低浓度二氧化硫烟气分质高效治理技术应用

叶新军， 邵志超， 高泽磊， 秦 茜， 高 磊

(金川集团股份有限公司化工厂， 甘肃金昌 737100)

低浓度二氧化硫烟气分质高效治理技术应用

叶新军， 邵志超， 高泽磊， 秦 茜， 高 磊

(金川集团股份有限公司化工厂， 甘肃金昌 737100)

介绍了镍铜冶炼烟气的特点，并根据其特点进行了分类。针对钠碱法﹑柠檬酸钠法及活性焦法脱硫的技术特点及适应范围，结合各炉窑烟气的特性，采用与之相匹配的烟气处理方式进行分质治理的技术手段，最终达到了低浓度二氧化硫烟气分质高效治理的目的。

低浓度烟气 治理 特性 分类 分质 高效

金川集团股份有限公司是一家大型镍铜钴有色金属冶炼企业，随着镍铜冶炼系统的发展，不同冶炼炉窑产生的烟气SO2浓度变化较大，烟气状况也各有不同，使烟气治理工作面临着很大的挑战。

目前，该公司拥有40余台冶金炉窑，已建成7套冶炼烟气制酸系统用于治理高浓度烟气，并于2006年建成了制酸烟气网络体系。但低浓度烟气由于受冶炼炉窑及冶炼工艺的影响，烟气浓度、气量、温度等工况条件差异较大，气源分布较为分散，单一的烟气治理技术难以实现高效治理的要求。因此，如何实现低浓度烟气的高效治理，并研发技术先进可靠、运行稳定、节约资源满足循环经济要求的新型工艺已成为低浓度烟气治理的趋势。

1 低浓度烟气条件

冶炼系统不同气源低浓度烟气条件见表1。

2 低浓度烟气分类

为便于选择合理高效的治理技术、更好地实现低浓度烟气的分质高效治理，现根据烟气特性及气源地域分布，将低浓度冶炼烟气分为多炉窑低浓度混合烟气、高含氧高温浓度波动大转炉烟气和高温高含尘低浓度反射炉烟气三类。

2.1多炉窑低浓度混合烟气

多炉窑低浓度混合烟气的来源分为两类：一是稳定的烟气来源，主要包括回转窑、矿热电炉、合金硫化炉、3#卡尔多炉等炉窑所产烟气；二是其他杂散烟气来源，主要包括自热炉保温烟气、合成炉环集烟气以及烟气网络压力不平衡时泄漏烟气，φ(SO2)最高可达6%。

这些烟气虽然来源复杂，但烟气条件差异不大，并且对应炉窑的地理位置比较集中，便于将此部分烟气统一收集治理。不同来源的多炉窑低浓度混合烟气条件见表1。由表1可知：来自不同炉窑的低浓度混合烟气总气量可达1.5×105m3/h，混配后烟气φ(SO2)在0.6%～3.0%，烟气温度、含尘、含水等条件比较接近且稳定。

表1 冶炼系统不同气源低浓度烟气条件

由于该部分烟气气量较大，SO2浓度较低，若并入制酸系统进行处理，将导致制酸烟气整体SO2浓度低于最低工艺要求，不仅会对制酸系统的连续稳定运行及其产品质量造成影响，还会降低制酸系统综合经济效益，因此，对于这部分较低浓度混合烟气必须进行针对性治理。

2.2高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气

随着7套制酸系统及烟气网络的建成，制酸烟气均能通过烟气网络调节输送至制酸系统，实现达标排放。在制酸系统烟气管网建设和增加尾气吸收装置时，虽然已经充分考虑了部分时段和对应炉窑故障时烟气的处理方案，但这些应急措施并不能全部处理掉非正常状态超标外排烟气，这部分烟气主要由转炉烟气和偶然突发状况烟气组成，具体情况如下：

1) 一期熔炼系统的7台转炉操作经过备料、吹炼、出炉三个阶段，采用四开三备或五开二备的形式，转炉在倒炉过程中产生的低浓度烟气。

2) 当闪速炉、富氧顶吹炉、铜合成炉发生故障停炉，相配套的转炉不能同期停炉时，产生大量低浓度烟气，除制酸系统应急处置掉的部分，剩余烟气均要外排一段时间，直到转炉完全停下为止。

3) 冶炼烟气系统阀门运转不灵、关不严实时，漏出的瞬时较高浓度烟气可能沿环保烟道直接排空。

4) 闪速炉、富氧顶吹炉、铜合成炉等炉窑开炉、停炉过程中，烟气浓度是逐步升高或降低的，当达不到制酸所需的基本SO2浓度要求[φ(SO2)3%]时，不得不直接排空。

5) 在烟气管网和制酸系统生产中，同时有38台炉窑和7个烟气治理系统在运行。各系统操作人员必须统一调度协调操作，方可保证全系统生产、环保设备设施顺畅运行。当局部调节操作的协调性不够时，必然有部分烟气直接排空。

综上所述，这些高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气最高累积排放量可达1.8×105m3/h，多数情况下该部分烟气φ(SO2)远远低于1%，但偶尔也会存在烟气浓度骤然升高的现象。由于烟气来源较为复杂多变，此类烟气的浓度、温度、含尘及含水等条件波动较大，且烟气排放具有较大随机性和被动性，排放规律性差，难以有效控制，既不能送入制酸系统进行生产，又不能直接外排污染周边环境，因此，必须采取有效措施加以解决。

2.3高温、高含尘、低浓度反射炉烟气

镍熔铸系统三台反射炉在冶炼生产过程中会产生大量φ(SO2)低于0.6%的冶炼烟气，烟气总量最高可达2.0×105m3/h(注：包括反射炉渣口逸散的环集烟气，其烟气量为反射炉总气量的20%左右，约为3.2×104m3/h)。这部分烟气温度较高，温度在270～290 ℃，各反射炉低浓度烟气具体条件见表2。

表2 高温、高含尘、低浓度反射炉烟气条件

由表2可见：3台反射炉产生的高温、高含尘、低浓度烟气，总气量可达2.0×105m3/h，φ(SO2)在0.50%～0.55%，波动较小；其温度、含尘、含水等条件变化范围也非常小，且烟气来源稳定。虽然烟气中SO2浓度低，但气量较大，为了减少硫资源的浪费及对周边环境的污染，必须对此部分烟气进行有效治理[1]。

3 分质治理技术选择

3.1钠碱法脱硫技术的选择

钠碱法脱硫工艺具有烟气适用范围广、脱硫效率高、技术成熟、操作简单、运行稳定的优点;在脱硫原料烧碱供给方面，可实现公司内部的自给自足，占据极大优势。在副产亚硫酸钠的情况下，适宜烟气φ(SO2)为0.5%～6.0%，在实现冶炼烟气达标排放的同时，回收硫资源形成副产品，带来一定经济效益，进而提高烟气治理的经济性[2]。

在三类待处理烟气中，高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气和高温、高含尘、低浓度反射炉烟气SO2浓度长时间维持在偏低水平，若采用这些烟气进行亚硫酸钠的生产，会促进吸收脱硫过程中的氧化反应，提高溶液中硫酸钠杂质含量，大大降低亚硫酸钠产品质量，进而降低经济效益，不符合低浓度烟气高效治理的初衷。

多炉窑低浓度混合烟气总气量可达1.5×105m3/h，混配后烟气φ(SO2)在0.6%～3%，烟气温度、含尘、含水等条件比较接近且稳定，更符合钠碱法脱硫技术(副产亚硫酸钠)的工艺要求。

根据钠碱法脱硫技术的上述特点，结合多炉窑低浓度混合烟气的特性，二者各方面因素完美匹配，可充分实现此类烟气的高效治理。

3.2柠檬酸钠脱硫技术的选择

高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气最高累积排放量可达1.8×105m3/h，多数情况下该部分烟气φ(SO2)远远低于1%，但偶尔也会存在烟气浓度骤然升高的现象。烟气来源复杂多变，烟气浓度、温度、含尘、含水等条件波动大，且烟气排放具有较大随机性和被动性，排放规律性差。

由于高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气多数情况下SO2浓度维持在偏低水平，且存在局部时间烟气浓度骤然升高的现象[φ(SO2)超过1%]，烟气条件波动大，并不适用于钠碱法脱硫技术和对烟气稳定性要求较高的活性焦脱硫技术。

而柠檬酸钠法脱硫技术，烟气适用范围较广、工艺流程简单、系统占地面积相对较小、自动化程度高、运行费用较低、脱硫吸收剂柠檬酸—柠檬酸钠无毒害。而脱硫过程需要使用大量烧碱，具有原料烧碱可自给自足的显著优势。与高含氧、高温、浓度波动大转炉烟气进行匹配化治理，既能实现尾气达标排放，还会释放SO2纯度大于90%的再生气，可配气后用于制酸，充分回收硫资源，完美实现低浓度冶炼烟气的高效治理[3]。

3.3活性焦脱硫技术的选择

高温、高含尘、低浓度反射炉烟气总气量可达2.0×105m3/h，φ(SO2)在0.5%～0.55%这一较小范围内波动，此部分烟气来源稳定，烟气温度、含尘、含水等条件变化范围也非常小。同时，由于反射炉附近建设面积的限制，不宜选择工艺流程长、占地面积相对更大的钠碱法脱硫和柠檬酸钠脱硫技术。活性焦脱硫技术适用于气量、浓度稳定的烟气类型，对烟气气量、浓度的瞬时波动适应性较差，即使瞬时φ(SO2)超过1%，仍会造成尾气瞬时超标排放的致命后果。而该技术在处理φ(SO2)低于0.6%的稳定烟气时，脱硫效果良好，工艺系统压降低，作业率高，占地面积小。最大的优点为无废水、废渣和废气排放，无二次污染；活性焦脱硫工艺属于干法脱硫工艺，在脱硫过程中不消耗水，因此特别适应于干旱、缺水的区域；副产φ(SO2)10%～20%的高浓度SO2烟气，可配气后用于制酸系统；系统运转过程产生的部分焦粉可以作为燃料返回上游冶炼系统。所以，结合高温、高含尘、低浓度反射炉烟气质量特性和建设地域限制，活性焦脱硫技术实为上佳之选。

4 结语

结合不同冶炼炉窑SO2烟气条件，以及国内外低浓度烟气治理方法的适用性、经济性，通过大气量稳定性低浓度SO2烟气、波动性非正常外排烟气、高温高含水烟气与钠碱法、柠檬酸钠吸收解吸法及活性焦法脱硫技术的匹配化，开发了大气量﹑稳定性﹑低浓度SO2烟气钠碱法连续生产亚硫酸钠技术，创新研究应用了波动性﹑非正常外排烟气柠檬酸钠吸收解吸法生产液体SO2技术，以及高温高含水反射炉烟气活性焦法生产高浓度SO2技术。3种技术有机联动，实现低浓度SO2冶炼烟气的分质高效治理与资源化利用。

[1] 陈自江，舒云，邵志超. 镍反射炉烟气脱硫技术分析与应用[J]. 硫酸工业，2014(3)：23-26.

[2] 冯拥军.硫酸尾气碱性废水脱硫的研究与实践[J]. 硫酸工业，2013(3)：45-47.

[3] 魏占鸿，刘陈、唐照勇,等.柠檬酸钠法治理冶炼厂非正常排空烟气的生产实践[J]. 硫酸工业，2013(1)：29-33.

Application of high quality control technology for flue gas with low concentration of sulphur dioxide

YE Xinjun, SHAO Zhichao, GAO Zelei, QIN Qian, GAO Lei

(Chemical Plant, Jinchuan Co., Ltd., Jinchang, Gansu, 737100, China)

The characteristics of nickel and copper smelting flue gas are introduced and classified according to their characteristics. According to the technical characteristics of sodium alkali, sodium citrate and activated coke desulphurization and scope, combined with the characteristics of each furnace flue gas, flue gas treatment using the way to match the technical means of quality control, and eventually reached a low concentration sulphur dioxide gas quality, the purpose of governance.

low sulphur dioxide off-gas; manage; characteristics; classification; quality; efficient

2017-07-21。

叶新军，男，金川集团股份有限公司化工厂助理工程师，从事低浓度烟气治理工作。电话：0935-8815666，18093528890；E-mail：hgyxj@jnmc.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)09-0042-03