湿法脱硫系统在电解铝烟气脱硫脱氟治理中的应用

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　　摘  要：进入二十一世纪，我国电解铝行业得到了迅速发展，特别是600kA电解槽的成功推广应用，标志着我国电解铝行业在世界铝行业中占据重要地位。但是我国电解铝行业存在着环保压力大、可持续发展性差等缺点。因此，需要加强电解铝烟气的深度治理。如何开展脱硫脱氟的深度处理成为环保工作者的重要课题。在本文中对湿法脱硫系统在电解铝烟气脱硫脱氟治理中的应用进行研究，为行业的可持续性发展做出自己应有的贡献。
　　关键词：电解铝;湿法脱硫系统;电解烟气;可持续性发展;脱硫脱氟
　　中图分类号：X781    文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00
　　1湿法脱硫系统
　　湿法脱硫是指采用液体吸收剂（如水或碱性溶液）去除烟气中的SO2。它的优点是脱硫效率高、设备小、投资省、操作简单以及占地面积小;缺点是易造成二次污染，存在废水的后处理问题，能耗高，特别是净化后烟气的温度低，不利于烟囱排气的扩散，易产生“白烟”。
　　湿法脱硫主要有钙法、钠法，还有海水脱硫法、磷铵复肥法、液相催化法等多种技术。目前，主要采用“石灰石-石膏法脱硫”脱硫技术，该技术是世界上技术最成熟、运行状况最稳定、最经济的脱硫技术。
　　2石灰石-石膏法脱硫
　　石灰石-石膏法脱硫系统是以石灰浆液作为脱硫吸收剂的一种脱硫工艺系统，CaCO3与SO2首先反应生成CaSO3，然后氧化成CaSO4，最终产物为石膏的工艺过程[1]。
　　石灰石-石膏法脱硫工艺采用CaCO3作为脱硫剂，较之其它脱硫工艺具有以下特点：（1）基建投资低，工程投资仅为其它工艺的30%～65%;（2）脱硫效率高，最高可达95%以上，运行可靠性高;（3）运行费用低，能耗指标低; （4）副产物处置工艺成熟，无二次污染;（5）占地面积小，流程简单;（6）通过计算机数值模拟优化了系统设计;（7）通过烟气流速的优化设计，达到低阻力、节能的运行效果;（8）吸收剂——石灰石来源广泛，价格便宜;（9）采用塔底储存循环液、塔内扰动曝气的方式，可以减少投资，防止塔内沉积。
　　2.1石灰石-石膏法脱硫原理
　　烟气中的SO2和SO3与浆液发生如下反应：
　　SO2+H2O→HSO3-+H+
　　SO3+H2O→H2SO4
　　SO3与水生成的H2SO4可以迅速与石灰石浆液发生反应。
　　SO2、F、SO3与石灰石浆液发生如下反应：
　　Ca2++2OH-+HSO3-+2H+→Ca2++HSO3-+2H2O
　　Ca2++2OH- +2F-+2H+→ Ca2++F-+2H2O
　　Ca2++2OH-+SO42-+2H+→Ca2++SO42-+2H2O
　　进入SO2吸收塔浆液池内的O2将CaSO3氧化成CaSO4，生成石膏：
　　HSO3-+O2→2SO42-+2H+
　　Ca2++ SO42-+2H2O→CaSO4·2H2O
　　2.2石灰石-石膏法脱硫的工艺流程
　　电解槽产生的烟气，首先经过两段逆流干法除尘系统处理，然后通过主引风机输送至SO2吸收塔，在多层喷淋层的作用下与吸收剂充分接触，从而达到脱除烟气中SO2和氟化物的目的。反应后的烟气经喷淋塔上方的高效除雾器分离出烟气中的雾滴和小水滴，最后达标烟气通过烟囱排放。
　　SO2吸收塔塔底生成的石膏浆液由石膏排出泵排出后，依次进入一级石膏旋流器、二级真空皮带脱水机，最后制成石膏滤饼存储在石膏暂存间内。
　　3国家或行业相关标准
　　目前，石灰石—石膏湿法脱硫在电力行业中的应用较多，技术积累较多。电解铝行业暂无相关标准，考虑到二者烟气的性质及参数具有较大的可比性。因此，电解铝行业烟气的湿法脱硫系统将参考电力行业的相关标准作为依据，与“石灰石—石膏湿法脱硫”相关的标准如下：
　　《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》 DL/T 998;
　　《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》DL/T 5196;
　　《火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法》HJ/T179;
　　《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指標》DL/T 997。
　　4系统组成
　　石灰石-石膏法脱硫系统主要包括烟气系统、脱硫剂制备系统、SO2吸收系统、工艺水系统、副产物处理系统，最核心的部分是SO2吸收系统。
　　4.1烟气系统
　　烟气系统主要由烟道、直排烟囱、挡板门等组成。
　　在电解铝生产100%BMCR的工况条件下烟气系统都能正常工作，并留有5%的备用量。在SO2吸收塔的进出口烟道上设置挡板门。目前的环保政策已不允许设置脱硫旁路系统，因此脱硫系统将不设置旁路挡板门及配套的烟道。
　　4.2脱硫剂制备系统
　　脱硫剂制备系统主要由石灰石仓、浆液制备箱以及输送系统组成。
　　脱硫剂制备系统的控制已经实现自动化远程控制，可以大幅度降低操作人员的劳动强度，并能保证脱硫剂浆液浓度的稳定性。石灰石仓采用钢结构，需要能存储系统正常运行7天的吸收剂消耗量。石灰石仓配有无料斗的仓顶除尘器和料位计等设备。贮仓的底部下料口设有专用防堵装置，并配有加热装置以防止脱硫剂粉吸潮。
　　石灰石粉进入浆液制备箱通过熟化反应生成浆液。浆液箱中的脱硫剂通过浆液泵送至SO2吸收塔。浆液补充泵采用变频调节，浆液补充泵的实际供浆量是可调整的，通过烟气负荷、进出口SO2的浓度、循环液的pH值进行联锁控制和调节。
　　4.3 SO2吸收系统
　　4.3.1 SO2吸收系统设计原则 　　（1）SO2吸收塔内的所有部件均可以承受进口最高烟气温度以及最大气流的冲击，高温烟气及烟气流量的变化不能对系统和设备造成损害。
　　（2）SO2吸收塔壳体的结构设计能承受压力荷载、管道力和力矩、风载荷、雪载荷、地震载荷，以及承受所有其他加在SO2吸收塔上的载荷。
　　4.3.2 SO2吸收塔的选择
　　SO2吸收塔有多种形式，根据结构可以分为：喷淋塔、板式塔、填料塔流化床和文丘里洗涤器、自激式和机械力洗涤器、离心水膜洗涤器等形式。目前喷淋塔是应用最广泛的塔型。
　　喷淋塔的优点是：空塔风速高，体积小，造价低。
　　喷淋塔的结构由下往上分别为：储液段—烟气进入段—SO2吸收段—脱水除雾段。其中储液段又分为氧化区和中和区。塔内的SO2吸收段设置多层雾化喷嘴，循环液通过喷嘴向下喷洒吸收由下而上的逆流烟气中的SO2。
　　4.3.3 SO2吸收系统
　　SO2吸收系统主要由SO2吸收塔入口系统、循环喷淋系统、脱水除雾系统和搅拌系统等组成。
　　（1）SO2吸收塔入口系统。待处理的烟气通过烟气系统后，为了避免超出设计值温度的烟气对塔体造成损坏，在SO2吸收塔的入口处设有喷淋降温系统。经过温度调整的烟气进入SO2吸收塔后与脱硫吸收剂进行反应。
　　（2）循环喷淋系统。吸收塔内装有底部开孔的托盘，喷淋层喷下的浆液在托盘底部形成液膜。烟气在通过托盘时，在托盘孔的作用下烟气将重新均布，从而提高了脱硫效率。同时，当烟气通过托盘的液膜时烟气中的粉尘也得到了净化处理。
　　循环喷淋系统配置3台循环泵对应3层喷淋层，采用空心蜗壳喷嘴后覆盖率>250%，通过增加传质面积，延长液滴在吸收塔内的停留时间，最终可以取得良好的脱硫效率。
　　（3）脱水除雾系统。脱水除雾系统包含1套独立的冲洗装置，除雾器的控制按照按压差（优先级）或时间进行控制。
　　脱硫后的烟气通过循环喷淋层上方设置的三层屋脊式除雾器分离烟气中的液滴及粉尘，处理后烟气中的雾滴含量<25mg/Nm3，粉尘含量<4mg/Nm3，氟化物含量<0.5mg/Nm3。
　　（4）搅拌系统。循环喷淋系统的循环浆液平时储存在吸收塔的底部，通过罗茨风机鼓入的空气进行氧化反应，将亚硫酸盐氧化为硫酸盐，最后通过石膏排出泵送至副产物处置系统。同时为了防止塔内浆液的沉积阻塞，在塔底设置合理的搅拌系统。
　　4.4工艺水系统
　　工艺水系统主要由工艺水箱、除雾器冲洗水泵、工艺水管道和工艺水泵等组成。
　　SO2吸收塔塔内的水蒸发和石膏含水会造成脱硫系统的水损失，為了维持脱硫系统的水平衡，必须对脱硫系统进行合理补水。同时制备浆液系统、停机自动冲洗等都需要使用工艺水。
　　工艺水系统通常设置1套工艺水箱，2台工艺水泵（1用1备）、2台除雾器冲洗水泵（1用1备）。
　　工艺水的水质要求：[Cl-]≤100mg/L，压力>0.3MPa。工艺水管路采用碳钢材质，在必要的地方设置检修隔离阀，Y型过滤器等部件。
　　4.5副产物处理系统
　　副产物处理系统主要包括氧化系统、石膏排出泵、石膏水力旋流器、真空皮带脱水机、石膏暂存库、滤液池等设备。
　　SO2吸收塔底部存贮的脱硫液经过多次循环使用后，其主要成分是亚硫酸盐。罗茨风机鼓入的空气对亚硫酸盐进行氧化，从塔内浆液池排出的石膏浆固含量约为17%～20%，石膏浆经水力旋流器浓缩至固含量约45%～50%后，进入石膏真空皮带脱水机进行二次脱水，经脱水处理后的石膏固体物表面含水率通常为8-10%，脱水后的石膏送入石膏暂存库中存放。
　　参考文献
　　[1]郝吉明.大气污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1989：329-344.
　　收稿日期：2020-01-20
　　作者简介：何爱玲（1981—），女，河北滦县人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：环境保护。
　　Application of Wet Desulphurization System in Desulphurization and Defluorination of Electrolytic Aluminum Gas
　　HE Ai-ling ZHANG-wei
　　（Shenyang Academy of Environmental Science，Shenyang Liaoning 110016）
　　Abstract： In the 21st century，China's electrolytic aluminum industry has been rapidly developed，especially the successful application of 600kA cell，indicating that China's electrolytic aluminum industry occupies an important position in the world aluminum industry. However，the electrolytic aluminum industry in China is facing great pressure of environmental protection and poor sustainability. Therefore，it is necessary to strengthen the depth treatment of electrolytic aluminum gas. How to carry out deep treatment of desulfurization and defluorination has become an important topic for environmental protection workers. In this paper，the application of wet desulphurization system in desulphurization and defluorination of electrolytic aluminum gas is studied to make its own contribution to the sustainable development of the industry.
　　Key words： electrolytic aluminum;wet desulphurization system;electrolytic aluminum gas;sustainable development;desulphurization and defluorination
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