋼貼覆3mm厚的C276。

（2）漿液噴淋系統。吸收塔至少設置3層噴淋層，每個噴淋層分別設置獨立的循環泵。吸收塔的攪拌采用進口側進式攪拌器，應該無攪拌死區，可以長期、穩定運行。

（3）吸收塔氧化風機系統。氧化風機采用高壓羅茨風機，可以為系統提供無油氧化空氣，風機通常1用1備設置。

（4）除霧器。脫硫后的水蒸氣依次通過2層管式除霧器和3層屋脊式除霧器（安裝于塔內頂部）后通過煙囪排放，排放煙氣中的水蒸氣含量極低，在典型工況下，除霧器出口煙氣的含水率＜25mg/Nm3，排放無白色煙羽，不產生霧霾。

（5）事故煙氣冷卻系統。事故煙氣冷卻系統由分配管網和噴嘴組成。采用工藝水作為系統的冷卻介質。事故煙氣冷卻系統應能滿足脫硫系統入口處煙氣溫度及煙氣流量的±20%變化。在煙溫過高或者循環泵故障時，可以保證吸收塔內襯和除霧器安全。

1.3 吸收劑供應與制備系統

吸收劑制備系統主要由石灰石制漿系統和石灰石漿液供應系統組成。

外購的成品石灰石粉通過制備系統制成滿足脫硫要求的漿液。石灰石粉倉的上部設有真空壓力釋放閥和袋式除塵器。為了保證石灰石粉的下料通暢，石灰石粉倉的下部設有流化風機和流化板。

罐車將250目的石灰石粉輸送至石灰石粉倉，經旋轉給料機送至制漿罐內攪拌制漿、石灰石漿液泵送至吸收塔。

石灰石粉倉按照系統正常運行7天的消耗量進行設計。

石灰石粉倉的上部設有密封的人孔門。倉內的含塵氣體通過除塵器處理后，排放濃度＜10mg/Nm3。

1.4 石膏脫水系統

吸收塔內的石膏漿液通過石膏排除泵輸送至石膏旋流器，濃縮后的漿液再經過真空皮帶脫水機進行脫水處理，脫水的同時需要對石膏進行沖洗，以滿足石膏綜合利用的要求。脫水后石膏的含水量為8%～10%，產品石膏進入石膏暫存庫貯存。

濾出液返回吸收塔作為補充水，維持吸收塔內的水平衡，或者進入石灰石制漿系統。石膏旋流器上清液的40%進入廢水旋流器，60%返回吸收塔。

石膏漿液脫水系統主要包括：真空皮帶脫水機、真空泵、濾出液回收水箱、濾布及濾餅沖洗水系統、石膏暫存庫。

石膏暫存庫的容積按單套煙氣凈化系統運行4天的石膏量考慮。所有漿液箱、管道需要設置防腐內襯；所有設備及設施設置起吊設施。

1.5 電解鋁煙氣脫硫裝置供水及排放系統

（1）電解鋁煙氣脫硫裝置供水系統。脫硫系統的供水水源通常為工業水和處理合格后的廢水，電解鋁煙氣脫硫系統的主要用水點有：石灰石制漿和吸收塔氧化漿池液位調整用水；石膏及真空皮帶脫水機沖洗用水；氧化風機和其他設備的冷卻水及密封水；場地沖洗用水；真空泵的密封水；吸收塔除霧器沖洗用水；泵的密封用水；吸收塔入口煙道事故的冷卻用水；各種其它用水；在正常運行和事故工況下，工藝水系統需要保證脫硫系統的用水安全。

（2）電解煙氣脫硫排放系統。電解煙氣脫硫排放系統主要處理如下系統的排水：事故時吸收塔排放的漿液；正常運行時各設備的沖洗水；管道沖洗水；吸收塔區域沖洗水及其他區域的沖洗水；設備冷卻水排水；島內生活污水排放；脫硫廢水處理及排放；雨水排放。

（3）防腐處理。電解煙氣脫硫裝置的供水系統，應能保證電解煙氣脫硫系統正常運行和事故工況下的用水要求?？紤]到工藝水的水質較差，整套工藝水的供應系統均需要采取防腐措施。在電解煙氣脫硫系統設置碳鋼加防腐襯里的工藝水箱和碳鋼結構的工業水箱，分別處理工業水和廢水回用水。

（4）事故漿液系統。事故漿液箱用于收集吸收塔檢修排空時排放的漿液，事故結束后需要返回吸收塔。事故漿液箱內部敷設玻璃鱗片，事故漿液箱的容積需要滿足單個吸收塔檢修排空時和其他漿液排空的要求。事故漿液箱的攪拌設備需要采用進口側進式全金屬攪拌器。

（5）排污坑。排污坑的作用主要是收集設備沖洗水、管道沖洗水、煙道和煙囪冷凝液以及吸收塔區域、石灰石卸料制漿區、石膏脫水區沖洗水。每座吸收塔應考慮緊急排空措施，保證能在90min內排空吸收塔漿液，每座吸收塔地坑需要設置兩臺地坑泵，1用1備。

（6）排放系統。脫硫廢水的排放需要達到國家《污水處理綜合排放標準》（GB8978—1996）表4中的一級標準。