电解烟气脱硫除尘降氟技术的应用

刘总兵

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

2018年1月环保部印发《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》，决定自2018年10月1日起在京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值。山东省的《山东省区域性大气污染物综合排放标准》规定，自2020年1月1日起，在核心控制区内的现有企业二氧化硫的排放浓度为35mg/Nm3、颗粒物排放浓度为5mg/Nm3。鉴于电解烟气量大、含硫浓度较低、且含有氟化物的特点，采用成熟可靠的技术，实现电解烟气的脱硫除尘降氟、满足达标排放已刻不容缓。另外，受到污染物排放总量的控制，仅仅满足达标排放不能完全满足企业发展的需要，因此实现铝工业大气污染物的“超低排放”有重要的现实意义，本文将通过山东某企业电解烟气治理工程来介绍相关技术的应用。

1 烟气净化系统概况

本文以山东某铝厂的1个300kA电解系列为例来介绍。该电解系列共安装156台电解槽，配置2套干法净化系统；每套净化系统负责处理78台电解槽排出的烟气，烟气温度为100～130℃，烟气量为961000m3/h。干法净化系统的新鲜氧化铝通过管道反应器加入到排烟管道，载氟氧化铝也通过管道反应器加入到排烟管，一起进入除尘器。经过除尘器过滤，收集到的载氟氧化铝进入贮仓，一部分进入电解槽供生产使用，一部分进入管道反应器继续进行吸附反应。而经过除尘器过滤后的烟气，通过风机经烟囱排放到大气中。根据监测数据，治理前电解烟气中颗粒物排放平均浓度约14.9mg/Nm3，二氧化硫平均排放浓度约175mg/Nm3，氟化物排放浓度3mg/Nm3。治理前电解烟气大气污染物的排放符合《铝工业污染物排放标准》的规定，但不能满足特别排放限值的要求，更不用说更为严格“超低排放”的要求。

2 工程内容

为实现电解烟气污染物的“超低排放”，即二氧化硫排放浓度不超过35mg/Nm3，颗粒物排放浓度不超过5mg/Nm3，氟化物排放浓度不超过1mg/Nm3。本项目在干法净化系统后增加湿法烟气处理系统。

（1）改造方案。石灰石-石膏法脱硫技术是将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，由烟囱排入大气。

（2）原理。电解烟气进行脱硫除尘降氟协同处理，主要原理如下：

电解烟气中的二氧化硫和三氧化硫与浆液液滴中的水发生反应，反应方程式如下：

三氧化硫与水生成的硫酸可以在短时间内与石灰石浆液发生反应。浆液水中的石灰石首先发生溶解反应，反应方程式如下：

二氧化硫和三氧化硫与循环浆液发生以下离子反应，

通入脱硫塔浆液池内的氧将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，形成石膏，反应中间氟化钙析出沉淀达到去除氟的目的。反应方程式如下：

上述反应可以综合表示为：

上述综合反应式中列出了主要的反应物和生成物，但是，要理解关键的过程变量和脱硫系统性能之间的关系仍需要了解大量的细节。上述工艺过程中的各种反应可以分为三大类：气-液反应，液-液反应和液-固反应。这些反应中任一反应的速率都会控制和限制系统的二氧化硫脱除。

（3）工艺系统组成。电解槽产生的烟气由干法净化系统后的主排烟风机排出，经烟气系统进入脱硫吸收塔，烟气依次通过多孔托盘和2层喷淋层，与脱硫吸收剂充分接触，脱除烟气中的二氧化硫，同时协同捕集烟气中的粉尘和氟化物等。之后烟气经脱硫吸收塔上方的屋脊式除雾器分离出净烟气中的雾滴，再经烟囱排放。本工程的湿法烟气处理工艺系统主要包括：烟气系统、脱硫剂制备系统、脱硫吸收系统、副产物处置系统、事故浆液系统、工艺水系统以及其他辅助系统等，其中，脱硫吸收系统是本系统的核心部分。根据电解烟气量，经计算确定吸收塔体直径为9.0m，浆液循环量为7400m3/h，则单层喷淋循环量量为3700m3/h。为增强脱硫除尘和降氟的效果，在吸收塔内设置一层托盘，托盘上部喷淋层喷下的浆液在托盘底部形成一层液膜，从烟气入口段进入的烟气首先通过托盘，在托盘孔的强制作用下，烟气重新分布，均匀通过托盘，从而大大提高脱硫和降氟效率。本工程的循环喷淋系统配置2台循环泵对应于2层喷淋层，喷嘴采用空心锥蜗壳喷嘴，单层喷淋的覆盖率大于200%，可以形成良好的雾化区域，增加传质表面积，延长液滴在塔内的停留时间，从而达到最佳的脱硫效率。处理后的烟气通过循环喷淋层上方设置的三层屋脊式除雾器，分离净烟气中夹带的液滴及粉尘，经塔顶烟囱排出。

3 污染物的减排

根据验收时的检测数据显示，改造后的污染物的排放指标优于的“超低排放”指标，二氧化硫排放浓度为～10mg/Nm3，颗粒物排放浓度为～2mg/Nm3，氟化物排放浓度为～0.1mg/Nm3，这样企业每年削减污染物的排放量二氧化硫约为969吨、粉尘约为73吨、氟化物约为16吨，全厂大气污染物的排放总量控制在环保部门许可的年排放总量以内。本项目的实施，有效的控制了全厂污染物的排放，改善了当地大气环境质量。

4 结语

通过上述分析和介绍可知，在干法净化工艺基础上，采用湿法脱硫除尘降氟协同处理技术去除烟气中的污染物，能够满足电解烟气污染物的“超低排放”的要求，提高了企业污染物减排能力，改善了当地大气环境质量。这不仅是落实国家环保政策要求，也是降低环保违法风险的需要，有效地防范落后产能淘汰，有力地支撑企业健康持续发展。本工程的成功实施，为已建成电解铝厂的电解烟气治理提供了可参考的案例。