石灰石—石膏法脫硫技術(shù)在電解鋁煙氣凈化中的應(yīng)用

王尚元，班允剛，劉 靖，艾自金

（1.東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽，110166；2.中國有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京 100029）

電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣中含有大量SO2。近年來為了進(jìn)一步改善大氣環(huán)境質(zhì)量，電解鋁企業(yè)積極響應(yīng)政府的號召，對煙氣中含有的SO2進(jìn)行治理。為此，山東魏橋鋁電于2017年率先在行業(yè)內(nèi)開展電解煙氣的脫硫治理，采用技術(shù)上最成熟、應(yīng)用最廣泛的石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)對電解煙氣進(jìn)行處理，和干法脫硫技術(shù)相比，具有反應(yīng)速率快、脫硫效率高等特點(diǎn)[1]。結(jié)合工程實(shí)例，本文將系統(tǒng)的介紹一下石灰石-石膏法脫硫技術(shù)在電解鋁煙氣凈化中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)組成

電解鋁煙氣脫硫系統(tǒng)主要包括：

（1）煙氣系統(tǒng)

（2）SO2吸收系統(tǒng)

（3）吸收劑供應(yīng)與制備系統(tǒng)

（4）石膏脫水系統(tǒng)

（5）電解煙氣脫硫供水及排放系統(tǒng)

（6）電解煙氣脫硫廢水處理系統(tǒng)

1.1 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)將未脫硫的煙氣引入電解煙氣脫硫系統(tǒng)，將處理后的達(dá)標(biāo)煙氣通過吸收塔頂部的煙囪排入大氣，引風(fēng)機(jī)為脫硫系統(tǒng)提供動(dòng)力。考慮到吸收塔的檢修需要，設(shè)置吸收塔旁路事故直排系統(tǒng)，并通過擋板門進(jìn)行切換。

煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5121-2000）；《鋁電解廠通風(fēng)除塵與煙氣凈化設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51020-2014）。

1.2 SO2吸收系統(tǒng)

SO2吸收系統(tǒng)是脫硫裝置的核心系統(tǒng)，待處理的煙氣進(jìn)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(shè)有除霧器，處理后的達(dá)標(biāo)煙氣通過煙囪排放至高空。

（1）吸收塔。出于節(jié)能的考慮，可根據(jù)煙氣量的變化調(diào)整循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)；脫硫裝置的煙氣處理能力為設(shè)計(jì)工況的105%；吸收塔采用煙塔一體化設(shè)計(jì)；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(tǒng)。吸收塔至少設(shè)置3層噴淋層，每個(gè)噴淋層分別設(shè)置獨(dú)立的循環(huán)泵。吸收塔的攪拌采用進(jìn)口側(cè)進(jìn)式攪拌器，應(yīng)該無攪拌死區(qū)，可以長期、穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）吸收塔氧化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。氧化風(fēng)機(jī)采用高壓羅茨風(fēng)機(jī)，可以為系統(tǒng)提供無油氧化空氣，風(fēng)機(jī)通常1用1備設(shè)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(nèi)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(chǎn)生霧霾。

（5）事故煙氣冷卻系統(tǒng)。事故煙氣冷卻系統(tǒng)由分配管網(wǎng)和噴嘴組成。采用工藝水作為系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)。事故煙氣冷卻系統(tǒng)應(yīng)能滿足脫硫系統(tǒng)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(huán)泵故障時(shí)，可以保證吸收塔內(nèi)襯和除霧器安全。

1.3 吸收劑供應(yīng)與制備系統(tǒng)

吸收劑制備系統(tǒng)主要由石灰石制漿系統(tǒng)和石灰石漿液供應(yīng)系統(tǒng)組成。

外購的成品石灰石粉通過制備系統(tǒng)制成滿足脫硫要求的漿液。石灰石粉倉的上部設(shè)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(shè)有流化風(fēng)機(jī)和流化板。

罐車將250目的石灰石粉輸送至石灰石粉倉，經(jīng)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)送至制漿罐內(nèi)攪拌制漿、石灰石漿液泵送至吸收塔。

石灰石粉倉按照系統(tǒng)正常運(yùn)行7天的消耗量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

石灰石粉倉的上部設(shè)有密封的人孔門。倉內(nèi)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(tǒng)

吸收塔內(nèi)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(jīng)過真空皮帶脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水的同時(shí)需要對石膏進(jìn)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(chǎn)品石膏進(jìn)入石膏暫存庫貯存。

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

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

石膏暫存庫的容積按單套煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行4天的石膏量考慮。所有漿液箱、管道需要設(shè)置防腐內(nèi)襯；所有設(shè)備及設(shè)施設(shè)置起吊設(shè)施。

1.5 電解鋁煙氣脫硫裝置供水及排放系統(tǒng)

（1）電解鋁煙氣脫硫裝置供水系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)的供水水源通常為工業(yè)水和處理合格后的廢水，電解鋁煙氣脫硫系統(tǒng)的主要用水點(diǎn)有：石灰石制漿和吸收塔氧化漿池液位調(diào)整用水；石膏及真空皮帶脫水機(jī)沖洗用水；氧化風(fēng)機(jī)和其他設(shè)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(yùn)行和事故工況下，工藝水系統(tǒng)需要保證脫硫系統(tǒng)的用水安全。

（2）電解煙氣脫硫排放系統(tǒng)。電解煙氣脫硫排放系統(tǒng)主要處理如下系統(tǒng)的排水：事故時(shí)吸收塔排放的漿液；正常運(yùn)行時(shí)各設(shè)備的沖洗水；管道沖洗水；吸收塔區(qū)域沖洗水及其他區(qū)域的沖洗水；設(shè)備冷卻水排水；島內(nèi)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(tǒng)，應(yīng)能保證電解煙氣脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故工況下的用水要求。考慮到工藝水的水質(zhì)較差，整套工藝水的供應(yīng)系統(tǒng)均需要采取防腐措施。在電解煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)置碳鋼加防腐襯里的工藝水箱和碳鋼結(jié)構(gòu)的工業(yè)水箱，分別處理工業(yè)水和廢水回用水。

（4）事故漿液系統(tǒng)。事故漿液箱用于收集吸收塔檢修排空時(shí)排放的漿液，事故結(jié)束后需要返回吸收塔。事故漿液箱內(nèi)部敷設(shè)玻璃鱗片，事故漿液箱的容積需要滿足單個(gè)吸收塔檢修排空時(shí)和其他漿液排空的要求。事故漿液箱的攪拌設(shè)備需要采用進(jìn)口側(cè)進(jìn)式全金屬攪拌器。

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

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