鎳精礦干燥尾氣脫硫塔的改進(jìn)與應(yīng)用

遲 建

（金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌737100）

金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠（以下簡(jiǎn)稱金川鎳冶煉廠）鎳閃速爐鎳精礦在干燥工序中產(chǎn)生的大量低濃度二氧化硫尾氣需治理后達(dá)標(biāo)排放。鎳冶煉廠濕法生產(chǎn)中，鎳電解余氯吸收系統(tǒng)每天產(chǎn)生大量堿性廢水排入渣水池，用于爐渣水淬或送水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。金川鎳冶煉廠采用湍沖塔作為鎳精礦干燥尾氣的脫硫塔，利用鎳電解余氯吸收系統(tǒng)的堿性廢水作脫硫劑，處理鎳精礦干燥尾氣[1-2]。同時(shí)，將脫硫塔加以改造，使脫硫塔實(shí)現(xiàn)一塔二用，即采用余氯吸收系統(tǒng)的堿性廢水獨(dú)立吸收鎳精礦干燥尾氣或用堿液獨(dú)立吸收尾氣，也可用堿性廢水和堿液聯(lián)合吸收尾氣。當(dāng)二氧化硫濃度較低時(shí)，采用堿性廢水吸收尾氣，尾氣即可達(dá)標(biāo)；當(dāng)二氧化硫濃度較高時(shí)，補(bǔ)充堿液可保證尾氣達(dá)標(biāo)。

1 堿性廢水主要組分及脫硫機(jī)理

1.1 堿性廢水主要組分

金川鎳冶煉廠鎳電解濕法生產(chǎn)過程中余氯吸收系統(tǒng)產(chǎn)生的堿性廢水，主要組分為NaOH，Na2CO3和 NaHCO3，分 別 為 w(NaOH)0.5%~1.5%、w(Na2CO3)3%~8%和 w(NaHCO3)0.4%~0.8%，pH值為7~9。

1.2 堿性廢水脫硫機(jī)理

堿性廢水脫硫過程發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為[3]：

2NaOH+SO2→ Na2SO3+H2O

Na2CO3+SO2+H2O → NaHCO3+NaHSO3

Na2CO3+NaHSO3→ NaHCO3+Na2SO3

2Na2CO3+SO2+H2O → 2NaHCO3+Na2SO3

Na2SO3+SO2+H2O → 2NaHSO3

NaHCO3+SO2→ NaHSO3+CO2

SO2+H2O → H2SO3

2 工藝技術(shù)方案

2.1 工藝流程

余氯吸收系統(tǒng)的堿性廢水脫硫工藝流程見圖1。

圖1 堿性廢水脫硫工藝流程

在鎳精礦干燥系統(tǒng)電收塵器后設(shè)置脫硫裝置，由風(fēng)機(jī)將含有低濃度二氧化硫的鎳精礦干燥尾氣送入脫硫塔，循環(huán)泵將堿性廢水分別送至脫硫塔逆噴管及噴淋裝置。在逆噴管中，煙氣與堿性廢水接觸，產(chǎn)生泡沫區(qū)，在泡沫區(qū)堿性廢水中的NaOH，Na2CO3與煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，完成煙氣中SO2的第一次吸收。此后，煙氣進(jìn)入氣液分離槽，在氣液分離槽內(nèi)煙氣與噴淋裝置自上而下的噴淋液逆流接觸、反應(yīng)，完成煙氣中SO2的第二次吸收。氣體經(jīng)除霧器除霧、除塵、除水達(dá)標(biāo)后，由煙囪排空。脫硫塔堿性廢水吸收SO2接近飽和時(shí)，飽和循環(huán)液外排泵將循環(huán)液打入渣水池用于爐渣水淬或送入水處理工序，外排尾氣SO2濃度通過循環(huán)液pH值控制。脫硫塔脫硫液pH值低于7.0時(shí)，補(bǔ)堿管路電動(dòng)閥自動(dòng)打開，堿液泵自動(dòng)開啟補(bǔ)堿；脫硫液pH值達(dá)到9.0時(shí)，堿液泵自動(dòng)停止，補(bǔ)堿管路電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉。該工藝的特點(diǎn)是操作靈活性高，排放尾氣的SO2濃度可通過調(diào)節(jié)脫硫液的pH值控制，滿足國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 工藝參數(shù)

金川鎳冶煉廠低濃度二氧化硫煙氣量100 000 m3/h，溫度在 80~130 ℃，ρ(SO2)為 2~9 g/m3，塵 (ρ)低 于 400 mg/m3，ρ(H2O)低 于 100 g/m3。2019 年 6月10—17日脫硫裝置運(yùn)行指標(biāo)見表1，2019年6月18日脫硫裝置運(yùn)行指標(biāo)見表2。

表1 2019年6月10—17日脫硫裝置運(yùn)行指標(biāo)

表2 2019年6月18日脫硫裝置運(yùn)行指標(biāo)

2.3 脫硫塔的改進(jìn)

脫硫塔是尾氣脫硫系統(tǒng)的核心設(shè)備，該塔同時(shí)具備洗滌、脫硫、降溫、捕水、捕沫和循環(huán)液儲(chǔ)存的功能。塔體中上部采用多級(jí)槽式分液裝置[4]，既提高分液均勻度，又減少酸霧、堿霧的產(chǎn)生。塔頂部設(shè)置折流板除霧器及沖洗管，阻力較小，除霧效果滿足環(huán)保要求。捕沫裝置配置噴淋設(shè)備，清除捕沫板上捕集的煙氣雜質(zhì)、結(jié)晶物，使脫硫塔始終在正常條件下運(yùn)行。

對(duì)脫硫塔改進(jìn)后，當(dāng)電收塵器出口SO2濃度較低時(shí)，采用堿性廢水吸收尾氣，尾氣即可達(dá)標(biāo)；當(dāng)電收塵器出口堿液濃度較高時(shí)，可補(bǔ)充堿液，保證尾氣達(dá)標(biāo)。改進(jìn)方案是在原塔體中部增加噴淋裝置、氣液分離裝置和噴淋液接液裝置，并在脫硫塔外設(shè)置一個(gè)獨(dú)立堿液循環(huán)槽，堿液循環(huán)泵將堿液循環(huán)槽內(nèi)的堿液送入塔上部噴淋裝置對(duì)煙氣洗滌、吸收，堿液噴淋液在氣液分離罩和噴淋液接液槽的作用下，經(jīng)回流管回到堿液循環(huán)槽，保證堿液噴淋液?jiǎn)为?dú)進(jìn)入堿液循環(huán)系統(tǒng)。下部噴淋裝置用堿性廢水進(jìn)行噴淋吸收，噴淋液進(jìn)入塔體，塔主體結(jié)構(gòu)呈塔槽一體形式，在有限的空間形成“1塔2槽”配置。正常運(yùn)行時(shí)，塔內(nèi)完成堿性廢水吸收SO2工藝；尾氣濃度較高時(shí)，利用外槽實(shí)現(xiàn)堿洗工藝過程。脫硫塔改進(jìn)后干燥尾氣處理工藝流程見圖2。

圖2 脫硫塔改進(jìn)后干燥尾氣處理工藝流程

改進(jìn)后，脫硫塔實(shí)現(xiàn)一塔二用，在脫硫塔內(nèi)完成堿性廢水或堿液對(duì)干燥尾氣的洗滌、吸收。該法針對(duì)性強(qiáng)，堿性廢水得到充分利用，而且能夠避免堿性廢水pH值變化對(duì)尾氣達(dá)標(biāo)的影響，有效降低了設(shè)備投資及運(yùn)行成本，避免脫硫系統(tǒng)大負(fù)荷長(zhǎng)周期運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低成本運(yùn)行。

2.4 熱量的移除

堿液吸收尾氣中的SO2是放熱的化學(xué)反應(yīng)，尾氣吸收系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)（反應(yīng)產(chǎn)生的熱正好與尾氣絕熱蒸發(fā)帶走的熱量平衡）的循環(huán)液溫度與煙氣中SO2濃度直接相關(guān)。按該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，尾氣ρ(SO2)為2 g/m3時(shí)，循環(huán)液溫度為39 ℃；尾氣ρ(SO2)為9 g/m3時(shí)，循環(huán)液溫度為54 ℃，滿足尾氣吸收系統(tǒng)的設(shè)備要求。

2.5 尾氣吸收液處理

采用堿性廢水和堿液對(duì)尾氣脫硫，吸收液排入渣水池，用于爐渣水淬或送水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，不僅實(shí)現(xiàn)了余氯吸收廢水利用，而且可替代部分新水。

3 結(jié)語(yǔ)

金川鎳冶煉廠采用湍沖塔作為鎳精礦低濃度二氧化硫干燥尾氣脫硫塔，用余氯吸收系統(tǒng)的廢水作為脫硫劑，結(jié)合湍沖塔和干燥尾氣的工藝特點(diǎn)，對(duì)脫硫塔進(jìn)行改造，形成了集雙循環(huán)系統(tǒng)、氣移熱、捕沫等功能為一體的多功能脫硫塔，實(shí)現(xiàn)了尾氣的達(dá)標(biāo)治理。通過用堿性廢水替代部分堿液和水，既降低了堿耗，又減少了堿性廢水的處理費(fèi)用，同時(shí)為低濃度煙氣和堿性廢液的處理提供了方向。