鎳精礦干燥尾氣脫硫塔的改進與應用

遲 建

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌737100）

金川集團股份有限公司鎳冶煉廠（以下簡稱金川鎳冶煉廠）鎳閃速爐鎳精礦在干燥工序中產生的大量低濃度二氧化硫尾氣需治理后達標排放。鎳冶煉廠濕法生產中，鎳電解余氯吸收系統每天產生大量堿性廢水排入渣水池，用于爐渣水淬或送水處理系統進行處理。金川鎳冶煉廠采用湍沖塔作為鎳精礦干燥尾氣的脫硫塔，利用鎳電解余氯吸收系統的堿性廢水作脫硫劑，處理鎳精礦干燥尾氣[1-2]。同時，將脫硫塔加以改造，使脫硫塔實現一塔二用，即采用余氯吸收系統的堿性廢水獨立吸收鎳精礦干燥尾氣或用堿液獨立吸收尾氣，也可用堿性廢水和堿液聯合吸收尾氣。當二氧化硫濃度較低時，采用堿性廢水吸收尾氣，尾氣即可達標；當二氧化硫濃度較高時，補充堿液可保證尾氣達標。

1 堿性廢水主要組分及脫硫機理

1.1 堿性廢水主要組分

金川鎳冶煉廠鎳電解濕法生產過程中余氯吸收系統產生的堿性廢水，主要組分為NaOH，Na2CO3和 NaHCO3，分 別 為 w(NaOH)0.5%~1.5%、w(Na2CO3)3%~8%和 w(NaHCO3)0.4%~0.8%，pH值為7~9。

1.2 堿性廢水脫硫機理

堿性廢水脫硫過程發生的主要化學反應為[3]：

2NaOH+SO2→ Na2SO3+H2O

Na2CO3+SO2+H2O → NaHCO3+NaHSO3

Na2CO3+NaHSO3→ NaHCO3+Na2SO3

2Na2CO3+SO2+H2O → 2NaHCO3+Na2SO3

Na2SO3+SO2+H2O → 2NaHSO3

NaHCO3+SO2→ NaHSO3+CO2

SO2+H2O → H2SO3

2 工藝技術方案

2.1 工藝流程

余氯吸收系統的堿性廢水脫硫工藝流程見圖1。

圖1 堿性廢水脫硫工藝流程

在鎳精礦干燥系統電收塵器后設置脫硫裝置，由風機將含有低濃度二氧化硫的鎳精礦干燥尾氣送入脫硫塔，循環泵將堿性廢水分別送至脫硫塔逆噴管及噴淋裝置。在逆噴管中，煙氣與堿性廢水接觸，產生泡沫區，在泡沫區堿性廢水中的NaOH，Na2CO3與煙氣中的SO2發生反應，完成煙氣中SO2的第一次吸收。此后，煙氣進入氣液分離槽，在氣液分離槽內煙氣與噴淋裝置自上而下的噴淋液逆流接觸、反應，完成煙氣中SO2的第二次吸收。氣體經除霧器除霧、除塵、除水達標后，由煙囪排空。脫硫塔堿性廢水吸收SO2接近飽和時，飽和循環液外排泵將循環液打入渣水池用于爐渣水淬或送入水處理工序，外排尾氣SO2濃度通過循環液pH值控制。脫硫塔脫硫液pH值低于7.0時，補堿管路電動閥自動打開，堿液泵自動開啟補堿；脫硫液pH值達到9.0時，堿液泵自動停止，補堿管路電動閥自動關閉。該工藝的特點是操作靈活性高，排放尾氣的SO2濃度可通過調節脫硫液的pH值控制，滿足國家環保排放標準。

2.2 工藝參數

金川鎳冶煉廠低濃度二氧化硫煙氣量100 000 m3/h，溫度在 80~130 ℃，ρ(SO2)為 2~9 g/m3，塵 (ρ)低 于 400 mg/m3，ρ(H2O)低 于 100 g/m3。2019 年 6月10—17日脫硫裝置運行指標見表1，2019年6月18日脫硫裝置運行指標見表2。

表1 2019年6月10—17日脫硫裝置運行指標

表2 2019年6月18日脫硫裝置運行指標

2.3 脫硫塔的改進

脫硫塔是尾氣脫硫系統的核心設備，該塔同時具備洗滌、脫硫、降溫、捕水、捕沫和循環液儲存的功能。塔體中上部采用多級槽式分液裝置[4]，既提高分液均勻度，又減少酸霧、堿霧的產生。塔頂部設置折流板除霧器及沖洗管，阻力較小，除霧效果滿足環保要求。捕沫裝置配置噴淋設備，清除捕沫板上捕集的煙氣雜質、結晶物，使脫硫塔始終在正常條件下運行。

對脫硫塔改進后，當電收塵器出口SO2濃度較低時，采用堿性廢水吸收尾氣，尾氣即可達標；當電收塵器出口堿液濃度較高時，可補充堿液，保證尾氣達標。改進方案是在原塔體中部增加噴淋裝置、氣液分離裝置和噴淋液接液裝置，并在脫硫塔外設置一個獨立堿液循環槽，堿液循環泵將堿液循環槽內的堿液送入塔上部噴淋裝置對煙氣洗滌、吸收，堿液噴淋液在氣液分離罩和噴淋液接液槽的作用下，經回流管回到堿液循環槽，保證堿液噴淋液單獨進入堿液循環系統。下部噴淋裝置用堿性廢水進行噴淋吸收，噴淋液進入塔體，塔主體結構呈塔槽一體形式，在有限的空間形成“1塔2槽”配置。正常運行時，塔內完成堿性廢水吸收SO2工藝；尾氣濃度較高時，利用外槽實現堿洗工藝過程。脫硫塔改進后干燥尾氣處理工藝流程見圖2。

圖2 脫硫塔改進后干燥尾氣處理工藝流程

改進后，脫硫塔實現一塔二用，在脫硫塔內完成堿性廢水或堿液對干燥尾氣的洗滌、吸收。該法針對性強，堿性廢水得到充分利用，而且能夠避免堿性廢水pH值變化對尾氣達標的影響，有效降低了設備投資及運行成本，避免脫硫系統大負荷長周期運行，實現低成本運行。

2.4 熱量的移除

堿液吸收尾氣中的SO2是放熱的化學反應，尾氣吸收系統達到平衡狀態時（反應產生的熱正好與尾氣絕熱蒸發帶走的熱量平衡）的循環液溫度與煙氣中SO2濃度直接相關。按該系統的設計參數計算，尾氣ρ(SO2)為2 g/m3時，循環液溫度為39 ℃；尾氣ρ(SO2)為9 g/m3時，循環液溫度為54 ℃，滿足尾氣吸收系統的設備要求。

2.5 尾氣吸收液處理

采用堿性廢水和堿液對尾氣脫硫，吸收液排入渣水池，用于爐渣水淬或送水處理系統進行處理，不僅實現了余氯吸收廢水利用，而且可替代部分新水。

3 結語

金川鎳冶煉廠采用湍沖塔作為鎳精礦低濃度二氧化硫干燥尾氣脫硫塔，用余氯吸收系統的廢水作為脫硫劑，結合湍沖塔和干燥尾氣的工藝特點，對脫硫塔進行改造，形成了集雙循環系統、氣移熱、捕沫等功能為一體的多功能脫硫塔，實現了尾氣的達標治理。通過用堿性廢水替代部分堿液和水，既降低了堿耗，又減少了堿性廢水的處理費用，同時為低濃度煙氣和堿性廢液的處理提供了方向。