電解煙氣脫硫除塵降氟技術的應用
摘要：隨著大氣污染物排放要求的日趨嚴格,電解煙氣的治理成為行業內關注的焦點。為了實現電解煙氣的"超低排放",本文以某企業的改造工程為例,首先對當前污染物的排放進行分析,確定合理的改造方案;其次對電解煙氣脫硫除塵降氟的原理,工藝系統組成等進行論述;最后對污染物減排量進行分析,確保污染物的排放總量滿足要求。
2018 年1 月環保部印發《關于京津冀大氣污染傳輸通道城市執行大氣污染物特別排放限值的公告》，決定自2018 年10 月1 日起在京津冀大氣污染傳輸通道城市執行大氣污染物特別排放限值。山東省的《山東省區域性大氣污染物綜合排放標準》規定，自2020 年1 月1 日起，在核心控制區內的現有企業二氧化硫的排放濃度為35mg/Nm3、顆粒物排放濃度為5mg/Nm3。鑒于電解煙氣量大、含硫濃度較低、且含有氟化物的特點，采用成熟可靠的技術，實現電解煙氣的脫硫除塵降氟、滿足達標排放已刻不容緩。另外，受到污染物排放總量的控制，僅僅滿足達標排放不能完全滿足企業發展的需要，因此實現鋁工業大氣污染物的“超低排放”有重要的現實意義，本文將通過山東某企業電解煙氣治理工程來介紹相關技術的應用。
1 煙氣凈化系統概況
本文以山東某鋁廠的1 個300kA 電解系列為例來介紹。該電解系列共安裝156 臺電解槽，配置2 套干法凈化系統；每套凈化系統負責處理78 臺電解槽排出的煙氣，煙氣溫度為100~130℃，煙氣量為961000m3/h。干法凈化系統的新鮮氧化鋁通過管道反應器加入到排煙管道，載氟氧化鋁也通過管道反應器加入到排煙管，一起進入除塵器。經過除塵器過濾，收集到的載氟氧化鋁進入貯倉，一部分進入電解槽供生產使用，一部分進入管道反應器繼續進行吸附反應。而經過除塵器過濾后的煙氣，通過風機經煙囪排放到大氣中。根據監測數據，治理前電解煙氣中顆粒物排放平均濃度約14.9mg/Nm3，二氧化硫平均排放濃度約175mg/Nm3，氟化物排放濃度3mg/Nm3。治理前電解煙氣大氣污染物的排放符合《鋁工業污染物排放標準》的規定，但不能滿足特別排放限值的要求，更不用說更為嚴格“超低排放”的要求。
2 工程內容
為實現電解煙氣污染物的“超低排放”，即二氧化硫排放濃度不超過35mg/Nm3，顆粒物排放濃度不超過5mg/Nm3，氟化物排放濃度不超過1mg/Nm3。本項目在干法凈化系統后增加濕法煙氣處理系統。
（1）改造方案。石灰石- 石膏法脫硫技術是將石灰石粉加水制成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度后，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水，使其含水量小于10%，然后用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫后的煙氣經過除霧器除去霧滴，由煙囪排入大氣。
（2）原理。電解煙氣進行脫硫除塵降氟協同處理，主要原理如下：
電解煙氣中的二氧化硫和三氧化硫與漿液液滴中的水發生反應，反應方程式如下：
上述綜合反應式中列出了主要的反應物和生成物，但是，要理解關鍵的過程變量和脫硫系統性能之間的關系仍需要了解大量的細節。上述工藝過程中的各種反應可以分為三大類：氣- 液反應，液- 液反應和液- 固反應。這些反應中任一反應的速率都會控制和限制系統的二氧化硫脫除。
（3）工藝系統組成。電解槽產生的煙氣由干法凈化系統后的主排煙風機排出，經煙氣系統進入脫硫吸收塔，煙氣依次通過多孔托盤和2 層噴淋層，與脫硫吸收劑充分接觸，脫除煙氣中的二氧化硫，同時協同捕集煙氣中的粉塵和氟化物等。之后煙氣經脫硫吸收塔上方的屋脊式除霧器分離出凈煙氣中的霧滴，再經煙囪排放。本工程的濕法煙氣處理工藝系統主要包括：煙氣系統、脫硫劑制備系統、脫硫吸收系統、副產物處置系統、事故漿液系統、工藝水系統以及其他輔助系統等，其中，脫硫吸收系統是本系統的核心部分。根據電解煙氣量，經計算確定吸收塔體直徑為9.0m，漿液循環量為7400m3/h，則單層噴淋循環量量為3700m3/h。為增強脫硫除塵和降氟的效果，在吸收塔內設置一層托盤，托盤上部噴淋層噴下的漿液在托盤底部形成一層液膜，從煙氣入口段進入的煙氣首先通過托盤，在托盤孔的強制作用下，煙氣重新分布，均勻通過托盤，從而大大提高脫硫和降氟效率。本工程的循環噴淋系統配置2 臺循環泵對應于2 層噴淋層，噴嘴采用空心錐蝸殼噴嘴，單層噴淋的覆蓋率大于200%，可以形成良好的霧化區域，增加傳質表面積，延長液滴在塔內的停留時間，從而達到最佳的脫硫效率。處理后的煙氣通過循環噴淋層上方設置的三層屋脊式除霧器，分離凈煙氣中夾帶的液滴及粉塵，經塔頂煙囪排出。
3 污染物的減排
根據驗收時的檢測數據顯示，改造后的污染物的排放指標優于的“超低排放”指標，二氧化硫排放濃度為~10mg/Nm3，顆粒物排放濃度為~2mg/Nm3，氟化物排放濃度為~0.1mg/Nm3，這樣企業每年削減污染物的排放量二氧化硫約為969噸、粉塵約為73 噸、氟化物約為16 噸，全廠大氣污染物的排放總量控制在環保部門許可的年排放總量以內。本項目的實施，有效的控制了全廠污染物的排放，改善了當地大氣環境質量。
4 結語
通過上述分析和介紹可知，在干法凈化工藝基礎上，采用濕法脫硫除塵降氟協同處理技術去除煙氣中的污染物，能夠滿足電解煙氣污染物的“超低排放”的要求，提高了企業污染物減排能力，改善了當地大氣環境質量。這不僅是落實國家環保政策要求，也是降低環保違法風險的需要，有效地防范落后產能淘汰，有力地支撐企業健康持續發展。本工程的成功實施，為已建成電解鋁廠的電解煙氣治理提供了可參考的案例。
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