摘要：大冶有色金屬有限責(zé)任公司冶煉廠現(xiàn)有2套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng),用于處理火法銅冶煉環(huán)境集煙,系統(tǒng)采用水洗除塵、鈉堿法脫硫工藝。經(jīng)過(guò)近3年的改造完善與提標(biāo)升級(jí),外排尾氣大部分指標(biāo)達(dá)到了GB 25467—2010/XG1-2013《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(修改單)中的特別排放限值,實(shí)現(xiàn)了環(huán)保指標(biāo)的提升與硫資源的回收,取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

大冶有色金屬有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)大冶有色)冶煉廠銅冶煉采用澳斯麥特爐熔煉+沉降電爐+PS 轉(zhuǎn)爐吹煉+陽(yáng)極爐精煉工藝，銅冶煉的主要原料為銅精礦，除含有銅、鐵、硅外，還含有大量的硫和少量的砷和鉛等重金屬。在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，由于爐子傾轉(zhuǎn)、爐門(mén)開(kāi)啟、放銅/ 放渣等操作，熔煉、吹煉、精煉工序均存在含SO2和有害煙塵的氣體從爐口周?chē)萆⒊鰜?lái)的情況，影響人體健康、惡化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境 。

原各逸散點(diǎn)均設(shè)置有集煙罩，溢散煙氣經(jīng)集煙風(fēng)機(jī)收集后送往廠區(qū)120m高環(huán)保煙囪高空排放，但此方法逐漸無(wú)法適應(yīng)新的環(huán)保要求，必須對(duì)銅冶煉煙氣進(jìn)行環(huán)保治理、實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

大冶有色冶煉廠于2015年增設(shè)2套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)，并配套建設(shè)無(wú)水亞硫酸鈉生產(chǎn)裝置。經(jīng)過(guò)近3 年來(lái)不斷改造升級(jí)完善，目前基本實(shí)現(xiàn)環(huán)集煙氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)外排，削減SO2及重金屬排放總量的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了硫資源的回收。

1 環(huán)集系統(tǒng)

1.1 主要反應(yīng)機(jī)理

鈉堿法脫硫工藝是利用Na2CO3溶液吸收煙氣中的SO2，生成含Na2SO3和NaHSO3的混合飽和溶液，以實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫、確保環(huán)集尾氣達(dá)標(biāo)排放。

Na2CO3 +SO2 →Na2SO3 +CO2

Na2SO3 +SO2 +H2O →2NaHSO3

脫硫后的飽和溶液與Na2 CO3反應(yīng)生成Na2 SO3過(guò)飽和溶液，利用Na2SO3和NaHSO3的溶液度不同的特性，將Na2SO3從溶液中結(jié)晶析出，經(jīng)提濃、離心、干燥后精制為無(wú)水亞硫酸鈉產(chǎn)品。

2NaHSO3 +Na2CO3 →2Na2SO3 +H2O+CO2

1.2 工藝流程

1.21 煙氣收集系統(tǒng)

大冶有色2套環(huán)集系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)澳斯麥特爐、電爐與PS轉(zhuǎn)爐(共5臺(tái)，4H3B生產(chǎn)模式)、陽(yáng)極爐(共3臺(tái))環(huán)集煙氣，環(huán)境集煙系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

各煙氣逸散點(diǎn)設(shè)置了各種尺寸的排煙罩，通過(guò)集煙風(fēng)機(jī)對(duì)罩內(nèi)抽風(fēng)使其形成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)散排煙氣的收集 。

2套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)煙氣條件見(jiàn)表1。

1.2.2 除塵脫硫系統(tǒng)

2 套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的工藝流程相同，工藝流程如圖2所示。

從環(huán)集風(fēng)機(jī)輸出的煙氣，先進(jìn)入凈化塔洗滌，經(jīng)水洗除去煙氣中的粉塵、重金屬、SO3等雜質(zhì)，得到較為潔凈的SO2煙氣，再進(jìn)入脫硫塔與堿液完成脫硫反應(yīng)，經(jīng)電除霧器(初始設(shè)計(jì)無(wú)，后續(xù)改造新增)去除酸霧及余下少量煙塵后，至塔頂煙囪達(dá)標(biāo)排放 。

1.2.3 亞硫酸鈉副產(chǎn)系統(tǒng)

從脫硫塔外排的飽和NaHSO3溶液送至亞硫酸鈉中和系統(tǒng)，與Na2CO3溶液發(fā)生反應(yīng)生成過(guò)飽和Na2SO3溶液，過(guò)飽和的Na2SO3結(jié)晶從溶液中析出、形成濃漿送至中間槽，進(jìn)入離心機(jī)分離出Na2SO3晶體，經(jīng)過(guò)皮帶輸送機(jī)送至氣流干燥系統(tǒng)去除水分，得到純度大于或等于96%的無(wú)水Na2SO3副產(chǎn)品。該套副產(chǎn)品系統(tǒng)交由第三方運(yùn)營(yíng)，目前運(yùn)行正常，亞硫酸鈉產(chǎn)量約100 t/ d。

1.3 主要設(shè)備

2 套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的凈化采用動(dòng)力波洗滌塔，脫硫采用動(dòng)力波湍沖洗滌塔(2層)與旋切流噴頭相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)高效除塵與脫硫。各塔塔體材質(zhì)為鋼襯玻璃鱗片，塔內(nèi)設(shè)置波紋除霧器及沖洗裝置，確保尾氣酸霧指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

系統(tǒng)采用DCS 集中控制，將脫硫液pH 值、尾氣SO2濃度及堿液添加閥進(jìn)行聯(lián)鎖，確保尾氣指標(biāo)及時(shí)反饋、受控。系統(tǒng)主要設(shè)備及其參數(shù)見(jiàn)表2。

2 系統(tǒng)運(yùn)行情況

目前2 套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，環(huán)境集煙一系統(tǒng)尾氣排放顆粒物(ρ)≤10 mg/m3，出口酸霧(ρ) ≤ 20 mg/ m3，達(dá)到GB 25467—2010/ XG1—2013《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(修改單)中特別排放限值指標(biāo)要求(其中環(huán)境集煙二系統(tǒng)的尾排電除霧器在建，待建成后指標(biāo)將進(jìn)一步優(yōu)化)。

系統(tǒng)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表3。

3 存在的問(wèn)題及處理

3.1 脫硫后尾氣塵指標(biāo)偏高，霧氣大

系統(tǒng)運(yùn)行初期，2套系統(tǒng)尾氣的含塵(顆粒物)指標(biāo)無(wú)法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，經(jīng)排查主要有兩方面原因：

①動(dòng)力波洗滌塔除塵效率一般僅60%～70%，環(huán)集煙氣含塵隨冶煉爐工況變化存在較大波動(dòng)，控制不穩(wěn)定;②受尾氣含塵(顆粒物)指標(biāo)檢測(cè)方法影響，鈉堿法在脫硫反應(yīng)時(shí)形成的細(xì)小顆粒，容易導(dǎo)致該結(jié)果出現(xiàn)正偏差。此外，雖然出口尾氣中SO2和酸霧指標(biāo)是達(dá)標(biāo)的，但因反應(yīng)熱影響，導(dǎo)致排放尾氣中含水量增加，尾氣霧氣大、外觀不佳。

針對(duì)以上問(wèn)題，2018年8月在環(huán)境集煙一系統(tǒng)的脫硫塔出口增設(shè)了1 臺(tái)濕式電除霧器，目前該裝置已正常投用，對(duì)應(yīng)出口尾氣中含塵質(zhì)量濃度在4～7mg/ m3，尾氣霧氣大的情況也得到了改善。

3.2 水洗塔外排稀酸量偏大

改造前，在正常生產(chǎn)過(guò)程中2套環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的凈化洗滌塔需要通過(guò)定期開(kāi)路循環(huán)稀酸至制酸凈化工序(80～100 m3 / d)，并補(bǔ)充新水以維持較低的稀酸含塵量，從而保證系統(tǒng)的除塵效率。但由于大量的開(kāi)路稀酸，加重了污酸工序的處理負(fù)荷，有時(shí)會(huì)影響制酸系統(tǒng)凈化工序的正常生產(chǎn)。

為控制環(huán)集煙氣除塵脫硫系統(tǒng)的稀酸外排量，2018年4月在2個(gè)水洗塔各新增1 套斜板沉器-壓濾系統(tǒng)，利用斜板沉降器濃縮循環(huán)液及壓濾機(jī)除渣。

改造后，2套系統(tǒng)水洗塔外排稀酸量降低至5～10m3/ d，實(shí)現(xiàn)了污酸減量化。凈化洗滌塔的除塵效率上升5%，回收含Cu，Pb等金屬渣量(干基)約450t/ a。

3.3 脫硫外排液成分復(fù)雜

正常情況下，2 套系統(tǒng)的脫硫塔生成的是含Na2SO3和NaHSO3的混合溶液，但根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)及鈉堿法脫硫相關(guān)研究表明：該脫硫液存在20% ～30%自氧化，導(dǎo)致外排液中含有一定量的Na2 O4，影響副產(chǎn)品生產(chǎn)工況及品位。

當(dāng)副產(chǎn)品生產(chǎn)工況異常時(shí)，該部分還原性脫硫液無(wú)較好的處理去向。若直接排入廠區(qū)生產(chǎn)廢水管網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致外排水COD超標(biāo);若大量送至污酸處理工序會(huì)導(dǎo)致原液鹽分偏高，影響正常的除砷效率。

該氧化機(jī)理目前尚未得到充分論證，現(xiàn)階段采取的臨時(shí)措施是設(shè)立事故收集池，系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)將脫硫液導(dǎo)入事故池，通過(guò)控制，少量多次平穩(wěn)地送入污酸工序進(jìn)行處理，最大程度降低對(duì)各工序的影響。

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行阻力大，煙氣量偏低

2套環(huán)集系統(tǒng)各塔均采用動(dòng)力波洗滌塔，單塔系統(tǒng)阻力較高(2.3～3.0kPa)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)風(fēng)量小、集煙罩處的負(fù)壓偏低，影響煙氣收集效果。

2018年10月，將2個(gè)凈化洗滌塔內(nèi)的動(dòng)力波洗滌塔逆噴洗滌更換為塔體噴淋洗滌，單塔阻力降低了1.5kPa以上(除塵效率保持65%～68%未變)，系統(tǒng)通氣量上漲25%左右，集煙罩處的負(fù)壓普遍上漲了200～500 Pa。

3.5 塔體內(nèi)襯脫落，塔壁腐蝕穿孔

2套系統(tǒng)水洗塔、脫硫塔內(nèi)襯玻璃鱗片運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的脫落，致使裸露鋼制塔壁與稀酸或脫硫液接觸后，形成局部腐蝕、穿孔，影響塔體正常安全運(yùn)行。利用系統(tǒng)檢修時(shí)機(jī)，將各塔內(nèi)襯玻璃鱗片全部清除、打磨干凈，對(duì)各塔內(nèi)壁重新襯膠處理后，該問(wèn)題得到解決。

3.6 冬季亞硫酸鈉溶液易結(jié)晶堵塞

由于亞硫酸鈉在低溫下溶解度較低，在冬季等低溫條件下，脫硫塔及外排管道頻繁出現(xiàn)溶液結(jié)晶發(fā)生凍結(jié)，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。為避免結(jié)晶凍結(jié)，具體采取兩方面措施：①低溫環(huán)境下減少系統(tǒng)漏風(fēng)量，盡可能提高進(jìn)氣溫度，以提升脫硫液溫度;②對(duì)管道進(jìn)行改造，在脫硫液循環(huán)與外排管道上安裝蒸汽伴熱套管及保溫，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供熱，保證脫硫液溫度大于或等于15℃，可有效避免脫硫液結(jié)晶。

4 結(jié)語(yǔ)

大冶有色積極響應(yīng)當(dāng)前的環(huán)保要求，在原煙氣收集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配套增設(shè)洗滌除塵、鈉堿法脫硫系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合GB 25467—2010/ XG1—2013《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(修改單)特別排放限值要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)完善及升級(jí)改造，不斷提升系統(tǒng)的除塵、脫硫效率，大幅削減了SO2及重金屬排放總量，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

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