铜冶炼企业环境集烟处理工艺方案选择及应用

张晓丹，刘长东，车贤，饶剑，史云胜

（吉林紫金铜业有限公司，吉林珲春 133300）

近年来，国家生态环境保护法律法规体系不断健全和完善，从而对企业环保管理的要求也更加严格。某铜冶炼企业随着产能的不断扩大，原有采用活性炭干法脱硫工艺处理能力已不能满足。为使工厂作业环境得到进一步优化，实现厂区环境优化的跨越式发展，研究开发新增了一套经济、高效、简单的烟气收集与脱硫一体化技术，提高了对厂区低空环境中SO2含量的控制能力。

1 常见烟气脱硫处理方法

1.1 干法烟气脱硫

干法烟气脱硫是指脱硫吸收和产物处理均在干燥状态下进行的烟气脱硫技术。干法烟气脱硫主要有活性炭（活性焦）法、电子束辐照法等[1]。该法适用于干旱缺水的地区，具有无废水和废酸产生、不会对环境造成二次污染、对设备腐蚀小、净化后烟温高、有利于烟囱扩散等优点；但也存在脱硫效率低、反应速度慢、设备庞大等问题。

1.2 半干法烟气脱硫

半干法烟气脱硫是利用氧化钙加水制成氢氧化钙悬浮液与烟气接触反应，去除烟气中的SO2、氯化氢、三氧化硫等气态污染物的方法。半干法主要包括气旋浮式半干法、喷雾干燥法、循环流化床法等。该法主要适用于中小锅炉的烟气治理，具有投资少、运行成本低，对设备腐蚀小、占地面积少，工艺稳定可靠性好[2]等优点，脱硫效率（70%左右）和脱硫剂利用率介于湿法和干法之间。

1.3 湿法烟气脱硫

湿法烟气脱硫工艺通常是指用液体或浆液吸收净化烟气中的SO2，也被称为吸收法。湿法主要包括钙法、镁法、钠法、双氧水、氨法等。该法主要源于脱硫技术领域处于领先地位的美国、德国和日本等发达国家[3]，是净化烟气中SO2最重要也是应用最广泛的方法。采用湿法处理的SO2量约占目前SO2总处理量的80%。该法技术成熟，脱硫效率高，能适应SO2浓度波动较大的生产环境，但也存在系统构造庞大、投资及运行成本较高、部分脱硫后产物处理困难等问题。

2 环境集烟处理工艺方案选择原则

结合国家对企业环保越来越严格的管理要求和该企业为实现厂区环境优化的跨越式发展需求，在环集烟气脱硫工艺方案选择上须考虑以下几项原则：1）以满足环保要求为核心，结合地域特点选择；2）流程简化、操作简便、投资节约；3）吸收剂选择空间大，不易受区域市场制约，配置简单、储存方便；4）反应产物便于储存，处理方法简单；5）工艺设备的占地面积少。

3 方案比选与应用分析

该冶炼企业采用成熟的“富氧侧吹熔炼炉+贫化电炉+PS转炉+阳极炉”的主工艺，计划在产能提升38%的前提下，确保各工艺环节在操作时带来的烟气外溢问题得到更有效控制，进一步优化厂房低空环境问题；同时确保二氧化硫和重金属排量较前一年分别下降1%和7%的目标实现。经核算，拟建设总处理风量为350 000 m3/h（标准状态下，下同）的环集烟气处理系统[4]。

3.1 建设规模与方案比选

综合对比行业中采用湿法脱硫方案处理环境集烟的企业运行1年以上的厂区环境、废水与废渣等指标控制和成本情况，以及新建铜冶炼项目选用的湿法脱硫方案等，在设计烟气为350 000 m3/h，入口SO2质量浓度为1 000 mg/m3,出口SO2质量浓度为100 mg/m3且增加脱硫剂耗量的情况下，能满足国内排放标准的湿法烟气脱硫工艺方案对比如表1所示[5]。

由表1可知，氨法投资最高，钙法、镁法、钠法和双氧水法投资基本相同。钙法会产生石膏渣，存在管道堵塞和含重金属石膏渣销售难问题；镁法存在带有镁离子的废水处理处置难的问题，且该企业所在区域周边无镁磷矿生产；采用双氧水法存在该企业所在区域周边无双氧水供应的问题。综上所述，考虑项目选址，本着投资省、占地少、建设时间短及条件便利等原则，推荐“钠法”工艺为最优方案。

3.2 应用实例

富氧侧吹熔炼炉熔体、贫化电炉、PS转炉吹炼炉等产生的含二氧化硫烟气，经集气罩收集后送至布袋收尘器，再经新增总风量为350 000 m3/h的环保风机进入钠法脱硫系统。整套系统由若干集气罩、两台配套环保风机、脱硫塔（配置二层喷淋装置，一层捕沫装置）、烟囱、湿式电除尘器、循环泵、外部配套槽体及搅拌等辅助设施等组成。

3.2.1 工艺概述

烟气进一级高效洗涤塔完成初步除尘、脱硫，再进入后续脱硫洗涤组合塔。废液通过底部沉降系统实现液固分离，清液循环使用，废液进废水处理系统。将配置好的40%氢氧化钠溶液送至脱硫塔循环槽内。循环槽内的碱液送至喷淋系统与含二氧化硫的烟气逆流接触，完成吸收反应；吸收二氧化硫后的吸收液排入一级高效洗涤塔，剩余烟气进高效湿式电除尘器中脱去细小液滴及残余固体颗粒物后送烟囱达标排放。钠法脱硫工艺流程见图1。

图1 钠法脱硫工艺流程

3.2.2 钠碱法物理—化学机理

NaOH溶液洗涤含SO2气体时，吸收SO2的过程如下：

3.2.3 存在的问题及解决措施

1）吸收塔内液体呈弱酸性，为控制尾排指标须根据pH值控制碱液的加入量。将碱液直接送入塔内对周期性作业的转炉烟气来说易造成浪费。解决措施：将碱液输送泵出口管道连接至湿电组合塔循环泵入口管道，可将碱液输送至喷淋管使烟气与高浓度片碱直接接触，并结合烟气变化情况做好调节，日节约片碱用量达3～6 t。

2）冬季入口烟气进系统后结晶挂壁，导致管道喷头堵塞。解决措施：增设蒸汽伴热装置，同时并入阳极炉烟气提升烟气温度。

3）废水通过DN80孔网钢管道经排污泵送至污酸处理系统，冬季管道结晶严重。解决措施：在泵出口增设压缩空气吹扫装置，确保管道内不留液体。

4）废水处理系统具备新增100 m3/d废液量处理能力，无需改造。去除金属和有害物质成本较改造前增加10～18元/m3。

5）当辅材/药剂价格大幅度上涨时，可尝试用碳酸钠代替部分氢氧化钠，为合理控制吸收率和Na+含量，可通过实验寻找最佳配比。

4 环境集烟处理装置使用效果及意义

钠法脱硫是目前世界上技术较成熟、应用较多、操作简单的烟气湿法脱硫工艺，其具有调控范围广、运行成本低、对烟气成分要求低的优点。本次结合项目所在地的原材料供应及产品销售情况,对新建环境集烟处理装置的工艺路方案进行了慎重选择与应用，解决了该企业熔炼主厂房SO2低空无组织排放的问题，改善了员工作业环境；降低了原活性焦脱硫生产负荷。新建装置脱硫效率可达96%，能有效脱除PM2.5微细粉尘和气溶胶，实现了烟气稳定达标排放的目标，二氧化硫和重金属的排放指标分别下降1%和7%，满足更长远的国家空气质量控制要求，实现了绿色清洁生产，为企业的可持续性发展奠定了坚实的基础。