氧化锌脱硫工艺处理硫酸尾气的应用实践

张建康，刘 伟，赵 永，宋 刚

（陕西锌业有限公司，陕西商洛 726000）

陕西锌业有限公司（以下简称陕西锌业）180 kt/a焙烧锌精矿烟气制酸装置的尾气脱硫项目（简称Ⅰ期脱硫项目）于2014年5月建成投产，硫资源综合利用和节能减排装置（一期）配套85 kt/a烟气制酸装置的尾气脱硫项目（简称Ⅱ期脱硫项目）于2015年7月建成投产，2套装置均采用氧化锌脱硫工艺处理硫酸尾气[1]。

1 氧化锌脱硫工艺

1.1 工艺原理

氧化锌法脱硫是将含有ZnO的粉尘与水配制成氧化锌悬浮液，在脱硫组合塔中ZnO与烟气中的SO2反应生成ZnSO3，再经空气氧化为可溶性的ZnSO4，将硫酸锌溶液压滤后，滤液送至浸出工序重新利用，滤渣送至回转窑焙烧处理。

主要反应方程式[2]为：

吸收SO2的反应(1)可理解为：SO2先和水反应生成 H2SO3、SO32-、HSO3-和H+，而后ZnO与SO32-、HSO3-和H+反应生成ZnSO3或Zn(HSO3)2。

SO2与水的反应为可逆反应，反应方程式为：

由于H2SO3为二元酸，ZnO与H2SO3反应可能生成2种盐。当ZnO过量时，反应产物为ZnSO3；当SO2过量时，反应产物为Zn(HSO3)2。ZnSO3·2.5H2O 的溶度积 Ksp=1.34×10-5，主要以固体不溶物的形式存在。ZnSO3和Zn(HSO3)2不稳定，易被氧化生成ZnSO4，反应方程式为：

在脱硫装置实际运行过程中，ZnO的用量为过剩状态，吸收SO2的产物主要为ZnSO3，即使有少量Zn(HSO3)2生成，在氧化过程中二者均转化为ZnSO4，从而被沉淀过滤除去。

1.2 工艺流程

陕西锌业处理硫酸尾气的氧化锌脱硫工艺流程见图1。

图1 氧化锌法脱硫工艺流程

来自1#和2#二吸塔的烟气处理流程大致相同。来自锌精矿焙烧工序的烟尘通过提升机送至烟尘储仓，再通过螺旋输送机送至浆液制备槽内。烟尘与水在浆液制备槽内混合配制成w(ZnO)为8%～15%的浆液。用浆液输送泵将浆液送至浆液中间槽，再通过浆液输送泵送至脱硫塔内。氧化锌浆液与来自二吸塔的烟气在脱硫内充分接触吸收脱除烟气中的SO2。吸收SO2后的烟气依次通过脱硫塔内的两级捕沫器和电除雾器，除去气体中夹带的液滴及酸雾，进入烟囱高空达标排放。脱硫塔内吸收SO2后的液体回落到塔底集液槽内，槽内的吸收液和由氧化风机鼓入的空气在侧壁搅拌机不断搅拌下充分接触，使浆液中的ZnSO3氧化为ZnSO4。通过吸收液输送泵将1#脱硫塔排出的含有ZnSO4的液体送至滤前液储槽，2#脱硫塔排出的液体则先通过脱硫循环泵一旁路支管送至吸收中间槽，再用吸收液输送泵送至滤前液储槽。滤前液储槽内的吸收液经压滤后，滤液进入滤清液储槽，通过上清液输送泵送至中转槽，最后由中转泵送至浸出工序；滤渣转运至回转窑焙烧处理。

1.3 主要设备

尾气脱硫装置主要设备及规格参数见表1。

表1 尾气脱硫装置主要设备及规格参数

2 存在问题及改进措施

2.1 调浆浓度不均匀

Ⅰ期脱硫项目采用人工将烟尘加入浆液制备槽，浆液配制浓度不均匀，脱硫后的吸收液pH值波动大；Ⅱ期脱硫项目投运后，同样采取上述方法配制浆液，存在浆液配制供给不足的问题，不能满足生产需要。

为了解决上述问题，陕西锌业对脱硫调浆系统进行改造，增加板链式提升机、烟尘储仓和螺旋给料机各1台。烟尘通过提升机转运至烟尘储仓，再通过螺旋给料机进入浆液制备槽，用水配制成氧化锌浆液。通过改造，浆液实现了连续供给，浓度配制均匀，能够满足脱硫生产所需，有效地提高了脱硫系统的处理能力。

2.2 在线监测仪表风气源不稳定

因压缩空气管网压力波动引起仪表风不稳定，CEMS-2000在线监测数据出现异常。技术人员通过分析，增加了1台活塞式空气压缩机，并入压缩风总管网，控制压力在0.3～0.5 MPa，稳定了在线仪表风气源，提高了数据传输的可靠性[3]。

2.3 硫酸锌浆液输送管道堵塞

Ⅰ期脱硫项目的硫酸锌浆液输送管道设计有1条输送管道和1条回流管道，通过PLC控制浆液输送量，保证输送管道不断流、不堵塞。在脱硫装置运行初期，因浆液浓度配比不均、氧化不充分等因素，造成管道内壁ZnO和ZnSO3沉积，浆液输送量减少，最终导致管道堵塞。

技术人员经过多次分析，采取以下措施解决了管道堵塞的问题：①将连续输送方式改为间断输送方式，延长浆液反应时间，使其充分氧化；②增加冲洗水管道装置，定期对管道进行冲洗；③增加1台80 m2厢式压滤机，对脱硫后硫酸锌浆液进行压滤。

2.4 电除雾器供电装置故障率高

Ⅰ期和Ⅱ期脱硫项目电除雾器采用高频智能高压电源供电，该供电装置投运后故障率高，影响尾气排放指标。将高频智能高压电源更换为恒流源高压电源后，电除雾器供电装置运行稳定，从未发生故障。

2.5 pH计反馈数据不准确

脱硫装置运行初期，脱硫后的吸收液pH值的变化通过安装在吸收液输送泵内径为50 mm管道上的pH计进行检测。由于管道管径细、吸收液循环量小，pH计反馈的数据不准确，影响脱硫操作。将pH计改装到脱硫循环泵入口总管道上，能够实时监测、准确分析吸收液的pH值变化，为脱硫装置稳定运行提供可靠的依据。

2.6 脱硫喷淋压力下降

脱硫循环泵总管喷淋压力是脱硫工序监控的一个重要指标。压力偏低，影响脱硫效果；压力偏高，增加系统阻力。经过生产实践证明：压力控制在70～90 kPa比较合理。脱硫循环泵叶轮和大口径喷头磨损、脱硫循环泵进液口堵塞，都是导致脱硫喷淋压力下降的原因。为了稳定脱硫喷淋压力，防止上述现象发生，采取以下措施：①浆液中w(ZnO)控制在8%～15%比较合理，降低脱硫循环泵磨损程度；②向脱硫塔内补水，补充烟气带走的水分，维持塔内体积平衡，补充水0.5～1.0 t/h；③将脱硫泵四级电机改为六级电机，功率由185 kW改为132 kW，能满足脱硫生产要求。

2.7 脱硫循环泵进液口堵塞

Ⅱ期脱硫塔集液槽底部容易出现氧化锌沉积现象，使脱硫循环泵进液口堵塞，严重影响脱硫效果，需定期停车清理。为了解决沉积问题，将3台侧壁搅拌装置安装高度由750 mm降至420 mm，增强底部浆液搅拌强度，彻底解决了集液槽底部的氧化锌沉积问题。

3 运行情况

通过改造后，2套尾气脱硫装置运行稳定， 尾气排放运行指标见表2。

表2 尾气脱硫装置运行指标

由表2可见：尾气脱硫装置改造后，烟气制酸装置排放的尾气ρ(SO2)＜120 mg/m3，颗粒物(ρ)＜15 mg/m3，远低于GB 25466—2010《铅、锌工业污染物排放标准》规定的ρ(SO2)≤400 mg/m3、颗粒物(ρ)≤80 mg/m3的要求。

4 结语

陕西锌业冶炼烟气制酸装置硫酸尾气处理的生产实践表明：采用氧化锌脱硫工艺处理硫酸尾气效果良好，排放的尾气中ρ(SO2)＜120 mg/m3，颗粒物(ρ)＜15 mg/m3。针对运行过程中存在的浆液制备槽调浆浓度不均匀、在线监测仪表风气源不稳定、硫酸锌浆液输送管道堵塞、电除雾器供电装置故障率高等问题，通过对尾气脱硫装置进行设备升级改造、优化工艺参数，实现了尾气脱硫装置稳定运行。氧化锌脱硫工艺在陕西锌业2套制酸装置脱硫项目中的成功应用，既消除了困扰企业多年尾气SO2排放的问题，又资源化利用了锌焙烧系统的烟尘，实现了循环经济生产，环境效益显著。