石膏制硫酸装置尾气超低排放工艺概述

王同永，高天宇，李金辉，高 强

（1. 山东鲁北企业集团总公司，山东 无棣 251909；2. 滨州市鲁北技工学校，山东 无棣 251909）

山东鲁北企业集团总公司目前拥有“年产30万t磷铵副产磷石膏制40万t硫酸联产60万t水泥”的生产能力。石膏制硫酸联产水泥装置尾气含有N2、CO2、NOx、SO2和硫酸雾（SO3），排放温度约为75 ℃。为满足日益严格的环保政策要求，研究开发能够提高脱硫、除尘、除硫酸雾效果的新技术势在必行。

1 脱硫装置工艺技术方案选择

目前，尾气脱硫方法主要有石灰-石膏湿法、碱法、氨法、过氧化氢法、氧化锌法、离子液法、活性炭吸附法、新型催化剂氧化法等［1］。在我国，氨法脱硫是近10 年迅速发展起来的一种液相脱硫技术。该技术具有脱硫效率高、流程简单、运行费用低、占地面积小、副产硫酸铵产品（硫酸铵溶液或硫酸铵固体）等优点，用于脱除尾气中的SO2具有广泛的应用价值，尤其是对有复合肥生产的企业而言，副产品硫酸铵可作为复合肥生产原料直接使用，既降低了复合肥的生产成本，又满足了企业的环保需求，一举两得。

石灰-石膏湿法脱硫工艺，以石灰石粉作为脱硫吸收剂。石灰石粉经制浆系统用工艺水配制成质量分数20%～30%的悬浮浆液，根据尾气脱硫的需要，通过石灰石浆液制备泵和管道送入脱硫塔。石灰石粉具有活性良好、价格低廉等优势，是目前世界上广泛采用的脱硫剂制备原料。

2 氨法、钙法两级脱硫及湿电除雾工艺

氨法、钙法两级脱硫和湿式电除雾工艺具有以下特点：工艺流程短，技术成熟，可靠性好，可实现长周期稳定运行；装置脱硫除雾效果好，操作弹性大，可以满足目前最苛刻的排放指标；系统运转设备少，电耗低，能耗低；较好地解决了氨法脱硫的气溶胶、氨逃逸、尾气拖白和钙法脱硫颗粒物超标等问题。

氨法、钙法两级脱硫加两级湿电除雾工艺适合用于石膏制硫酸装置的尾气处理，其工艺流程如图1所示［2］。

图1 氨法、钙法两级脱硫加两级湿电除雾尾气处理工艺流程

一级脱硫装置采用w（NH3）10%～15%的氨水作为吸收剂，来自二吸塔温度为70 ℃左右、压力为0.12 MPa 的硫酸尾气在一级脱硫塔（塔内设置3 层喷淋） 内与喷淋的循环溶液（亚硫酸铵（（NH4）2SO3）、亚硫酸氢铵（NH4HSO3）和少量的硫酸铵（（NH4）2SO4）混合液）接触，去除烟气中的SO2。脱硫塔循环泵为脱硫塔提供大流量的吸收剂，保证气液两相充分接触，提高SO2的吸收效率。在脱硫塔底部通入氨水与亚硫酸氢铵溶液混合反应生成亚硫酸铵，大部分亚硫酸铵溶液进入脱硫塔的喷淋层循环吸收，小部分亚硫酸铵溶液送入塔外氧化系统，氧化成硫酸铵。生成硫酸铵的过程中采取强制氧化，设置塔外氧化喷射器、氧化泵将溶液中未氧化的HSO3-和SO32-氧化成SO42-。氧化后生成的硫酸铵溶液送至复合肥车间。一级脱硫装置综合脱硫效率可以达到98%以上，出口尾气ρ（SO2）小于200 mg/m3。

二级脱硫装置采用传统的单回路喷淋塔工艺，将含有氧化空气管道的浆池直接布置在脱硫塔底部，塔内上部设置4层喷淋。原尾气经过一级脱硫塔和尾气管道进入二级脱硫塔，与二级脱硫塔喷嘴喷出的质量分数为20%～30%的雾状石灰石乳浆液对流接触，尾气中的SO2被石灰石乳浆液洗涤，并反应生成亚硫酸钙，完成烟气的脱硫吸收。CaSO3悬浮颗粒在脱硫塔底部的循环槽内被氧化风机鼓入的空气氧化为石膏颗粒。与此同时，部分其他有害物质如SO3、HCl、HF 等也得到有效清除。在脱硫塔的顶部设有屋脊式除雾器，除去尾气中携带的大液滴，送入湿式电除雾器。二级脱硫装置中尾气温度已降至50 ℃以下，接近硫酸露点，为避免尾气管道及内支撑腐蚀，在工程设计中采用了玻璃钢材质的设备及管道。

最后对尾气进行两级湿式电除雾，一级湿式电除雾确保尾气ρ（SO3）＜30 mg/m3，二级湿式电除雾确保尾气ρ（SO3）＜5 mg/m3，同时ρ（颗粒物）＜5 mg/m3。除雾后尾气由烟囱排至大气。

3 主要设备选型

3.1 脱硫装置

一级脱硫装置和二级脱硫装置的主要设备选型分别见表1、表2。

表1 一级脱硫装置主要设备选型

表2 二级脱硫装置主要设备选型

3.2 湿式电除雾装置

除雾需要2台湿式电除雾器，上下串联，型号为WES P452-50，阳极板管材质为玻璃钢导电碳纤维，立式蜂窝式，内切圆直径为360 mm；阴极线材质为铅锑合金；截面积50 m2；电源规格，恒流源2 200/80；本体阻力≤500 Pa；二次线电流0.8 A/m；一次电压380 V；二次电场电流2 200 mA；二次电压60 ～80 kV。

湿式电除雾装置技术参数见表3。

表3 湿式电除雾装置技术参数

4 尾气排放指标检测

装置建成投运后，尾气排放指标在线检测数据见表4。由表4 可知，尾气经过超低排放系统处理后，其中的污染物被有效脱除，尾气中SO2质量浓度稳定控制在50 mg/m3以下，硫酸雾排放指标在特别限值以内，实现了超低排放。

表4 尾气排放指标在线检测数据

5 结语

石膏制硫酸装置尾气中二氧化硫和硫酸雾含量较高，在排放时必须满足国家要求。该尾气采用氨法、钙法两级脱硫，两级湿式电除雾器去除颗粒物和硫酸雾，过程无氨逃逸，并能够使尾气达到超低排放标准；同时，脱除下来的二氧化硫转变成硫酸铵进入磷酸二铵产品中，脱硫石膏重新进入石膏制酸副产水泥装置中，实现循环利用。因此，该方法设计合理，简易有效，环保经济，值得推广应用。