氧化锌法脱硫技术在回转窑烟气处理中的应用

文章编号:1007-967X(2021)02-36-04
氧化锌法脱硫技术在回转窑烟气处理中的应用
解增光1,张 玲2,吕 勇2
(1.中冶葫芦岛有金属集团有限公司,辽宁葫芦岛125003;2葫芦岛环境监测中心站,辽宁葫芦岛125000
)摘 要:湿法炼锌过程中产出的浸出渣,采用回转窑处理,排放的烟气SO2浓度峰值期间达不到国
家颁布的最新排放标准。通过对烟气脱硫工艺的研究分析,并结合生产实际情况,最终采用了氧化锌法工艺处理回转窑烟气。该技术应用使回转窑烟气SO2浓度降到4
00mg/Nm
以下,达到国家铅锌行业最新排放标准。并且脱硫剂利用厂内生产过程的产生的烟尘,脱硫产物可返回其他工序回收锌,副产品可在厂内循环利用,无任何废弃物外排,不会造成二次污染。
关键词:湿法炼锌;浸出渣;回转窑;SO2烟气;氧化锌法脱硫中图分类号:TF813   文献标识码:A
1 引 言
湿法炼锌过程中产出的浸出渣,采用回转窑进行处理,生产过程中排放的烟气SO2浓度满足《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中960
mg
/m3限值[1]
。目前由于窑龄过长,系统设备老化严重,且烟气无脱硫设施,另外现有多膛炉脱氟氯系
统,烟气只配有除尘设备,自《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)新标准于2012年1月1日实施后,回转窑尾气SO2排放无法满足新标准中
400mg
无烟烧烤炉/m3
限值的要求[2]。随着我国对环境保护管理日趋严格,烟气治理工作势在必行,回转窑系统
急需提高装备水平,并配备一套新建的烟气脱硫系统来满足最新的国家烟气排放标准要求。环保指标
日益严格,同时也是企业对社会的责任,烟气治理工作势在必行。
2 回转窑系统现状
2.1 回转窑处理浸出渣
回转窑处理浸出渣(其化学成分见表1),采用焦粉作燃料,并兼作还原剂,窑内分干燥段、预热段、反应段和冷却段,物料随回转窑的转动向窑头运动,并与窑内的热烟气充分接触,逐渐被烟气加热,在高温下,焦粉和浸出渣中的Zn、Pb、Cd、In等有价金属氧化物发生还原反应,并挥发进入烟气,在后期又和烟气中的氧反应,生成氧化物,并随烟气离开回转窑进入收尘系统。收集的氧化锌烟尘由刮板输送机送到原氧化锌储仓,除尘后的烟气外排。
表1 锌浸出渣成分
成分ZnPbCdCuFeAsSbMgSiO2CaOAl2O3
S%
18
0.2
0.65
19
0.05
0.05
0.6
0.5
4.07
2.2 回转窑系统烟气
回转窑年工作320d,每天加料时间24h。年处理浸出渣:140000t/a(干基),每小时处理浸出渣量18.23t/h。年产氧化锌烟尘38223.95t/a
,其化学成分见表2。窑烟气量:80291.33Nm3
/h,烟气成分见表3。多膛炉烟气,烟气流量:30000Nm3/h,SO2浓度:
2000mg/Nm3
。表2 氧化锌烟尘成分
成分ZnPbCdCuFeAsSbMgSiO2CaOAl2O3CS%
59
13
0.6
0.07
2.2
0.15
0.15
0.1
1.19
0.09
0.06
3.11
第37卷第2期2021年4月
有  矿 冶
犖犗犖-犉犈犚犚犗犝犛犕犐犖犐犖犌犃犖犇犕犈犜犃犔犔犝犚犌犢
Vol.37.№2
Ap
ril2021 收稿日期:
2020-12-30作者简介:解增光(1985—)
,男,吉林松原人,本科,工程师,从事冶炼技术管理工作。
表3 烟气成分
成分CO2SO2SO3H2ON2O2烟气含尘烟气量%13.70.110.0114.8565.326.0061.99g/m380291.33Nm3/h
3 烟气脱硫工艺
目前工业烟气脱硫以湿式脱硫工艺作为主流,
占全部脱硫项目85%以上,其主要原因在于湿法脱
硫工艺成熟,运行可靠,脱硫效率高,运行成本低。
回转窑可采用的脱硫技术比较多,其中大部分都是
湿法脱硫技术。尤其石灰石(石灰)-石膏法和氧化
锌法应用较多。
3.1 石灰石(石灰)-石膏法
这是目前应用较为广泛的脱硫方法,很多冶炼
厂都在采用。它的吸收剂来源广泛,可达到较高的
脱硫效率,一般在95%。需要外购石灰石粉(大于
250目)或石灰现场配浆,目前该方法主要问题是副
产品石膏的去向,一般销路有限,需考虑石膏的堆存
以及二次污染的问题。
3.2 氧化锌法
吸收剂氧化锌粉一般来源于铅、锌厂的氧化锌
烟尘。副产品硫酸锌溶液送往湿法系统,产生一定
量过滤渣为未反应完全的氧化锌和亚硫酸锌,可与
锌精矿一起进焙烧系统回收锌和SO
。当过程渣产
量较大时也可以用废电解液处理过滤渣回收其中的
SO2,SO2返回硫酸系统再利用。该方法尤其适合
铅、锌冶炼企业,可以和厂内冶炼系统有机结合起
来,不用外购原料,脱硫产物直接返回厂内系统,可
实现资源的综合利用。
3.3 工艺选型
烟气脱硫方法的选择主要取决于原烟气条件、
吸收剂的供应条件及工厂的地理条件、副产品的利
用、工程投资和运行成本等多方面因素,并且应遵循
安全、可靠、技术先进合理、满足环保排放等原则。
采用氧化锌法脱硫处理回转窑尾气,可在厂内保证
氧化锌的来源和副产品硫酸锌、亚硫酸锌的再利用。
氧化锌法脱硫在满足SO
尾气排放要求的基础上,
可不产生抛弃的废渣,副产品可返回冶炼系统利用,
且一次性投资较低,系统运行所需的吸收剂、副产品
都可以在厂内部供给和消化,也不需要为堆存建堆
场。因此回转窑烟气可采用氧化锌法脱硫。
4 氧化锌法脱硫工艺
4.1 工艺原理
回转窑烟气中的SO
2在吸收塔内与一定浓度
的ZnO浆液发生以下主反应:
SO2溶解于水中反应机理:
SO2+H2O→HSO-3+H+(1)
HSO-3→SO2-3+H+(2)
ZnO溶解于水中反应机理为:
ZnO+2H+→Zn2++H2O(3)
SO2在吸收塔内与一定浓度的ZnO浆液反应
机理:
Zn2++SO2-3→ZnSO3(4)
Zn2++HSO-3→Zn(HSO3)2(5)
ZnO+SO2+
H2O→ZnSO3·
H2O(6)
亚硫酸属于二元酸反应过程中会生成两种盐,
ZnO过剩时生成中性盐ZnSO3,SO2过剩时生成酸
性盐Zn(HSO
。吸收过程中,生成的ZnSO
·5
H2O是一种固体不溶物[3]。
4.2 工艺流程
4.2.1 烟气脱硫流程
回转窑烟气脱硫工艺系统主要包括浆液制备和
供应、二氧化硫吸收、硫酸锌浆液过滤,具体流程如
推拉电磁铁
图1
图1 氧化锌法脱硫工艺流程图
(1)浆液制备和供应储存
运来的氧化锌吸收剂在配浆槽制备一定浓度的
氧化锌浆液,经密度计检测达到浓度要求送至吸收
剂储槽,浓度不满足要求,浆液返回配浆槽。新鲜氧
化锌浆液经供浆泵送入二氧化硫吸收塔,用于脱除
脚踏式垃圾桶烟气中的二氧化硫。补充的ZnO浆液量由吸收塔
内pH值控制。
(2)二氧化硫吸收
脱硫系统设接力风机,接力风机引入回转窑烟
气,同时烟气经风机加压后进脱硫塔。烟气吸收系
统主要包括动力波洗涤塔、二氧化硫吸收塔、循环
泵、电除雾。烟气进入吸收塔后,以90°折向,朝上
流动,与自喷淋层而下的浆液进行大液气比接触,烟
第2期            解增光等:氧化锌法脱硫技术在回转窑烟气处理中的应用
气中的SO
被吸收浆液洗涤,并与浆液中的ZnO发
生化学反应,完成烟气脱硫。吸收的SO
2以ZnSO
·5
H2O的形式存在,并在吸收塔内部分转化成ZnSO4,溶解在浆液中。系统向吸收塔内连续补充新鲜氧化锌浆液,同时连续外排一定量的硫酸锌浆液(Zn2+浓度20g/L)。脱硫并除尘后的净烟气通过除雾器除去气流中夹带的雾滴后经尾气烟囱排放。除雾器设有在线自动冲洗系统,除雾器冲洗水由工艺水泵供给。吸收塔浆液和除雾器清洗水流入吸收塔底部,即吸收塔浆液池。通过吸收塔浆液池上的搅拌器搅拌,使浆液池中的固体颗粒保持悬浮
状态。在脱硫反应中生成的ZnSO
3·5
H2O,部分
ZnSO4溶解于浆液中。
(3)硫酸锌溶液过滤
过滤系统主要包括给料槽、给料泵、压滤机、滤液槽、滤液泵。从吸收塔出来的硫酸锌浆液进入给料槽后经给料泵送至压滤机。经过过滤的浆液固相
ZnSO3·5
H2O含水约25%,用汽车运到火法冶金炉u型卡环
利用;液相是Zn2+浓度约20g/L的ZnSO
溶液,送
净液工段,经净化后进电解系统。具体流程如图1。4.2.2 烟气排放情况
氧化锌脱硫工艺,进入脱硫系统的烟气量包括回转窑和多膛炉两部分烟气,总烟气量134378.73Nm3/h,SO2含量1000~3000mg/Nm3;脱硫效率为90%;脱硫塔出口烟气量119592.3Nm3/h(干
基),SO
含量224.7mg/Nm3(干基)。脱硫后的烟气经新增烟囱排放。其中多膛炉烟气由业主送入本脱硫系统。经脱硫后排放的烟气符合《铅、锌工业污
染物排放标准》(GB25466-2010)[2]的要求。
4.3 工艺条件
处理烟气量:140000Nm3/h;
烟气温度:≤300℃;
动力波出口:<80℃;
第二脱硫塔出口:<70℃;
制浆比重:1.1~1.3;
脱硫塔pH:5.0~6.5;
电除雾器二次电压>40kV,二次电流>60mA;
吸收剂条件:氧化锌吸收剂采用厂内现有氧化锌中和剂,吸收剂中锌含量在45%~50%,粒度按照325目考虑。
5 脱硫技术应用效果与分析
本次改造,最终减少SO
排放,烟气SO
排放符合国家《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)要求。通过改造,硫资源利用率大幅提高,环境效益和社会效益显著。
5.1 目前运行状态
回转窑烟气的处理,采用氧化锌法脱硫工艺,回收烟气中的二氧化硫制取亚硫酸锌参与火法系统生
产配料。未改造前回转窑烟气SO
排放浓度峰值为950mg/Nm3左右,超过《铅、锌工业污染物排放
标准》(GB25466-2010)标准中SO
2400mg
/Nm3
的要求。氧化锌脱硫工艺,设计进口SO
浓度按2000~3000mg/Nm3,吸收效率在90%以上,脱硫
后烟气中SO
达到400mg/Nm3以下,低于《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)标准中SO2400mg/Nm3的要求。近一年实时在线监测数据见表4。
表4 脱硫后烟气在线监测开关柜无线测温装置
日期SO2实测浓
度(mg/m3)
SO2排
放量(kg)
NOx实测浓
度(mg/m3)
NOx排
放量(kg)
TSP实测浓
度(mg/m3)
TSP排放
量(kg)
标干流
量(m3/h)
含氧量
(%)
温度
(℃)
压力
(Pa)
流速
(m/s)
2020-01179.888394104.594744.8413.52606.62445671328.5962.471013827.032020-02150.35663694.024126.719.94432.423918475410.9256.411013756.462020-03143.23666788.033747.928.85387.59445129588.5659.751013617.152020-04150.03761687.074043.9810.44492.81475393909.8762.991013338.042020-0537.83206232.511717.183.30171.251587160317.8531.391013302.632020-06115.98723197.465814.799.44563.775988327310.6264.381013
0610.122020-0779.25496787.885356.509.39571.446112396910.5163.341012929.882020-0849.40246334.071713.014.10201.362177386815.7240.971012883.452020-0961.94434734.082335.223.73250.772714043216.1938.901013104.492020-1090.29640443.303039.895.95419.214229584213.7743.691013327.172020-1178.57555756.243838.435.90414.624739616013.1145.851013597.77
5.2 创新内容
吸取国内冶炼厂先进成熟的经验,经充分论证,做如下创新内容:
(1)吸收采用氧化锌脱硫工艺,无废物产生,烟
甲胺基苯丙酮3有  矿 冶                   第37卷
气排放《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-
2010)标准中SO2400mg/Nm3
的要求。(2
)一级洗涤净化,高效动力波洗涤塔采用碱液喷淋,提高脱硫效率。
(3
)两级吸收脱硫多层喷淋脱硫,脱硫浆液采用三层喷淋,烟气进入吸收塔后,与自喷淋层而下的浆液进行大液气比接触,分酸均匀,比表面积大,烟气与脱硫浆液充分接触,没死角。
(4)成本低,占地面积小。5.3 环境效益
回转窑和多膛炉两部分烟气,总烟气量
134378.73Nm3/h,SO2含量10
00~3000mg/Nm3,改造前制酸尾气排放SO2浓度为950mg/Nm3,改造后制酸尾气排放SO2浓度在300mg/Nm3
以下。则制酸系统改造后SO2削减量为:SO2削减量=总烟气小时排放量×烟气脱硫
SO2浓度差×作业时间=
134378.73Nm3/h×(950-300)mg
/Nm3
×24h×320d=670.82t
脱硫系统改造完成后,大大降低了SO2的排放量,每年少排放SO2670.82t,厂区周边环境大为改观,环境效益显著。
5.4 后续改造建议
目前从吸收塔出来的硫酸锌浆液进入给料槽后经给料泵送至压滤机,副产品中硫酸锌溶液可用管道送到湿法炼锌系统,难溶的亚硫酸锌、未反应的氧化锌等过滤渣送火法系统配料。将副产品中难容的ZnSO3转化为的ZnSO4直接参与湿法炼锌系统生产是后续改造的方向。采用酸分解法,主要反应原理:ZnSO3+H2SO4→ZnSO4+H2O+SO2↑,可将副产品ZnSO3转化为的ZnSO4。主要流程是将吸
收塔内的外排浆液浓缩分离,底流进入酸解槽,可采用硫酸厂净化系统产生的污酸或电除雾器中凝结
的约50%稀酸与酸化槽内浆液反应,生成SO2气体、ZnSO4溶液。ZnSO4溶液进入酸解后液槽,
通过调节酸解后液槽内浆液pH值及液固比,
使浆液中Zn
2+
浓度达到湿法炼锌浸出系统的要求,经脱吸塔吹脱后送往浸出作业区参与电解系统生产。槽内收
集下来的SO2气体送硫酸系统生产硫酸。通过后续改造将资源得以循环利用,副产品中ZnSO4可直接参与湿法炼锌系统生产,提高阴极锌产量。
6 结 语
通过对烟气脱硫工艺的研究分析,并结合生产实际情况,采用了氧化锌法工艺处理回转窑烟气,脱硫剂无需外购,可以利用厂内生产过程产生的烟尘,脱硫产物可返回其他工序回收锌,与常规冶炼流程有效结合,无任何废弃物外排,副产品可在厂内循环利用,再不会造成二次污染。该技术应用到生产实
践中,使回转窑烟气中SO2降到4
00mg/Nm3
以下,达到国家铅锌行业最新排放标准,大大降低了SO2的排放量,每年少排放SO2670.82t,厂区周边环境大为改观,环境效益和社会效益显著提高。
参考文献:
[1] G
B16297-1996,大气污染物综合排放标准[S].北京:国家环境保护局,1996.
[2] G
B25466-2010,铅、锌工业污染物排放标准[S].北京:环境保护部,2010.
[3] 岳焕玲,
高 飞.氧化锌法脱硫技术在挥发窑烟气处理中的应用[J].硫酸工业,2014,(2):38-40.
[4] 魏甲明,
许 波,董四禄,等.改进型氧化锌脱硫工艺在锌冶炼厂应用的探讨[J].中国有冶金,2012,10(5):55-57.
犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀狅犳犣犻狀犮犗狓犻犱犲犇犲狊狌犾犳狌狉犻狕犪狋犻狅狀犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犻狀犉犾狌犲犌犪狊犜狉犲犪狋犿犲狀狋犻狀犚狅狋犪狉狔犓
犻犾狀XIEZeng guang1,ZhangLing2,LVYong
(1.犣犺狅狀犵狔犲犎狌犾狌犱犪狅犖狅狀犳犲狉狉狅狌狊犌狉狅狌狆犆
狅.,犔狋犱.,犎狌犾狌犱犪狅125003,犆犺犻狀犪;2.犎狌犾狌犱犪狅犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犕狅狀犻狋狅狉犻狀犵犆
犲狀狋犲狉犛狋犪狋犻狅狀,犎狌犾狌犱犪狅125000,犆犺犻狀犪)犃犫狊狋狉犪犮狋:Theleachingslagproducedinthewetzincsmeltingprocessistreatedbyrotarykiln.Duringthepeakconce
ntrationoffluegasSO2,itdoesnotmeetthelatestemissionstandardsissuedbythestate.Throughtheresearchandanalysisoffluegasdesulfurizationprocess,andcombinedwiththeactualproductionsituation,thezincoxideprocessisfinallyusedtotreatrotarykilnfluegas.Thetechnicalapp
licationreducedtheconcentrationoffluegasSO2
inrotarykilntolessthan400mg/Nm3
,reachingthelatestnationalemissionstandardinthelead-zincindustry.Andthedesulfurizerusesthesmokeanddustgeneratedbytheproductionprocessinthefactory,andthedesulfurizationproductcanreturntootherprocessestorecoverzinc.Theby-productcanberecycledinthefactory,withoutanywastedischarge,andwillnotcausesecondaryp
ollution.犓犲狔狑
狅狉犱狊:wetzincrefining;leachingslag;rotarykiln;SO2fluegas;zincoxidedesulfurization9
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