銅冶煉環集煙氣脫硫系統的改造實踐

王 斌

(中冶葫蘆島有色金屬集團有限公司,遼寧 葫蘆島 125003)

0 項目概述

某銅冶煉廠環集脫硫系統于2016 年3 月投產,環集脫硫煙氣包括奧爐及電爐環保排煙、轉爐環保排煙、主廠房環境集煙、精煉爐環保排煙,另外精煉工藝煙氣也并入環集煙氣脫硫系統處理。

脫硫系統設計煙氣處理量為601 191 Nm3/h(濕基,標況),采用石灰石-石膏法,脫硫劑為325目濕石灰石粉(含水10%～15%);系統入口煙氣溫度50～80 ℃,含塵300 mg/Nm3,SO2平均濃度為1 327 mg/Nm3(濕 基,標 況),最 高 濃 度 為2 000 mg/Nm3(濕基,標況),煙氣先洗滌后脫硫,設計脫硫效率為93%。

煙氣經脫硫系統處理后 SO2含量小于200 mg/Nm3(干),塵含量小于80 mg/Nm3,外排廢氣中SO2及顆粒物濃度均低于GB 25467—2010《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》中標準限值(SO2濃度400 mg/Nm3、顆粒物濃度80 mg/Nm3)的要求,尾氣通過直徑4 m、高70 m 的環保煙囪排放。

1 原有脫硫系統基本情況

1.1 工藝流程及主要設備規格

原有環集煙氣脫硫采用石灰石-石膏法脫硫工藝,動力波洗滌器(除塵) +脫硫塔(脫硫)流程。

動力波洗滌器規格Φ3400/8000 × 24200/11000,設置兩段噴嘴,循環泵規格Q=1 500 m3/h,H=28 m,共兩臺,無備用。

脫硫塔規格Φ8 000 ×25 700,設置三層噴淋層,兩層S 型FRP 除霧器,循環泵規格Q=2 200 m3/h,H=30 m,共三臺,無備用。

塔頂煙囪Φ4 000 ×44 300,出口高度70 m,塔頂煙囪,鋼架支撐。

脫硫風機規格:流量8.5 × 105Nm3/h,全壓6 kPa;實際運行參數為:流量4.5 ×105Nm3/h,阻力3～3.5 kPa,風機配套變頻電機,正常運行時變頻電機開25 Hz 左右。

1.2 平面布置

原有環集煙氣脫硫系統設備布置緊湊,空間利用率高,現有場地沒有空間增加大型設備,如前端除塵器及后端除霧器,脫硫系統的改進只能立足現狀,局部改造現有設備。

2 環集脫硫系統改造的必要性

環集脫硫系統試車投產以來,脫硫效果基本穩定,產出了合格石膏,也存在一些問題。

(1)受設備性能的限制,原系統石灰石-石膏法脫硫效率約80%～85%,而環集煙氣氣量和雜質濃度均存在一定波動,當二氧化硫濃度過高時,石灰石脫硫難以滿足脫硫需求,導致系統出口煙氣SO2濃度偏高,無法長期穩定達標排放。

(2)原有脫硫系統脫硫塔出口未設置濕式電收塵器或其他高效除霧原件,在特定的工況下,容易發生尾氣中石膏富集的情況,形成石膏雨。

(3)由于系統除霧效果欠佳,煙氣中的顆粒物無法隨霧滴同時除去,故環集脫硫系統尾氣中的顆粒物以及鉛含量超標。

(4)由于脫硫塔前部環集煙氣除塵系統,在增加系統整體抽取氣量時,造成尾氣排放煙塵超標。

(5)在動力波塔體內部,靠近噴嘴處,由于液體的流動,反應石膏晶體不易堆積,在攪拌槳的周圍區域不易堆積,其余部分存在石膏堆積嚴重、上液量不足的問題。

(6)塔體內部反應溫度確保45 ℃,在冬季降溫嚴重的情況下,溫度下降,造成石膏反應不完全。

3 改造方案確定

冶煉廠可采用的脫硫技術比較多,常見的包括石灰石(石灰)-石膏法、氫氧化鈉法、氧化鋅法、離子液法、活性焦法、氨法、雙氧水法等。

(1)石灰石(石灰)-石膏法:該法技術成熟、應用廣泛,脫硫效率較高。其吸收劑來源廣泛,可外購石灰石粉(大于250 目)或石灰現場配漿,脫硫副產品石膏可銷售到水泥廠,但如銷路不暢,則需考慮堆存場地,存在二次污染的可能性。

(2)氫氧化鈉法:氫氧化鈉法脫硫以氫氧化鈉或碳酸鈉為吸收劑,可達到較高的脫硫效率,但其脫硫產物為亞硫酸鈉,如果直接隨廢水排放,其廢水處理難度大,且存在二次污染的風險;也可中和、結晶、干燥生產無水亞硫酸鈉產品外售,其優點是運行經濟性較好,不存在二次污染問題,缺點是流程復雜、設備種類眾多、占地大、一次投資高且對工藝參數控制有很高的要求。

(3)氧化鋅法:氧化鋅作為脫硫吸收劑活性較低,只能用于脫硫效率要求不高的場合。該法吸收劑氧化鋅粉一般來源于鋅冶煉廠的收塵粉塵,副產品硫酸鋅溶液可送到鋅廠凈液工段,經凈化后進行電解;產生的過濾渣可送到鋅廠的火法冶金爐中,回收未反應完全的氧化鋅和亞硫酸鋅,也可使用廢電解液酸解過濾渣,解析出的SO2返回硫酸系統制酸。氧化鋅法的最大優點是可實現資源的綜合利用。

(4)離子液法:該法通過具有一定功能基團的離子液吸收SO2,在蒸汽加熱條件下再將SO2解吸出來,送往制酸系統制酸或制備液體SO2。離子液吸收-解吸循環過程中吸收劑損失量很低。該技術脫硫效率較高,單級可達99%,尤其適用于煙氣含硫量較高和廠區配套有硫酸裝置的場合,其缺點是一次性投資高、流程復雜、設備防腐要求高、蒸汽和循環水耗量較高。

(5)活性焦法:活性焦法是一種干法脫硫技術,主要通過活性焦吸收SO2,通過加熱再將SO2解吸出來,副產品為含SO2約15%的氣體。活性焦法的脫硫效率較低,單級使用的情況一般不高于85%;該法生產操作、管理簡便,吸收劑活性焦可市場采購,基本不消耗工藝水,但其電耗較高。

(6)氨法:氨作為脫硫吸收劑活性較高,更適用于含硫量較高的煙氣,吸收劑可外購液氨或氨水,副產品為硫酸銨固體或亞硫酸銨溶液,可以外售。氨法脫硫要精確控制氨的投加量,避免尾氣中氨超標。

煙氣脫硫方法的選擇主要取決于原煙氣條件、吸收劑的供應條件及工廠的地理條件、副產品的利用、工程投資和運行成本等多方面因素,并且應遵循安全、可靠、技術先進合理、滿足環保排放等原則。

通過對比決定采用石灰石法+雙氧水脫硫工藝方案,將動力波洗滌器改造為一級脫硫(除塵)塔,采用石灰石膏法脫硫工藝,現有脫硫塔作為二級脫硫塔,采用雙氧水脫硫工藝。

4 改造內容及工藝參數

4.1 改造內容

(1)將現有動力波洗滌器DN3400 的逆噴管更換為2 根DN2000 的逆噴管,每段逆噴管設一段噴嘴,同時增加一臺循環泵(Q=1 500 m3/h,H=28 m),三臺泵兩用一備(原設計一開一備)。

(2)增加動力波洗滌器氣液分離槽段的高度約4～5 m。

(3)在動力波洗滌器底部增加3 臺側壁攪拌器,同時通入氧化空氣,并設置汽包。

(4)二級脫硫塔采用雙氧水脫硫,拆除第三層噴淋層,現有三臺循環泵中一臺作為備用,將現有S型除霧器更換為高效除霧器(一級管式+二級屋頂式除霧器)。

(5)增加和完善有關檢測儀表。動力波入口管道增加測量入口煙氣量、二氧化硫濃度、溫度檢測。

根據上述維修集約范式構成要素的定義，通過對國內各主要城市地鐵公司的調研和相關報道的分析，可以發現，我國城市軌道交通車輛維修集約范式存在多種形式。

(6)在脫硫塔前部增加3 500 m2布袋收塵設施。

(7)對動力波本體進行保溫,防止北方冬季降溫,造成石灰石漿液反應溫度不夠,脫硫效果下降。

(8)在實際運行過程中,二脫塔采用雙氧水噴淋方式,在環集煙氣起量大的情況下,消耗過多、成本增加,同時產生稀酸腐蝕性強,污水處理增加難度,后改用堿液噴淋,脫硫率達到99.5%以上。

4.2 改造設計工藝參數

(1)入口煙氣量:4.58 ×105Nm3/h。

(2) SO2含量:入口煙氣SO2最高濃度為5 349 mg/Nm3,最低濃度為450 mg/Nm3,平均濃度為2 486 mg/Nm3。

(3) 尾吸塔出口 SO2含量按小于等于93 mg/Nm3設計,最高脫硫率要求98.3%。

(4)含塵量:入口煙氣含塵200～300 mg,出口煙氣含塵小于50 mg/Nm3。

4.3 尾氣排放指標

改造后脫硫尾氣排放指標為:

(1)SO2含量:≤93 mg/Nm3(折算后),最高脫硫率要求98.3%;

(2)塵含量:＜50 mg/Nm3(折算后);

(3)酸霧含量:＜40 mg/Nm3(折算后)。

4.4 主要技術經濟指標

改造后環集煙氣脫硫系統的主要技術經濟指標,如表1 所示。

表1 改造后環集煙氣脫硫系統的主要技術經濟指標

表2 改造后環集煙氣脫硫系統的實際運行主要技術經濟指標

5 結語

脫硫系統改造后,投產以來各項指標達到了設計值,滿足了工藝生產需要。脫硫尾氣滿足排放標準的要求,副產的石膏品質達到了預期水平。該項目實施證明了石灰石法+雙氧水法脫硫工藝在冶煉煙氣治理工程中的可行性,為公司下一步環保項目的改造提供了有力的實踐經驗。