鋅揮發(fā)窯尾氣脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的探討與分析

張富兵，李 科，馮朝暉

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源459000）

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，SO2成為主要排放污染物之一。傳統(tǒng)有色冶煉煙氣SO2排放已成為關(guān)注對(duì)象，早在2010年我國(guó)就出臺(tái)了GB 25466 —2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，2018年有色行業(yè)又開始執(zhí)行其修改版特殊排放限值標(biāo)準(zhǔn)[ρ(SO2)≤ 100 mg/m3]。某鋅冶煉企業(yè)揮發(fā)窯煙氣采用鈉堿法脫硫工藝，根據(jù)特殊排放限值要求進(jìn)行了工藝優(yōu)化和設(shè)備升級(jí)改造，目前運(yùn)行穩(wěn)定，滿足SO2特殊排放限值要求。筆者就該脫硫系統(tǒng)的改進(jìn)和運(yùn)行情況進(jìn)行探討分析。

1 揮發(fā)窯脫硫系統(tǒng)概況

某企業(yè)揮發(fā)窯脫硫系統(tǒng)采用常規(guī)鈉堿法脫硫，鈉堿法脫硫工藝成熟，廣泛用于有色冶煉爐窯煙氣SO2治理，脫硫劑常選用氫氧化鈉或碳酸鈉。鈉堿法脫硫脫硫劑堿性強(qiáng)，脫硫效率高。

1.1 揮發(fā)窯煙氣鈉堿法脫硫工藝流程

鋅冶煉揮發(fā)窯煙氣正常ρ(SO2)約10 g/m3，峰值可達(dá)到20 g/m3。該煙氣經(jīng)過降溫除塵后，經(jīng)脫硫空氣換熱器換熱，再與多膛爐煙氣混合，由增壓風(fēng)機(jī)送入洗滌塔洗滌降溫，凈化煙氣經(jīng)過2級(jí)鈉堿法吸收塔脫硫，再經(jīng)過濕式電除塵器后達(dá)標(biāo)排放。循環(huán)吸收液經(jīng)液固分離后，濾渣（副產(chǎn)品Na2SO3）經(jīng)熱空氣干燥裝袋外售，濾液則返回系統(tǒng)配堿循環(huán)利用。鈉堿法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 鈉堿法脫硫工藝流程

1.2 鈉堿法脫硫機(jī)理

鈉堿法脫硫是用氫氧化鈉或碳酸鈉的水溶液作為吸收劑，與煙氣中SO2反應(yīng)生成Na2SO3和NaHSO3，NaHSO3可繼續(xù)與堿反應(yīng)生成Na2SO3[1]。該企業(yè)選用純堿作脫硫劑，制取Na2SO3。其脫硫過程主要反應(yīng)如下：

1.3 鈉堿法脫硫的主要設(shè)備

經(jīng)過多次優(yōu)化升級(jí)后，目前鈉堿法脫硫裝置主要設(shè)備規(guī)格及數(shù)量見表1。

表1 鈉堿法脫硫主要設(shè)備規(guī)格及數(shù)量

2 系統(tǒng)運(yùn)行過程中常見的問題

2.1 系統(tǒng)堵塞

脫硫系統(tǒng)的堵塞分為循環(huán)系統(tǒng)堵塞和煙氣系統(tǒng)堵塞。

2.1.1 循環(huán)系統(tǒng)堵塞

循環(huán)系統(tǒng)的堵塞部位主要是循環(huán)管道末端、噴頭、塔內(nèi)壁及循環(huán)槽內(nèi)攪拌盲區(qū)等。循環(huán)液在循環(huán)過程中，因循環(huán)液濃度、固含量或外界溫度變化會(huì)造成循環(huán)液中的亞硫酸鈉逐步結(jié)晶析出、沉積形成堵塞，使循環(huán)流量和循環(huán)塔槽的有效容積減小，降低脫硫效果，必須進(jìn)行定時(shí)停機(jī)清理，以保證脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.1.2 煙氣系統(tǒng)堵塞

煙氣系統(tǒng)的堵塞主要部位是塔頂除霧器和空氣換熱器等。塔頂除霧器的堵塞原因和循環(huán)系統(tǒng)類似，當(dāng)循環(huán)液含鹽濃度、固含量高時(shí)，煙氣帶出的液滴通過塔頂除霧器時(shí)，其中的亞硫酸鈉結(jié)晶析出、沉積于除霧器間隙內(nèi)而形成堵塞。空氣換熱器堵塞主要是因?yàn)樵跓釤煔馀c冷空氣換熱過程中，煙氣中的微小塵粒與局部的冷凝水或冷凝酸相遇形成黏性物粘結(jié)于換熱管道壁上，造成換熱器列管堵塞。

2.2 系統(tǒng)阻力大

隨著主系統(tǒng)揮發(fā)窯生產(chǎn)負(fù)荷的加大和多膛爐系統(tǒng)煙氣的并入，原脫硫系統(tǒng)負(fù)荷增大。原配套的增壓風(fēng)機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下不能將煙氣順暢地送至脫硫系統(tǒng)，無(wú)法滿足新的生產(chǎn)要求。為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，避免窯尾出現(xiàn)冒煙的情況，只有控制揮發(fā)窯的生產(chǎn)負(fù)荷來(lái)保持系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。另外，塔頂除霧器和空氣換熱器的堵塞也是造成系統(tǒng)阻力增大的重要因素。

2.3 堿液質(zhì)量不穩(wěn)定

堿液根據(jù)生產(chǎn)情況間斷配制，經(jīng)常出現(xiàn)所配制堿液的濃度波動(dòng)大，有時(shí)甚至出現(xiàn)堿未能充分溶解的情況，未溶解的堿進(jìn)入循環(huán)槽后反應(yīng)劇烈，會(huì)造成循環(huán)槽冒槽。

2.4 尾氣SO2排放濃度波動(dòng)大

鋅冶煉揮發(fā)窯生產(chǎn)因物料及操作的原因很容易造成窯況波動(dòng)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)尾氣SO2排放濃度波動(dòng)較大，ρ(SO2)高時(shí)大于 250 mg/m3，低時(shí)約 100 mg/m3。特別是在生產(chǎn)后期，尾排SO2濃度波動(dòng)更為明顯，甚至出現(xiàn)排放超標(biāo)的現(xiàn)象，給生產(chǎn)管理和生產(chǎn)操作帶來(lái)較大困擾。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述影響脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，企業(yè)綜合考慮，采取了以下改進(jìn)措施。

3.1 工藝控制優(yōu)化

3.1.1 降低循環(huán)吸收液密度

循環(huán)吸收液密度的大小與吸收液中的鹽含量密切相關(guān)。根據(jù)相關(guān)資料文獻(xiàn)和生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)發(fā)現(xiàn)，循環(huán)吸收液的密度隨著溶液中亞硫酸鈉含量及其結(jié)晶體固含量的增加而增大。當(dāng)其密度大于1.35 g/L時(shí)，吸收液中結(jié)晶體固含量較高，雖然可適當(dāng)提高副產(chǎn)品的品級(jí)，但循環(huán)吸收液對(duì)SO2的吸收效率開始下降，循環(huán)泵的動(dòng)力消耗也有明顯增加[2]，此時(shí)，循環(huán)系統(tǒng)的管道、噴頭及塔槽內(nèi)部的堵塞頻率增加，給生產(chǎn)帶來(lái)較大的困難。因此，綜合考慮論證將循環(huán)吸收液密度控制在(1.30±0.02) g/L，既可保證脫硫效果和副產(chǎn)品品級(jí)，也可減少動(dòng)力消耗和循環(huán)系統(tǒng)的堵塞頻率。

3.1.2 提高循環(huán)吸收液pH值

循環(huán)吸收液pH值是保證脫硫效率的決定因素。隨著循環(huán)吸收液pH值的升高，脫硫效率也隨之升高，但當(dāng)pH值大于7.0時(shí)，循環(huán)吸收液中游離堿也明顯升高，導(dǎo)致堿耗增加，副產(chǎn)品品級(jí)下降。因此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況將循環(huán)吸收液pH值由5.5～6.0提高至6.5～7.0，以滿足特殊排放要求，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.3 增大循環(huán)噴淋量

噴淋量的大小是保證液氣比的關(guān)鍵因素。通過增大循環(huán)噴淋量，提高液氣比和噴淋密度，使循環(huán)吸收液與二氧化硫氣體的接觸更充分、更均勻[3]。在多膛爐煙氣并入揮發(fā)窯煙氣后，導(dǎo)致液氣比明顯減小，將噴淋量增大至650 m3/h。

3.2 調(diào)整作業(yè)制度

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)摸索，對(duì)部分作業(yè)制度進(jìn)行調(diào)整：

1）配制堿液溶化時(shí)間由2 h延長(zhǎng)至3 h，使固體堿充分溶解。

2）塔頂除霧器沖洗周期由每班1次調(diào)整為每2 h 1 次，沖洗時(shí)間 3～5 min。

3）控制換熱器出口煙氣溫度大于180 ℃，避免冷凝水形成。

4）每次系統(tǒng)項(xiàng)修，檢查換熱器內(nèi)部列管的結(jié)灰情況，并進(jìn)行吹掃清理。

3.3 設(shè)備升級(jí)改造

3.3.1 增加備用離心機(jī)

原有脫硫系統(tǒng)只配置2臺(tái)離心機(jī)，處理能力不足，循環(huán)液中固體結(jié)晶物不能及時(shí)分離開路，導(dǎo)致循環(huán)液固含量高，密度大，系統(tǒng)運(yùn)行受阻。2018年新增1臺(tái)備用離心機(jī)，有效作業(yè)率明顯提高，使進(jìn)出物料達(dá)到平衡，循環(huán)液密度基本穩(wěn)定在1.28～1.32 g/L，系統(tǒng)循環(huán)暢通。因結(jié)晶沉積堵塞導(dǎo)致的停機(jī)頻次由每月1次延長(zhǎng)至每5個(gè)月1次。

3.3.2 升級(jí)改造增壓風(fēng)機(jī)

原配套增壓風(fēng)機(jī)僅能滿足揮發(fā)窯煙氣的抽取能力，在多膛爐煙氣并入后，其抽取能力明顯不足，經(jīng)分析論證，于2019年在原風(fēng)機(jī)葉輪基礎(chǔ)上增加葉片長(zhǎng)度，同時(shí)改變?nèi)~片出口角度，將增加風(fēng)機(jī)實(shí)際抽力由 6 000 Pa 提升至 7 000～7 500 Pa。

3.3.3 改進(jìn)給料裝置

原有的給料裝置為堿粉倉(cāng)、閘板閥、溜管送料，下料量不易控制，造成所配堿液濃度波動(dòng)較大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看于2018年將其改為變頻星型給料機(jī)、刮板輸送機(jī)送料，提高了下料量的準(zhǔn)確性，使配置堿液的合格率提高了20個(gè)百分點(diǎn)。

3.3.4 增大換熱器流通面積

因換熱器內(nèi)部列管直徑(φ38 mm)較小，煙氣中微塵粒遇到冷凝水后粘結(jié)于列管內(nèi)壁，易造成列管堵塞，增大煙氣阻力。經(jīng)討論確定，將列管直徑增大至φ50 mm，既可增大煙氣過流面積，減小系統(tǒng)阻力，也可提高出口煙氣溫度，減少凝結(jié)物的形成。

3.3.5 更換煙氣管道

多膛爐煙氣并入后，總煙氣量增加約30%，為保證煙氣順暢通過，將原有φ1 400 mm煙氣管道更換為φ1 600 mm煙氣管道，降低煙氣阻力。

4 改進(jìn)效果

自2018年以來(lái)，企業(yè)通過不斷地優(yōu)化工藝、改造設(shè)備和調(diào)整作業(yè)制度，使該脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、產(chǎn)品合格率和污染物排放指標(biāo)均得到大幅度提升。改造前后脫硫系統(tǒng)運(yùn)行情況對(duì)比見表2。

表2 改造前后運(yùn)行情況對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)環(huán)保要求，某企業(yè)在揮發(fā)窯原有鈉堿法脫硫裝置基礎(chǔ)上，通過工藝優(yōu)化和設(shè)備改進(jìn)，保證污染物達(dá)標(biāo)排放的情況下，有效地利用了煙氣余熱和回收脫硫副產(chǎn)品，推動(dòng)了企業(yè)低碳減排、資源回收循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色發(fā)展。總體而言，鈉堿法脫硫工藝簡(jiǎn)單、效率高、適用性廣，但不足之處是脫硫劑堿價(jià)格較高，運(yùn)行成本較高，有大量CO2廢氣產(chǎn)生，且副產(chǎn)品銷售受市場(chǎng)影響大，會(huì)造成階段性積壓庫(kù)存。