陶國輝

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004)

2008年底，某廠為了緩解環(huán)保的壓力，引進(jìn)了揮發(fā)窯煙氣鈉堿法脫硫、鹽析法析出亞硫酸鈉系統(tǒng)，由于該方法運(yùn)用于揮發(fā)窯煙氣脫硫在國內(nèi)屬于首例，設(shè)備、工藝方面都不夠成熟，產(chǎn)品亞硫酸鈉的品位、亞硫酸鈉堿耗、脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、運(yùn)行周期、尾氣排放等都未能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。近幾年來，通過在生產(chǎn)實(shí)際中多次的實(shí)驗(yàn)、摸索、技術(shù)攻關(guān)改進(jìn)，揮發(fā)窯煙氣脫硫系統(tǒng)取得了較大成效，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，提高了亞硫酸鈉產(chǎn)量，產(chǎn)品亞硫酸鈉的品位穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)93%以上，亞硫酸鈉堿耗大幅降低，尾氣排放達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造了較大的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，是揮發(fā)窯低濃度二氧化硫煙氣治理環(huán)保項(xiàng)目的一大靚點(diǎn)。

1 揮發(fā)窯煙氣脫硫生產(chǎn)工藝原理及工藝流程

揮發(fā)窯煙氣經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)升壓、文丘里預(yù)洗塔除塵后自吸收塔中部的入口煙道進(jìn)入吸收塔內(nèi)，煙氣進(jìn)入塔內(nèi)后向上流過噴淋段，以逆流方式與噴淋下來的亞硫酸鈉溶液接觸，煙氣中的SO2被亞硫酸鈉溶液吸收并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶解度較大的亞硫酸氫鈉溶液。在吸收塔上部，脫硫后的凈煙氣通過除霧器除去夾帶的液滴后，經(jīng)吸收塔頂部排氣筒排入大氣。

自吸收塔排出泵排出的亞硫酸氫鈉溶液進(jìn)入反應(yīng)結(jié)晶器，與液堿輸送系統(tǒng)送來的50%液堿溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成亞硫酸鈉，同時(shí)析出亞硫酸鈉晶體。在反應(yīng)結(jié)晶器結(jié)晶的亞硫酸鈉晶漿放入增稠器沉降增稠。增稠后的亞硫酸鈉晶漿濃度為30%～40%，放入離心機(jī)脫水，離心機(jī)脫水后亞硫酸鈉含水約5%～10%，進(jìn)入干燥系統(tǒng)，干燥得到無水亞硫酸鈉，再經(jīng)包裝后出售。產(chǎn)生的濾液(為亞硫酸鈉溶液)返回吸收塔進(jìn)行下一個(gè)吸收循環(huán)。主要反應(yīng)如下:

SO2的溶解:

吸收塔內(nèi)SO2反應(yīng):

反應(yīng)結(jié)晶器內(nèi)亞硫酸鈉生成:

去除SO2總反應(yīng)方程式:

揮發(fā)窯煙氣脫硫生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

2 改進(jìn)前的運(yùn)行狀況

該煙氣脫硫系統(tǒng)投運(yùn)后，生產(chǎn)運(yùn)行中存在有如下問題和不足:

1.煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行周期短，脫硫吸收塔捕沫器在運(yùn)行2～3個(gè)月，通過捕沫器煙氣夾帶的液滴含有微量亞硫酸鈉，粘附在捕沫器上，堵塞煙氣通道，日積月累捕沫器自重加重，由于其支撐強(qiáng)度不夠，造成捕沫箱體垮塌，煙氣夾帶的液滴從煙窗排空，須整個(gè)系統(tǒng)停產(chǎn)方可進(jìn)行檢修。

圖1 揮發(fā)窯煙氣脫硫生產(chǎn)工藝流程

2.脫硫吸收塔循環(huán)槽易亞硫酸鈉結(jié)晶，漿液懸浮效果差，造成循環(huán)槽內(nèi)板結(jié)，嚴(yán)重時(shí)須整個(gè)系統(tǒng)停產(chǎn)方可進(jìn)行檢修。

3.脫硫系統(tǒng)每次停產(chǎn)檢修時(shí)，脫硫吸收塔循環(huán)槽、反應(yīng)結(jié)晶器、增稠器含高濃度亞鈉漿液全部外排。

4.亞硫酸鈉的生產(chǎn)過程中，亞硫酸鈉不可避免部分氧化成硫酸鈉，從而影響亞硫酸鈉的品位，導(dǎo)致亞硫酸鈉品位一般在75%～85%之間波動(dòng)。

5.水浴除塵器的液位控制過高時(shí)，含有亞硫酸鈉的氣體夾帶大量水分排空，影響環(huán)境及造成亞硫酸鈉的損失，液位控制過低時(shí)，同樣影響通過氣體的除塵效率，無法將氣體中的亞硫酸鈉煙塵洗出，影響環(huán)境及造成亞硫酸鈉的損失，同時(shí)還造成水浴除塵器噴淋循環(huán)泵損耗大甚至燒壞。

6.脫硫系統(tǒng)中，需要多個(gè)管道來輸送液堿、亞硫酸鈉等，由于其易結(jié)晶的性質(zhì)，使得管道極易發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。

7.設(shè)備故障頻繁，制約系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 主要改進(jìn)內(nèi)容

針對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題和不足，主要進(jìn)行了如下幾個(gè)方面的技術(shù)攻關(guān)改進(jìn):

1.針對(duì)脫硫吸收塔捕沫器存在的問題，主要從改善沖洗效果和增加捕沫器支撐強(qiáng)度，防止捕沫器箱體垮塌，在如下三方面進(jìn)行改進(jìn):(1)加大沖洗水管直徑及泵的流量，增加沖洗水量;(2)根據(jù)亞硫酸鈉結(jié)晶溫度較高特點(diǎn)，將沖洗水加熱至60～80℃，可有效增加捕沫器亞硫酸鈉結(jié)晶沖洗效果;(3)在脫硫吸收塔捕沫器現(xiàn)有支撐裝置上增加兩根槽鋼，做玻璃磷片防腐，增加支撐強(qiáng)度。

2.針對(duì)亞硫酸鈉的氧化現(xiàn)象，選擇合適抗氧化劑的品種，選擇抗氧化劑最佳的加入方式，并優(yōu)化工藝控制參數(shù)。在吸收過程中，由于煙氣中含有一定濃度的氧氣，亞硫酸鈉是一種強(qiáng)還原劑，能被氧氣氧化。因此當(dāng)吸收溶液與煙氣接觸時(shí)會(huì)發(fā)生下列反應(yīng):

亞硫酸鈉的氧化嚴(yán)重影響產(chǎn)品的品位，多次實(shí)驗(yàn)，確定改變抗氧化劑的加入方式和頻率:做到少量、多次、均勻地加入，由一天一次，每次10 kg，改為每班兩次，每次2.5 kg。

另外，由于原煙氣中Cu2+、Mn2+、Fe2+等金屬粉塵對(duì)亞硫酸鈉的氧化具有強(qiáng)烈的促進(jìn)作用，為此，加大預(yù)洗塔的開路力度，確保除塵凈化的效果。定時(shí)取吸收塔漿液，測(cè)定其Na2SO4的含量，并根據(jù)結(jié)果隨時(shí)調(diào)整pH值、溫度等，以減少氧化。

3.針對(duì)脫硫吸收塔循環(huán)槽亞硫酸鈉易結(jié)晶，造成循環(huán)槽內(nèi)板結(jié)情況。吸收塔循環(huán)槽設(shè)置有懸浮泵，從吸收塔循環(huán)槽漿池抽出漿液再通過管道和噴嘴噴向漿池底部，噴嘴出口的射流在吸收塔底部引起攪動(dòng)，使?jié){液中固體物懸浮不沉積，在運(yùn)行過程中存在懸浮泵入口位置、噴嘴噴向漿池位置不合理，造成懸浮效果較差的狀況，經(jīng)過不斷地觀察、摸索、總結(jié)，通過調(diào)低懸浮泵入口位置、改變噴嘴噴向漿池位置等改進(jìn)，有效地解決了漿液懸浮效果差，循環(huán)槽內(nèi)易板結(jié)情況的發(fā)生，確保了脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.生產(chǎn)工藝控制:組織攻關(guān)小組成員多方面分析，進(jìn)行多次試驗(yàn)，其中包括液堿的添加方式控制，(吸收塔pH、密度、液位、反應(yīng)結(jié)晶器pH控制實(shí)驗(yàn)等)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，對(duì)煙氣溫度、吸收塔pH、液位、密度、溫度、反應(yīng)結(jié)晶器pH、增稠器溫度等重要工序控制參數(shù)進(jìn)行了逐步改進(jìn)，確定各參數(shù)最優(yōu)化控制范圍。另外，為了控制亞硫酸鈉的氧化，避免甩料不干影響產(chǎn)量，采取了以下措施:調(diào)整預(yù)洗塔噴淋方式，確保除塵凈化的效果;調(diào)整抗氧化劑的加入量，做到足量、均勻加入。

5.進(jìn)行純堿替代液堿試驗(yàn)，降低生產(chǎn)成本。理論計(jì)算1.32 t 50%液堿生產(chǎn)1 t亞硫酸鈉;0.84 t碳酸鈉可產(chǎn)1 t亞硫酸鈉，液堿的市場(chǎng)價(jià)格1 800元/t，碳酸鈉價(jià)格1 300元/t。則用碳酸鈉生產(chǎn)亞硫酸鈉單耗成本可降低:1800×1.32－1300×0.84=1 284元/t，碳酸鈉替代部分氫氧化鈉生產(chǎn)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。先后進(jìn)行了4次生產(chǎn)試驗(yàn)，得出以下結(jié)論: (1)碳酸鈉溶液能夠吸收煙氣中的二氧化硫，能夠確保尾氣達(dá)標(biāo)排放;(2)在目前的生產(chǎn)條件下可實(shí)現(xiàn)部分、階段性替代。

6.離心機(jī)是脫硫產(chǎn)品系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，將亞硫酸鈉含水量脫除到5%～10%進(jìn)入干燥系統(tǒng)。改進(jìn)前離心機(jī)振動(dòng)較大，難以脫除水分，導(dǎo)致濾布上積料，經(jīng)常每隔幾小時(shí)就需要人工清理，增大了勞動(dòng)強(qiáng)度，且嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定和產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量，改進(jìn)措施將氣動(dòng)刮刀改為液壓刮刀，緊固螺絲;改變進(jìn)料方式，從上部進(jìn)料改為中間進(jìn)料;更換蓋板并加固，固定件改為壓環(huán);在轉(zhuǎn)鼓上加帶料盤，使布料均勻。改進(jìn)離心機(jī)油壓控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，確保穩(wěn)定運(yùn)行。

7.對(duì)易堵的管道及設(shè)備加設(shè)蒸汽管保溫裝置，防止因溫度偏低而引起堵塞;改變水平管道的傾斜角度，以加速液體在管道中的流速。且在極易發(fā)生堵塞的重要管道處打孔，可在堵塞時(shí)及時(shí)通入蒸汽，疏通管道，即使在出現(xiàn)堵塞時(shí)也能及時(shí)疏通。要求崗位人員定期清理各管道，避免形成堆積堵塞。

8.在水浴除塵器添加一溢流管連至脫硫吸收塔循環(huán)槽，在工藝允許范圍內(nèi)適當(dāng)保持少量溢流從溢流管道溢流至吸收塔循環(huán)槽回收。

9.增設(shè)故障、停產(chǎn)檢修外排漿液儲(chǔ)槽，以供回收利用。

10.生產(chǎn)管理:脫硫從亞鈉產(chǎn)量、質(zhì)量、堿耗成本控制，建立了相關(guān)的管理制度及臺(tái)帳，各項(xiàng)指標(biāo)做到隨時(shí)掌控。

4 改進(jìn)后效果

通過一系列的技術(shù)攻關(guān)改進(jìn)，揮發(fā)窯煙氣脫硫系統(tǒng)取得了較大成效，主要體現(xiàn)在如下幾方面:

1.捕沫器煙氣通道堵塞現(xiàn)象得到了遏制，通過捕沫器的煙氣阻力明顯下降，捕沫器支撐強(qiáng)度加大，消除了捕沫箱體垮塌隱患，解決了影響脫硫系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的制約因素。

2.改進(jìn)后，亞硫酸鈉的品位由原來的85%左右穩(wěn)定上升到93%以上，亞硫酸鈉銷售價(jià)格也得到相應(yīng)提高。

3.尾氣排放達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.由于生產(chǎn)工藝運(yùn)行穩(wěn)定，減少了故障造成的含高濃度亞硫酸鈉漿液外排。

5.降低了脫硫亞鈉堿耗，降低了生產(chǎn)成本。