摘要：大冶有色金屬有限責任公司冶煉廠現有2套環集煙氣除塵脫硫系統,用于處理火法銅冶煉環境集煙,系統采用水洗除塵、鈉堿法脫硫工藝。經過近3年的改造完善與提標升級,外排尾氣大部分指標達到了GB 25467—2010/XG1-2013《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》(修改單)中的特別排放限值,實現了環保指標的提升與硫資源的回收,取得了較好的環境效益和經濟效益。

 大冶有色金屬有限責任公司(以下簡稱大冶有色)冶煉廠銅冶煉采用澳斯麥特爐熔煉+沉降電爐+PS 轉爐吹煉+陽極爐精煉工藝，銅冶煉的主要原料為銅精礦，除含有銅、鐵、硅外，還含有大量的硫和少量的砷和鉛等重金屬。在冶煉生產過程中，由于爐子傾轉、爐門開啟、放銅/ 放渣等操作，熔煉、吹煉、精煉工序均存在含SO2和有害煙塵的氣體從爐口周圍逸散出來的情況，影響人體健康、惡化現場作業環境 。

 原各逸散點均設置有集煙罩，溢散煙氣經集煙風機收集后送往廠區120m高環保煙囪高空排放，但此方法逐漸無法適應新的環保要求，必須對銅冶煉煙氣進行環保治理、實現達標排放。

 大冶有色冶煉廠于2015年增設2套環集煙氣除塵脫硫系統，并配套建設無水亞硫酸鈉生產裝置。經過近3 年來不斷改造升級完善，目前基本實現環集煙氣穩定達標外排，削減SO2及重金屬排放總量的同時也實現了硫資源的回收。

1 環集系統

1.1 主要反應機理

 鈉堿法脫硫工藝是利用Na2CO3溶液吸收煙氣中的SO2，生成含Na2SO3和NaHSO3的混合飽和溶液，以實現煙氣脫硫、確保環集尾氣達標排放。

Na2CO3 +SO2 →Na2SO3 +CO2

Na2SO3 +SO2 +H2O →2NaHSO3

 脫硫后的飽和溶液與Na2 CO3反應生成Na2 SO3過飽和溶液，利用Na2SO3和NaHSO3的溶液度不同的特性，將Na2SO3從溶液中結晶析出，經提濃、離心、干燥后精制為無水亞硫酸鈉產品。

2NaHSO3 +Na2CO3 →2Na2SO3 +H2O+CO2

1.2 工藝流程

1.21 煙氣收集系統

 大冶有色2套環集系統分別對應澳斯麥特爐、電爐與PS轉爐(共5臺，4H3B生產模式)、陽極爐(共3臺)環集煙氣，環境集煙系統流程見圖1。

 各煙氣逸散點設置了各種尺寸的排煙罩，通過集煙風機對罩內抽風使其形成負壓，實現散排煙氣的收集 。

2套環集煙氣除塵脫硫系統的設計煙氣條件見表1。

1.2.2 除塵脫硫系統

2 套環集煙氣除塵脫硫系統的工藝流程相同，工藝流程如圖2所示。

 從環集風機輸出的煙氣，先進入凈化塔洗滌，經水洗除去煙氣中的粉塵、重金屬、SO3等雜質，得到較為潔凈的SO2煙氣，再進入脫硫塔與堿液完成脫硫反應，經電除霧器(初始設計無，后續改造新增)去除酸霧及余下少量煙塵后，至塔頂煙囪達標排放 。

1.2.3 亞硫酸鈉副產系統

 從脫硫塔外排的飽和NaHSO3溶液送至亞硫酸鈉中和系統，與Na2CO3溶液發生反應生成過飽和Na2SO3溶液，過飽和的Na2SO3結晶從溶液中析出、形成濃漿送至中間槽，進入離心機分離出Na2SO3晶體，經過皮帶輸送機送至氣流干燥系統去除水分，得到純度大于或等于96%的無水Na2SO3副產品。該套副產品系統交由第三方運營，目前運行正常，亞硫酸鈉產量約100 t/ d。

1.3 主要設備

 2 套環集煙氣除塵脫硫系統的凈化采用動力波洗滌塔，脫硫采用動力波湍沖洗滌塔(2層)與旋切流噴頭相結合，以實現高效除塵與脫硫。各塔塔體材質為鋼襯玻璃鱗片，塔內設置波紋除霧器及沖洗裝置，確保尾氣酸霧指標達標。

 系統采用DCS 集中控制，將脫硫液pH 值、尾氣SO2濃度及堿液添加閥進行聯鎖，確保尾氣指標及時反饋、受控。系統主要設備及其參數見表2。

2 系統運行情況

 目前2 套環集煙氣除塵脫硫系統運行比較穩定，環境集煙一系統尾氣排放顆粒物(ρ)≤10 mg/m3，出口酸霧(ρ) ≤ 20 mg/ m3，達到GB 25467—2010/ XG1—2013《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》(修改單)中特別排放限值指標要求(其中環境集煙二系統的尾排電除霧器在建，待建成后指標將進一步優化)。

系統的主要技術經濟指標見表3。

3 存在的問題及處理

3.1 脫硫后尾氣塵指標偏高，霧氣大

系統運行初期，2套系統尾氣的含塵(顆粒物)指標無法穩定達標，經排查主要有兩方面原因：

 ①動力波洗滌塔除塵效率一般僅60%～70%，環集煙氣含塵隨冶煉爐工況變化存在較大波動，控制不穩定;②受尾氣含塵(顆粒物)指標檢測方法影響，鈉堿法在脫硫反應時形成的細小顆粒，容易導致該結果出現正偏差。此外，雖然出口尾氣中SO2和酸霧指標是達標的，但因反應熱影響，導致排放尾氣中含水量增加，尾氣霧氣大、外觀不佳。

 針對以上問題，2018年8月在環境集煙一系統的脫硫塔出口增設了1 臺濕式電除霧器，目前該裝置已正常投用，對應出口尾氣中含塵質量濃度在4～7mg/ m3，尾氣霧氣大的情況也得到了改善。

3.2 水洗塔外排稀酸量偏大

 改造前，在正常生產過程中2套環集煙氣除塵脫硫系統的凈化洗滌塔需要通過定期開路循環稀酸至制酸凈化工序(80～100 m3 / d)，并補充新水以維持較低的稀酸含塵量，從而保證系統的除塵效率。但由于大量的開路稀酸，加重了污酸工序的處理負荷，有時會影響制酸系統凈化工序的正常生產。

 為控制環集煙氣除塵脫硫系統的稀酸外排量，2018年4月在2個水洗塔各新增1 套斜板沉器-壓濾系統，利用斜板沉降器濃縮循環液及壓濾機除渣。

 改造后，2套系統水洗塔外排稀酸量降低至5～10m3/ d，實現了污酸減量化。凈化洗滌塔的除塵效率上升5%，回收含Cu，Pb等金屬渣量(干基)約450t/ a。

3.3 脫硫外排液成分復雜

 正常情況下，2 套系統的脫硫塔生成的是含Na2SO3和NaHSO3的混合溶液，但根據實際生產及鈉堿法脫硫相關研究表明：該脫硫液存在20% ～30%自氧化，導致外排液中含有一定量的Na2 O4，影響副產品生產工況及品位。

 當副產品生產工況異常時，該部分還原性脫硫液無較好的處理去向。若直接排入廠區生產廢水管網，會導致外排水COD超標;若大量送至污酸處理工序會導致原液鹽分偏高，影響正常的除砷效率。

 該氧化機理目前尚未得到充分論證，現階段采取的臨時措施是設立事故收集池，系統發生異常時將脫硫液導入事故池，通過控制，少量多次平穩地送入污酸工序進行處理，最大程度降低對各工序的影響。

3.4 系統運行阻力大，煙氣量偏低

 2套環集系統各塔均采用動力波洗滌塔，單塔系統阻力較高(2.3～3.0kPa)，導致風機風量小、集煙罩處的負壓偏低，影響煙氣收集效果。

 2018年10月，將2個凈化洗滌塔內的動力波洗滌塔逆噴洗滌更換為塔體噴淋洗滌，單塔阻力降低了1.5kPa以上(除塵效率保持65%～68%未變)，系統通氣量上漲25%左右，集煙罩處的負壓普遍上漲了200～500 Pa。

3.5 塔體內襯脫落，塔壁腐蝕穿孔

 2套系統水洗塔、脫硫塔內襯玻璃鱗片運行過程中出現不同程度的脫落，致使裸露鋼制塔壁與稀酸或脫硫液接觸后，形成局部腐蝕、穿孔，影響塔體正常安全運行。利用系統檢修時機，將各塔內襯玻璃鱗片全部清除、打磨干凈，對各塔內壁重新襯膠處理后，該問題得到解決。

3.6 冬季亞硫酸鈉溶液易結晶堵塞

 由于亞硫酸鈉在低溫下溶解度較低，在冬季等低溫條件下，脫硫塔及外排管道頻繁出現溶液結晶發生凍結，影響系統正常運行。為避免結晶凍結，具體采取兩方面措施：①低溫環境下減少系統漏風量，盡可能提高進氣溫度，以提升脫硫液溫度;②對管道進行改造，在脫硫液循環與外排管道上安裝蒸汽伴熱套管及保溫，實現連續供熱，保證脫硫液溫度大于或等于15℃，可有效避免脫硫液結晶。

4 結語

 大冶有色積極響應當前的環保要求，在原煙氣收集系統的基礎上配套增設洗滌除塵、鈉堿法脫硫系統，同時結合GB 25467—2010/ XG1—2013《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》(修改單)特別排放限值要求，對系統進行后續完善及升級改造，不斷提升系統的除塵、脫硫效率，大幅削減了SO2及重金屬排放總量，實現了環境效益與經濟效益的統一。

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