鋁電解煙氣SO2深度處理的研究與探討

趙 毅

（內蒙古華云新材料有限公司合金鋁項目部，內蒙古包頭 014046）

0 引言

目前，我國電解鋁廠所采用的氧化鋁干法吸附凈化技術可有效凈化回收煙氣中的粉塵與氟化物，但對煙氣中的SO2沒有有效的凈化處理。近幾年電解鋁企業在原有干法凈化工藝基礎上，又采用多種深度凈化技術對脫氟除塵后煙氣的含硫成份實施進一步深度處理，有效降低煙氣中SO2的排放值。

1 鋁電解煙氣凈化脫硫技術現狀

1.1 脫硫技術應用

國內電解煙氣行業的脫硫技術主要有以下幾種：鈉堿法脫硫技術，氨法脫硫技術，氫氧化鈣半干法和純干法脫硫技術，石灰石-石膏脫硫等脫硫技術。

（1）鈉堿法脫硫技術。堿法脫硫采用NaOH 溶液或Na2CO3溶液進行煙氣脫硫，其中采用NaOH 溶液脫硫最為常見。該技術成熟，運行穩定可靠，運行費用低。但NaOH 或Na2CO3與SO2反應同時也會與CO2反應，煙氣中CO2含量遠遠高于SO2含量。CO2消耗的NaOH 量很高，導致雙堿法脫硫系統鈉堿消耗量大，長期運行成本極高，國內很少采用。

（2）氨法脫硫技術。氨法脫硫是一種高效、低耗能的濕法脫硫方式，無二次廢渣、廢水和廢氣污染；可實現SO2回收價值的最大化。但缺點在于硫酸銨蒸發干燥所需設備復雜，工藝流程長、能耗高、投資大，產品銷售受市場局限；另外，煙囪排放煙氣“拖尾”現象嚴重，目前也很少采用氨法脫硫。

（3）半干法脫硫工藝。利用Ca（OH）2粉或CaO 粉經硝化器加水硝化成Ca（OH）2后，在反應塔內與SO2氣體進行化學反應。當未經處理的含硫熱煙氣進入脫硫塔時，將干燥的粉狀脫硫劑加入脫硫塔內，再利用水霧化后的精細液滴與其接觸，在氣液接觸過程中，煙氣的酸性成分（SO2等）很快與堿性液滴反應，同時水分被迅速蒸發。脫硫后產物脫硫灰主要成分是CaSO4和CaSO3，可在水泥廠使用，該技術正逐漸成熟，但是運行成本較高。

（4）石灰石-石膏脫硫技術。石灰石-石膏法脫硫是目前最普遍采用的濕法脫硫技術，運行穩定，脫硫效果高，更適用于大型鍋爐系統脫硫，廣泛應用于電廠、鋼鐵等行業的煙氣脫硫，近年來逐漸應用于鋁電解煙氣對SO2深度治理。

1.2 污染物排放監測情況

我國為了提高環境質量，頒布了《國控重點污染源自動監控項目污染源監控現場端建設規范》，對電解鋁企業安裝了在線監測裝置，連續實時對企業污染物進行監測。在監測的過程中發現，電解鋁廠煙氣凈化系統排口的顆粒物、氟化物濃度完全符合我國規定的排放標準，但是SO2濃度超過《鋁工業污染物排放標準》（GB 25465—2010）修改單中對SO2排放限值的規定，表明電解鋁廠需要采取進一步的工藝技術改造，對SO2進行深度處理，滿足國家環保要求。

2 鋁電解煙氣改造方案

2.1 改造工藝選擇

本方案中的對象，為年產50 萬噸原鋁液的大型電解鋁企業，并有大型自備電廠，電廠與電解鋁廠距離近，具有天然的便利條件。電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫技術，因此該電解鋁企業在脫硫工藝也采用了石灰石-石膏濕法技術，依托電廠的脫硫系統漿液制備系統，將電廠的石灰石漿液通過罐車運送到電解鋁脫硫系統現場漿液池內，再通過漿液輸送泵打入吸收塔中。煙氣與自上而下噴淋的堿性石灰石漿液霧滴逆流接觸，其中的酸性氧化物SO2和其他污染物HF 等被吸收，煙氣得以充分凈化；吸收SO2后的漿液反應生成CaSO3，通過就地強制氧化、結晶生成CaSO4·2H2O，經脫水后得到副產品石膏，最終實現含硫煙氣的綜合治理。

正常狀態脫硫工藝流程：電廠石灰石漿液池→罐車→凈化脫硫漿液池→吸收塔→凈化石膏漿液池→石膏脫水。

事故狀態脫硫工藝流程：凈化脫硫漿液池→吸收塔→事故漿液池→事故減除→凈化脫硫漿液池。

電解煙氣正常狀態工藝流程：電解槽→凈化除塵器→引風機→吸收塔（新）→塔頂直排煙囪（新）。

電解煙氣事故狀態工藝流程：電解槽→凈化除塵器→引風機→原混凝土煙囪。

2.2 改造內容

目前該廠建設布局為，在兩棟電解廠房中間原有兩套氧化鋁干法凈化吸附系統，出口與引風機進口之間分別串聯新建設一套石灰石-石膏濕法凈化脫硫裝置，包括石灰石漿液存儲、輸送系統、煙風系統、SO2吸收系統、石膏漿液排出系統、工藝水系統、壓縮空氣系統等。主要新建設備設施有石灰石漿液池、事故漿液池、脫硫吸收塔（帶塔頂直排煙囪）、石膏漿液池、漿液泵、工藝水泵、排煙風機等。對原有引風機進行增壓改造，脫硫吸收塔與煙囪一體化設計，原有混凝土大煙囪停用作為旁路，兩套脫硫系統共用一套漿液池、事故池等共用部分。

在吸收塔中，煙氣會與噴入的石灰石漿液進行混合，煙氣中的SO2會與CaCO3與氧化空氣進行化學反應被脫除，在對煙氣進行脫硫之后，煙氣再通過除霧器將液滴有效去除，通過煙囪排入大氣。吸收SO2后的石膏漿液通過管道排入電廠進行集中脫水及廢水凈化處理，最終反應產物主要是石膏。在循環利用吸收漿液的過程中，吸收劑利用率相對較高，在脫硫期間還能夠對煙氣中的粉塵進行有效去除。因電解煙氣通過了一定的凈化，污染成分比較少，最終石膏品質較高，具有一定的商業價值。

2.3 主要技術指標

該電解鋁廠經煙氣凈化濕法脫硫改造，穩定運行3 個月后，監測數據與國家規定的排放標準相符。此公司在使用濕法凈化裝置的過程中，煙氣處理能力與處理指標與標準值相對具有較高的優勢，比如脫硫率與脫氟率均高于98%。通過濕法凈化處理之后，出口煙氣SO2濃度不高于30 mg/m3，氟化物濃度不高于0.01 mg/m3，煙塵濃度不高于2 mg/m3。

3 脫硫系統改造投入與預期效益

首先，該電解鋁廠原有兩套脫氟凈化系統改造增加了兩套濕法脫硫凈化裝置，工程建設投資為0.7 億元，原凈化后煙氣進入脫硫裝置后，氟化物、顆粒物、SO2進一步降低，具體再減排量約為：

氟化物平均減排量，8 760×2×（0.43-0.02）×2 750 000/109=19.8 噸/年；

顆粒物平均減排量，8 760×2×（5.26-1.2）×2 750 000/109=196 噸/年；

SO2平均減排量，8 760×2×（150.5-25）×2 750 000/109=6047 t。

石灰石—石膏法濕法脫硫凈化方法能夠對SO2進行有效去除，彌補了干法凈化吸附工藝對SO2脫除效果差的不足。鋁電解企業通過對煙氣污染物深度治理技術應用，不但能夠提升清潔生產水平，而且極大減少對大氣環境的污染，實現企業的可持續發展、綠色發展。

4 改進方向

在電解廠房新增兩套全套濕法脫硫裝置，雖然兩套共用公共系統，但石灰石漿液還需通過罐車從電廠運送到電解鋁廠，流程相對復雜。因該企業有大型自備電廠，而且與電解鋁廠距離近，因此該電解鋁企業正在考慮下一步依托電廠的脫硫系統漿液制備系統進行管網改造，將石灰石漿液從電廠通過管道輸送到電解鋁脫硫系統吸收塔中反應，吸收SO2后的石膏漿液通過管道送入電廠進行集中脫水及廢水凈化處理。這樣電解鋁廠凈化脫硫系統減少公用部分設備設施的運行成本。該方案的實施，將進一步優化電解脫硫工藝流程，減少了脫硫系統運行成本，提升企業綜合經濟效益。

在進行改造的過程中，改造現場由于受到強磁場的影響，焊接難度很大，因此，焊接質量也是改造成功與否的重要因素之一。

5 結語

我國經濟在發展過程中，為了提高環境質量，鋁電解廠在發展過程中需要借鑒其他行業有效降低SO2的技術措施，使鋁電解煙氣中污染物排放量進一步降低，實現鋁電解行業綠色發展、可持續發展。