離子液結晶對硫酸尾氣脫硫系統運行的影響分析

卓儉進，肖 凱，朱興榮，孫冰清

（1.河南中原黃金冶煉廠有限責任公司，河南三門峽 472000；2.河南省黃金資源綜合利用重點實驗室，河南三門峽 472000）

河南中原黃金冶煉廠有限責任公司（以下簡稱中原黃金冶煉廠）銅冶煉配套單系列1 300 kt/a冶煉煙氣制酸裝置于2015年建成投產。制酸尾氣處理配套采用離子液脫硫、臭氧脫硝、堿液噴淋等先進的環保工藝，煙囪外排尾氣顆粒物(ρ)＜5 mg/m3、ρ(SO2)＜ 50 mg/m3、ρ(NOx)＜ 60 mg/m3，各項排放指標均達到國內銅冶煉A類企業排放標準[1]。制酸尾氣離子液脫硫系統在運行過程中容易出現結晶，進而導致脫硫塔阻力上升、貧富液板式換熱器堵塞、貧液流量不穩定、脫硫效率下降等一系列問題，使得離子液脫硫系統操作難度加大。不僅影響生產系統穩定運行，還額外增加能耗，嚴重時離子液脫硫系統要停車處理。離子液結晶造成脫硫系統堵塞已成為離子液脫硫工藝普遍存在的問題和行業關注的焦點[2]。

1 制酸尾氣環保治理工藝

中原黃金冶煉廠銅冶煉煙氣制酸生產裝置尾氣處理采用離子液脫硫+臭氧脫硝+堿液噴淋等環保治理技術，制酸尾氣環保治理工藝流程見圖1。

圖1 制酸尾氣環保治理工藝流程示意

離子液脫硫塔是制酸尾氣脫硫的核心裝置，脫硫塔內自下而上依次為循環槽、吸收段、回收段和捕沫段[3]。制酸尾氣從吸收段底部進入，自下而上與貧液在填料層進行逆向接觸，貧液吸收SO2后變為富液送去再生。脫硫后煙氣進入回收段，經脫鹽水回收煙氣中夾帶的離子液，煙氣再經塔頂捕沫網送出和臭氧混合后送入高效組合塔（堿液噴淋塔和高效電除霧器一體化布置），進一步脫硫、脫硝、除霧，最后送入煙囪達標排放。

煙囪排放煙氣組分見表1。

表1 煙囪排放煙氣組分

煙囪排放煙氣污染物監測情況見表2。

表2 煙囪排放煙氣污染物監測情況

2 離子液結晶不利影響

離子液脫硫系統一旦出現結晶，若處理不及時就會對脫硫裝置運行造成堵塞，對生產的穩定運行埋下隱患。離子液結晶主要有以下不利影響：

1）脫硫塔運行阻力上升。脫硫塔正常運行阻力在2.0 kPa左右，一旦上升至3.5 kPa就會影響制酸主系統正常運行。

2）貧富液板式換熱器堵塞。板式換熱器一旦堵塞，經常體現在富液泵出口壓力偏高或貧液上塔流量偏低等指標上，影響換熱效果。

3）貧富液備用泵無法正常開啟。低溫環境下，若備用泵或管道內殘存的離子液排空不及時，就容易結晶，導致備用泵無法正常投用。

4）離子液地下槽去吸收塔管道堵塞。日常生產需要定期添加新鮮離子液以補充離子液損耗，但在冬季生產時，離子液輸送管極易結晶堵塞，導致管道無法正常使用。

2020年11月年度中修期間，生產人員在制酸尾氣離子液脫硫塔檢查中發現，底部循環槽、波紋填料層及填料格柵支撐板底部有大量結晶物（見圖2～3），其中60%～80%為鈉鹽結晶。

圖2 脫硫塔循環槽結晶

圖3 脫硫塔填料格柵支撐板結晶

由于制酸尾氣脫硫塔內部結晶現象嚴重，已影響離子液脫硫系統正常運行，需要對塔底結晶人工清理并進行洗塔作業。

3 離子液結晶原因分析

隨著脫硫系統離子液的往復循環使用，其中富集的熱穩定性鹽（主要以鈉鹽為主）逐漸增加，ρ(Na+)高達10 g/L以上。日常生產過程中，主要通過脫鹽系統、冷凍冰機脫鈉裝置間歇置換脫除熱穩定性鹽。當離子液中鹽分含量達到溶解度上限，或者離子液溫度低于凝固點時，離子液中就會大量形成結晶物。離子液組分復雜，其凝固點的高低與離子液濃度及鹽分含量有很大關系。

制酸尾氣為干煙氣，進脫硫塔前煙氣溫度為70～80 ℃，出塔煙氣為濕煙氣，煙氣溫度為30～35℃，進塔貧液溫度為40～45 ℃，下塔富液溫度維持在20～25 ℃。制酸尾氣在和離子液接觸后發生絕熱蒸發反應，煙氣帶走大量水分，而水分蒸發需要消耗大量熱量，從導致離子液溫度下降20 ℃左右，又因離子液不斷濃縮，從而形成結晶物。

4 處理措施

針對離子液結晶堵塞部位不同采取針對性處理措施[3]：

1）脫硫塔內結晶堵塞時，需要對脫硫塔進行清洗，用循環水代替離子液往復循環，對塔內結晶進行清洗緩解，洗滌后液送往污水處理廠處理。

2）貧富液板式換熱器結晶堵塞時，一般采用蒸汽燙烤的方式處理，必要時需要斷開離子液系統，打開板式換熱器盲板進行結晶清理或循環水反沖洗。

3）貧富液備用泵結晶堵塞時，要通過蒸汽燙烤處理，日常要對備用泵定期盤車。

4）為防止離子液地下槽去吸收塔管道結晶堵塞，每次向地下槽添加離子液時要同時補加脫鹽水進行稀釋，離子液輸送后，要及時用脫鹽水對輸送管進行清洗，避免有離子液殘留。

為避免脫硫系統出現離子液結晶問題，建議從以下兩方面著手解決：

1）在脫硫塔貧液泵入口補加脫鹽水，既可以維持脫硫系統水平衡，又能夠起到緩解離子液結晶的作用。

2）在脫硫塔煙道入口處對煙氣進行增濕，利用脫硫塔回收槽脫鹽水作為水源，采用順噴方式增濕煙氣，以減緩塔底及填料層結晶。

5 結語

制酸尾氣離子液脫硫系統運行中離子液結晶堵塞是常見問題，會引起生產操作不穩定，存在較大的運行風險。技術人員需要采取預防性措施緩解脫硫系統結晶堵塞，一旦系統出現堵塞必須及時采取針對性處理措施，確保生產系統穩定運行。