張振宇

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

有機胺脫硫工藝是目前國內(nèi)較先進的脫硫技術［1-2］，它利用有機胺液對SO2氣體具有良好的吸收和解吸能力，在低溫下吸收SO2，在減壓高溫條件下將吸收的SO2再生出來，從而達到脫除和回收煙氣中SO2的目的［3-4］。由于火法冶煉環(huán)集煙氣中存在含塵高、含酸高、煙氣量及SO2濃度波動大等問題，導致脫硫尾排波動較大，脫硫效率降低。為實現(xiàn)脫硫尾排超低排放，熔煉車間在生產(chǎn)實踐中通過技術創(chuàng)新和優(yōu)化生產(chǎn)過程控制來提高脫硫效率。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

貴溪冶煉廠熔煉車間一系統(tǒng)環(huán)集脫硫系統(tǒng)的最大煙氣處理能力為700000 Nm3/h，處理的煙氣主要包括閃速爐銅渣口和包廂環(huán)集煙氣以及轉(zhuǎn)爐、陽極爐爐口環(huán)集煙氣。在生產(chǎn)過程中，由于環(huán)集煙氣含塵、含酸高，轉(zhuǎn)爐開停風、進出料期間煙氣量和煙氣中SO2濃度較高，雜質(zhì)元素在脫硫液中不斷富集等因素影響，導致脫硫尾排升高，脫硫效率降低。表1為熔煉車間一系統(tǒng)環(huán)集煙氣的主要參數(shù)。

表1 煙氣參數(shù)表

3 提高脫硫效率的措施

熔煉車間生產(chǎn)實踐表明，提高脫硫效率的可行措施有：對環(huán)集煙氣進行凈化處理［5］，保持有機胺濃度、溫度適宜，提高再生效果，降低有機胺液內(nèi)雜質(zhì)含量，優(yōu)化過程控制。

3.1 環(huán)集煙氣凈化處理

環(huán)集煙氣中含有的三氧化硫、水分進入脫硫系統(tǒng)后會對離子液造成污染，影響有機胺系統(tǒng)的高效運行。生產(chǎn)過程中主要采取以下措施去除環(huán)集煙氣中的三氧化硫和水分。

（1）自動除酸霧脫濕技術。在環(huán)集煙氣進入布袋收塵器前，采用負壓自吸式自動噴入石灰粉。利用石灰吸潮吸酸的特性，達到去除環(huán)集煙氣中的三氧化硫及水分的目的，解決了布袋潮濕粘結和酸性腐蝕的問題。如圖1所示。

圖1 煙氣處理預噴涂

（2）高效噴淋凈化技術。在環(huán)集煙氣進入脫硫塔前增加噴淋凈化工序。即在入塔煙道垂直段設置洗滌噴嘴（圖2），通過噴淋洗滌水達到降溫、除塵、除酸霧的目的。

圖2 霧化噴嘴

洗滌段自下而上為煙氣分布器、填料段、空噴層、折流板式捕沫器。經(jīng)過噴淋后的煙氣通過折流板式捕沫器去除煙氣中夾帶的較小液滴，從而減少酸霧進入吸收段的機會。預處理后煙氣溫度降至35℃左右，酸霧及塵含量得到進一步控制。

3.2 控制有機胺濃度在適宜范圍

表2是熔煉一系統(tǒng)2020年1—4月的脫硫生產(chǎn)報表。由表2可知，有機胺濃度越高，脫硫效率越好。兼顧成本效率，有機胺濃度在130 mg/Nm3以上即可，既能保證脫硫液對SO2有良好的吸收效果，又能保證脫硫效率達到93%以上。

表2 有機胺濃度對脫硫效率影響分析

3.3 控制有機胺貧液溫度在合適范圍

生產(chǎn)實踐證明,有機胺貧液溫度在30～40℃之間對SO2的吸收效果最佳。溫度過高會導致脫硫液磺化，從而降低有機胺吸收性能。貧液溫度受季節(jié)影響較大，一般夏秋季脫硫效率會略低于冬季的脫硫效率。目前，主要是通過調(diào)節(jié)再生塔蒸汽用量，將再生后貧液溫度控制在100～101℃，并通過對脫硫循環(huán)水冷卻系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，貧液冷卻器加裝Y型過濾器等措施，將貧液上塔溫度控制在30～40℃。

3.4 提高再生效果

（1）應用智能蒸汽控制技術。有機胺液再生主要是通過蒸汽加熱富液。隨著溫度上升，富液中SO2大部分解吸，從而達到再生效果。生產(chǎn)過程中由于蒸汽壓力或溫度波動會造成溶液過熱，蒸汽消耗增加。在蒸汽進入再沸器前增設一套全自動化的蒸汽減溫減壓控制系統(tǒng)（如圖3），可實現(xiàn)在不同富液流量下，將蒸汽始終維持在最優(yōu)的溫度與壓力值狀態(tài)，從而大大減少蒸汽的消耗。

圖3 智能氣液分離器

如圖4所示，改造后蒸汽流量的波動明顯變小且蒸汽消耗較改造前每小時節(jié)約2t左右。不僅提高了富液再生效果，而且節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖4 改造前后蒸汽流量對比圖

（2）優(yōu)化再沸器循環(huán)方式。原有再沸器循環(huán)方式為“虹吸式”，循環(huán)效率低，換熱效果不高。為了進一步提高再沸器的換熱效率，將再沸器和再生塔的相對位置進行調(diào)整，如圖5所示，使循環(huán)方式由虹吸式變?yōu)閺娭蒲h(huán)式，極大地提高了再沸器的換熱效率，減少了蒸汽消耗。優(yōu)化后的循環(huán)方式對蒸汽品質(zhì)要求較高，蒸汽的品質(zhì)與耗量直接決定著解吸效率。熔煉一系統(tǒng)脫硫再沸器循環(huán)方式優(yōu)化后的解吸效果分析如表3所示。

表3 離子液強制循環(huán)解吸效果

圖5 再沸器與再生塔位置改造圖

（3）有機胺液循環(huán)量串級控制。環(huán)集煙氣量和SO2濃度在生產(chǎn)過程中會不斷變化，因此貧液上塔量也需不斷變化。為了實現(xiàn)最佳的脫硫效果，貴冶研發(fā)了脫硫液循環(huán)量串級控制模型。循環(huán)量串級控制模型根據(jù)環(huán)集煙氣量、出入口SO2濃度變化自動調(diào)整有機胺循環(huán)量，在實現(xiàn)脫硫尾排超低排放的前提下，最優(yōu)控制循環(huán)量，減少蒸汽消耗。

（4）改進再生塔SO2解吸方式。常規(guī)有機胺脫硫采用常壓再生解吸，解吸溫度為100℃。利用硫酸動力波負壓進行再生解吸，胺液解吸溫度可降低至97℃，提高了再沸器內(nèi)蒸汽與貧液換熱效率，同時負壓解吸能夠避免SO2外逸造成環(huán)境污染。

3.5 有機胺液凈化

環(huán)集煙氣中含有少量油、粉塵、三氧化硫、氯、氟等物質(zhì)。在吸收過程中，粉塵、油會進入有機胺液中，而三氧化硫、氯、氟等雜質(zhì)會與有機胺液發(fā)生副反應生成硫酸鹽等物質(zhì)，這些化合物會和有機胺液進一步反應生成不能再生的熱穩(wěn)性鹽。隨著熱穩(wěn)性鹽的不斷富集會引起有機胺液起泡，導致吸收SO2的能力下降。生產(chǎn)過程中為了防止有機胺液性能下降，采取以下措施凈化有機胺液。

（1）根據(jù)有機胺液化驗成分，調(diào)整陰離子脫鹽間隔時間，有效去除系統(tǒng)內(nèi)富集的SO42-、Cl-。（2）通過在貧液冷卻器至脫鹽管線上安裝活性碳吸附器，除去脫硫液中的油類。

（3）應用冷凍結晶技術除Na+及SO42-。生產(chǎn)中通過冷凍機組降低有機胺液溫度，從而使溶液過飽和析出硫酸鈉，再通過離心機實現(xiàn)固液分離，在硫酸鈉結晶析出的同時，其他相同性質(zhì)的硫酸鹽也會析出，生成芒硝。凈化后的脫硫液返回系統(tǒng)內(nèi)，從而將系統(tǒng)內(nèi)富集的Na+及SO42-脫出，提高有機胺液的吸收性能。熔煉一系統(tǒng)脫硫液凈化效果分析如表4所示。

表4 離子液凈化效果 g/L

3.6 優(yōu)化過程控制，建立環(huán)集能力自動控制模型

熔煉車間一系統(tǒng)環(huán)集脫硫有30個環(huán)集吸風口，且各個工序?qū)Νh(huán)集負壓需求不同，環(huán)集閥門控制不夠智能。為此，貴冶開發(fā)了環(huán)集能力自動調(diào)節(jié)模型，根據(jù)閃速爐、轉(zhuǎn)爐、陽極爐的環(huán)集負壓需求量實時跟蹤調(diào)整，保證環(huán)集能力的最優(yōu)化。

針對轉(zhuǎn)爐進S期料時，環(huán)集煙氣中SO2濃度高導致尾排升高的現(xiàn)象，一方面通過在轉(zhuǎn)爐進S1期料時利用硫酸主系統(tǒng)抽煙氣來降低進入環(huán)集系統(tǒng)的煙氣量，另一方面通過加強閃速爐與轉(zhuǎn)爐之間的溝通協(xié)調(diào)，在轉(zhuǎn)爐進料前閃速爐提前加大有機胺液循環(huán)量，增加對SO2濃度波峰的吸收。此外，通過規(guī)范行車標準化作業(yè)，可有效降低進料時環(huán)集煙氣量波動，從而實現(xiàn)脫硫尾排SO2濃度超低排放。

4 結論

貴冶通過長期的生產(chǎn)實踐摸索，對環(huán)集煙氣進行凈化處理和控制有機胺濃度及貧液溫度在適宜范圍內(nèi)，以及提高再生效果、凈化有機胺液、優(yōu)化過程控制等一系列措施，將脫硫尾排SO2濃度維持在100 mg/Nm3以下，遠低于國家排放標準，并具有運行成本較低，環(huán)保指標佳的行業(yè)技術競爭優(yōu)勢。