銅冶煉企業環境集煙處理工藝方案選擇及應用

張曉丹，劉長東，車賢，饒劍，史云勝

（吉林紫金銅業有限公司，吉林琿春 133300）

近年來，國家生態環境保護法律法規體系不斷健全和完善，從而對企業環保管理的要求也更加嚴格。某銅冶煉企業隨著產能的不斷擴大，原有采用活性炭干法脫硫工藝處理能力已不能滿足。為使工廠作業環境得到進一步優化，實現廠區環境優化的跨越式發展，研究開發新增了一套經濟、高效、簡單的煙氣收集與脫硫一體化技術，提高了對廠區低空環境中SO2含量的控制能力。

1 常見煙氣脫硫處理方法

1.1 干法煙氣脫硫

干法煙氣脫硫是指脫硫吸收和產物處理均在干燥狀態下進行的煙氣脫硫技術。干法煙氣脫硫主要有活性炭（活性焦）法、電子束輻照法等[1]。該法適用于干旱缺水的地區，具有無廢水和廢酸產生、不會對環境造成二次污染、對設備腐蝕小、凈化后煙溫高、有利于煙囪擴散等優點；但也存在脫硫效率低、反應速度慢、設備龐大等問題。

1.2 半干法煙氣脫硫

半干法煙氣脫硫是利用氧化鈣加水制成氫氧化鈣懸浮液與煙氣接觸反應，去除煙氣中的SO2、氯化氫、三氧化硫等氣態污染物的方法。半干法主要包括氣旋浮式半干法、噴霧干燥法、循環流化床法等。該法主要適用于中小鍋爐的煙氣治理，具有投資少、運行成本低，對設備腐蝕小、占地面積少，工藝穩定可靠性好[2]等優點，脫硫效率（70%左右）和脫硫劑利用率介于濕法和干法之間。

1.3 濕法煙氣脫硫

濕法煙氣脫硫工藝通常是指用液體或漿液吸收凈化煙氣中的SO2，也被稱為吸收法。濕法主要包括鈣法、鎂法、鈉法、雙氧水、氨法等。該法主要源于脫硫技術領域處于領先地位的美國、德國和日本等發達國家[3]，是凈化煙氣中SO2最重要也是應用最廣泛的方法。采用濕法處理的SO2量約占目前SO2總處理量的80%。該法技術成熟，脫硫效率高，能適應SO2濃度波動較大的生產環境，但也存在系統構造龐大、投資及運行成本較高、部分脫硫后產物處理困難等問題。

2 環境集煙處理工藝方案選擇原則

結合國家對企業環保越來越嚴格的管理要求和該企業為實現廠區環境優化的跨越式發展需求，在環集煙氣脫硫工藝方案選擇上須考慮以下幾項原則：1）以滿足環保要求為核心，結合地域特點選擇；2）流程簡化、操作簡便、投資節約；3）吸收劑選擇空間大，不易受區域市場制約，配置簡單、儲存方便；4）反應產物便于儲存，處理方法簡單；5）工藝設備的占地面積少。

3 方案比選與應用分析

該冶煉企業采用成熟的“富氧側吹熔煉爐+貧化電爐+PS轉爐+陽極爐”的主工藝，計劃在產能提升38%的前提下，確保各工藝環節在操作時帶來的煙氣外溢問題得到更有效控制，進一步優化廠房低空環境問題；同時確保二氧化硫和重金屬排量較前一年分別下降1%和7%的目標實現。經核算，擬建設總處理風量為350 000 m3/h（標準狀態下，下同）的環集煙氣處理系統[4]。

3.1 建設規模與方案比選

綜合對比行業中采用濕法脫硫方案處理環境集煙的企業運行1年以上的廠區環境、廢水與廢渣等指標控制和成本情況，以及新建銅冶煉項目選用的濕法脫硫方案等，在設計煙氣為350 000 m3/h，入口SO2質量濃度為1 000 mg/m3,出口SO2質量濃度為100 mg/m3且增加脫硫劑耗量的情況下，能滿足國內排放標準的濕法煙氣脫硫工藝方案對比如表1所示[5]。

由表1可知，氨法投資最高，鈣法、鎂法、鈉法和雙氧水法投資基本相同。鈣法會產生石膏渣，存在管道堵塞和含重金屬石膏渣銷售難問題；鎂法存在帶有鎂離子的廢水處理處置難的問題，且該企業所在區域周邊無鎂磷礦生產；采用雙氧水法存在該企業所在區域周邊無雙氧水供應的問題。綜上所述，考慮項目選址，本著投資省、占地少、建設時間短及條件便利等原則，推薦“鈉法”工藝為最優方案。

3.2 應用實例

富氧側吹熔煉爐熔體、貧化電爐、PS轉爐吹煉爐等產生的含二氧化硫煙氣，經集氣罩收集后送至布袋收塵器，再經新增總風量為350 000 m3/h的環保風機進入鈉法脫硫系統。整套系統由若干集氣罩、兩臺配套環保風機、脫硫塔（配置二層噴淋裝置，一層捕沫裝置）、煙囪、濕式電除塵器、循環泵、外部配套槽體及攪拌等輔助設施等組成。

3.2.1 工藝概述

煙氣進一級高效洗滌塔完成初步除塵、脫硫，再進入后續脫硫洗滌組合塔。廢液通過底部沉降系統實現液固分離，清液循環使用，廢液進廢水處理系統。將配置好的40%氫氧化鈉溶液送至脫硫塔循環槽內。循環槽內的堿液送至噴淋系統與含二氧化硫的煙氣逆流接觸，完成吸收反應；吸收二氧化硫后的吸收液排入一級高效洗滌塔，剩余煙氣進高效濕式電除塵器中脫去細小液滴及殘余固體顆粒物后送煙囪達標排放。鈉法脫硫工藝流程見圖1。

圖1 鈉法脫硫工藝流程

3.2.2 鈉堿法物理—化學機理

NaOH溶液洗滌含SO2氣體時，吸收SO2的過程如下：

3.2.3 存在的問題及解決措施

1）吸收塔內液體呈弱酸性，為控制尾排指標須根據pH值控制堿液的加入量。將堿液直接送入塔內對周期性作業的轉爐煙氣來說易造成浪費。解決措施：將堿液輸送泵出口管道連接至濕電組合塔循環泵入口管道，可將堿液輸送至噴淋管使煙氣與高濃度片堿直接接觸，并結合煙氣變化情況做好調節，日節約片堿用量達3～6 t。

2）冬季入口煙氣進系統后結晶掛壁，導致管道噴頭堵塞。解決措施：增設蒸汽伴熱裝置，同時并入陽極爐煙氣提升煙氣溫度。

3）廢水通過DN80孔網鋼管道經排污泵送至污酸處理系統，冬季管道結晶嚴重。解決措施：在泵出口增設壓縮空氣吹掃裝置，確保管道內不留液體。

4）廢水處理系統具備新增100 m3/d廢液量處理能力，無需改造。去除金屬和有害物質成本較改造前增加10～18元/m3。

5）當輔材/藥劑價格大幅度上漲時，可嘗試用碳酸鈉代替部分氫氧化鈉，為合理控制吸收率和Na+含量，可通過實驗尋找最佳配比。

4 環境集煙處理裝置使用效果及意義

鈉法脫硫是目前世界上技術較成熟、應用較多、操作簡單的煙氣濕法脫硫工藝，其具有調控范圍廣、運行成本低、對煙氣成分要求低的優點。本次結合項目所在地的原材料供應及產品銷售情況,對新建環境集煙處理裝置的工藝路方案進行了慎重選擇與應用，解決了該企業熔煉主廠房SO2低空無組織排放的問題，改善了員工作業環境；降低了原活性焦脫硫生產負荷。新建裝置脫硫效率可達96%，能有效脫除PM2.5微細粉塵和氣溶膠，實現了煙氣穩定達標排放的目標，二氧化硫和重金屬的排放指標分別下降1%和7%，滿足更長遠的國家空氣質量控制要求，實現了綠色清潔生產，為企業的可持續性發展奠定了堅實的基礎。