石灰石—石膏法脱硫技术在电解铝烟气净化中的应用

王尚元，班允刚，刘 靖，艾自金

（1.东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳，110166；2.中国有色金属建设股份有限公司，北京 100029）

电解铝生产过程中产生的烟气中含有大量SO2。近年来为了进一步改善大气环境质量，电解铝企业积极响应政府的号召，对烟气中含有的SO2进行治理。为此，山东魏桥铝电于2017年率先在行业内开展电解烟气的脱硫治理，采用技术上最成熟、应用最广泛的石灰石-石膏湿法脱硫技术对电解烟气进行处理，和干法脱硫技术相比，具有反应速率快、脱硫效率高等特点[1]。结合工程实例，本文将系统的介绍一下石灰石-石膏法脱硫技术在电解铝烟气净化中的应用。

1 系统组成

电解铝烟气脱硫系统主要包括：

（1）烟气系统

（2）SO2吸收系统

（3）吸收剂供应与制备系统

（4）石膏脱水系统

（5）电解烟气脱硫供水及排放系统

（6）电解烟气脱硫废水处理系统

1.1 烟气系统

烟气系统将未脱硫的烟气引入电解烟气脱硫系统，将处理后的达标烟气通过吸收塔顶部的烟囱排入大气，引风机为脱硫系统提供动力。考虑到吸收塔的检修需要，设置吸收塔旁路事故直排系统，并通过挡板门进行切换。

烟气系统的设计应满足如下标准：《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）；《铝电解厂通风除尘与烟气净化设计规范》（GB 51020-2014）。

1.2 SO2吸收系统

SO2吸收系统是脱硫装置的核心系统，待处理的烟气进入吸收塔后与石灰石浆液充分接触后去除烟气中的SO2。吸收塔设有除雾器，处理后的达标烟气通过烟囱排放至高空。

（1）吸收塔。出于节能的考虑，可根据烟气量的变化调整循环泵的运行状态；脱硫装置的烟气处理能力为设计工况的105%；吸收塔采用烟塔一体化设计；吸收塔入口段烟道的干湿界面采用6mm厚的碳钢贴覆3mm厚的C276。

（2）浆液喷淋系统。吸收塔至少设置3层喷淋层，每个喷淋层分别设置独立的循环泵。吸收塔的搅拌采用进口侧进式搅拌器，应该无搅拌死区，可以长期、稳定运行。

（3）吸收塔氧化风机系统。氧化风机采用高压罗茨风机，可以为系统提供无油氧化空气，风机通常1用1备设置。

（4）除雾器。脱硫后的水蒸气依次通过2层管式除雾器和3层屋脊式除雾器（安装于塔内顶部）后通过烟囱排放，排放烟气中的水蒸气含量极低，在典型工况下，除雾器出口烟气的含水率＜25mg/Nm3，排放无白色烟羽，不产生雾霾。

（5）事故烟气冷却系统。事故烟气冷却系统由分配管网和喷嘴组成。采用工艺水作为系统的冷却介质。事故烟气冷却系统应能满足脱硫系统入口处烟气温度及烟气流量的±20%变化。在烟温过高或者循环泵故障时，可以保证吸收塔内衬和除雾器安全。

1.3 吸收剂供应与制备系统

吸收剂制备系统主要由石灰石制浆系统和石灰石浆液供应系统组成。

外购的成品石灰石粉通过制备系统制成满足脱硫要求的浆液。石灰石粉仓的上部设有真空压力释放阀和袋式除尘器。为了保证石灰石粉的下料通畅，石灰石粉仓的下部设有流化风机和流化板。

罐车将250目的石灰石粉输送至石灰石粉仓，经旋转给料机送至制浆罐内搅拌制浆、石灰石浆液泵送至吸收塔。

石灰石粉仓按照系统正常运行7天的消耗量进行设计。

石灰石粉仓的上部设有密封的人孔门。仓内的含尘气体通过除尘器处理后，排放浓度＜10mg/Nm3。

1.4 石膏脱水系统

吸收塔内的石膏浆液通过石膏排除泵输送至石膏旋流器，浓缩后的浆液再经过真空皮带脱水机进行脱水处理，脱水的同时需要对石膏进行冲洗，以满足石膏综合利用的要求。脱水后石膏的含水量为8%～10%，产品石膏进入石膏暂存库贮存。

滤出液返回吸收塔作为补充水，维持吸收塔内的水平衡，或者进入石灰石制浆系统。石膏旋流器上清液的40%进入废水旋流器，60%返回吸收塔。

石膏浆液脱水系统主要包括：真空皮带脱水机、真空泵、滤出液回收水箱、滤布及滤饼冲洗水系统、石膏暂存库。

石膏暂存库的容积按单套烟气净化系统运行4天的石膏量考虑。所有浆液箱、管道需要设置防腐内衬；所有设备及设施设置起吊设施。

1.5 电解铝烟气脱硫装置供水及排放系统

（1）电解铝烟气脱硫装置供水系统。脱硫系统的供水水源通常为工业水和处理合格后的废水，电解铝烟气脱硫系统的主要用水点有：石灰石制浆和吸收塔氧化浆池液位调整用水；石膏及真空皮带脱水机冲洗用水；氧化风机和其他设备的冷却水及密封水；场地冲洗用水；真空泵的密封水；吸收塔除雾器冲洗用水；泵的密封用水；吸收塔入口烟道事故的冷却用水；各种其它用水；在正常运行和事故工况下，工艺水系统需要保证脱硫系统的用水安全。

（2）电解烟气脱硫排放系统。电解烟气脱硫排放系统主要处理如下系统的排水：事故时吸收塔排放的浆液；正常运行时各设备的冲洗水；管道冲洗水；吸收塔区域冲洗水及其他区域的冲洗水；设备冷却水排水；岛内生活污水排放；脱硫废水处理及排放；雨水排放。

（3）防腐处理。电解烟气脱硫装置的供水系统，应能保证电解烟气脱硫系统正常运行和事故工况下的用水要求。考虑到工艺水的水质较差，整套工艺水的供应系统均需要采取防腐措施。在电解烟气脱硫系统设置碳钢加防腐衬里的工艺水箱和碳钢结构的工业水箱，分别处理工业水和废水回用水。

（4）事故浆液系统。事故浆液箱用于收集吸收塔检修排空时排放的浆液，事故结束后需要返回吸收塔。事故浆液箱内部敷设玻璃鳞片，事故浆液箱的容积需要满足单个吸收塔检修排空时和其他浆液排空的要求。事故浆液箱的搅拌设备需要采用进口侧进式全金属搅拌器。

（5）排污坑。排污坑的作用主要是收集设备冲洗水、管道冲洗水、烟道和烟囱冷凝液以及吸收塔区域、石灰石卸料制浆区、石膏脱水区冲洗水。每座吸收塔应考虑紧急排空措施，保证能在90min内排空吸收塔浆液，每座吸收塔地坑需要设置两台地坑泵，1用1备。

（6）排放系统。脱硫废水的排放需要达到国家《污水处理综合排放标准》（GB8978—1996）表4中的一级标准。