降低锌焙烧烟气中三氧化硫的工艺

降低锌焙烧烟气中三氧化硫的工艺 硫酸生产过程中常常会产生大量的污酸，特别是有色金属冷炼烟气的制酸, 由于含有重金属离子，使其处理和利用更加困难。锌焙烧烟气经过收尘后送入高 效洗涤器洗涤烟气中的三氧化硫和少量烟尘，产生的污酸含有少量铅、锌、镉等 重金属离子以及氟、氯离子等，由于其含氟氯离子较高不能直接用于湿法锌生产 系统，又因含有重金属离子也较难在制酸系统利用，为此企业不得不采用复杂的 污酸处理工艺，使废水达到国家标准外排，处理过程产生的废渣也存在堆存和利 用的难题。 一套年产10万吨电锌的系统可产酸浓（3-5） 的污酸近10万m3。为降低 污酸的处理成本，本文分析了烟气中S03的生成条件，提出了一些控制措施，并 探讨了氧化锌吸附吸收S03生成硫酸锌的工艺可行性，进一步降低烟气中的S03 浓度，达到从源头降低污酸量的目的。 焙烧硫酸工艺简述 锌精矿入炉前首先根据成分、来源地等进行混合配料，用抛料机送入高温沸 腾焙烧炉内，溢流焙砂从炉侧流出，高温烟气从炉顶排出。生产中，沸腾层温度 一般控制在（930-950） C。焙烧炉烟气出口温度一般在（800-900） C。从炉顶 排出的烟气首先经余热锅炉降温，锅炉出口温度一般在（340370） C,再经过 旋风除尘、电除尘后温度降至（250300） C,电除尘后的烟气通过排烟机送高效 洗涤降温除尘，烟气温度降至（40-60） C,在此产生大量污酸，洗涤后的烟气 送制酸系统生产硫酸。 硫化锌精矿焙烧的实质是硫化物的氧化过程，参与焙烧反应的主要元素有 Zn、S、0、Fe,焙烧产物有溢流焙砂和烟尘、二氧化硫烟气，主要反应有 ZnS1. 502一Zn0S02 ① ZnS202ZnS04 ② Zn0Fe203一ZnO Fe203 ③ S02 0. 502503 ④ Zn0S03ZnS04 ⑤ 反应④、⑤是可逆的放热反应，低温下向右进行，有利于三氧化硫和硫酸锌 的生成。 三氧化硫的生成条件及控制措施 一是三氧化硫的生成条件。烟气温度的影响反应方程式④， △G0-2260021. 36T, △GOWO,即 TW1058K 785C时,烟气中的 S02 才可以 转化为S03,也就是说S03只有在锅炉及其以后的收尘系统中才能生成。但从动 力学看温度在400600C之间时S02转化为S03的速度更快，这也是硫酸生产 的转化温度。烟气中氧浓的影 响由方程式④可知PS03KpPS02P0. 502,当温 度一定时，可认为Kp和S02浓度是一常数，氧浓度的增加将有利于的S03生成, 控制烟气中的氧浓度可减少S03的生成。 催化剂的作用资料显示Fe203、A1203、V205、Si02、烟尘等是余热锅炉 烟气中的催化剂，当余热锅炉积灰时，积灰的表面温度随积灰厚度的增加而上升, 从而有利于S02转化成S03,三氧化二铁和烟尘对转化所起的影响最为显著。锌 焙烧的烟尘中一般含有815的Fe203和35Si02,高烟尘率和高Fe203 含量等解释了锌焙烧污酸量较其它一些金属冶炼污酸量大的原因。 二是降低三氧化硫生成的控制措施。由上述分析看，烟气温度、氧浓度和烟 尘中的Fe203等均对S03生成量有一定影响。由于原料来源广，入炉锌精矿含铁 等不易控制，Fe203等对S02转化为S03的催化作用不作探讨。从S03易于生成 的温度看，S03生成的大部分在锅炉段，需重点控制锅炉及锅炉前的进氧量才能 降低S03的生成量；锅炉烟气中的氧一是来自焙烧炉鼓入的空气带入，二是锅 炉和焙烧炉烟道接口处的漏风。鉴于上述情况，为降低鼓入空气带入的氧，在稳 定炉况的情况下，风料比由原来的1800-2000降低至1600-1700o查找从焙烧烟 气出口以及收尘系统漏风，首先对锅炉爆破清灰系统进行了升级改造，减少了因 人工辅助清灰开启炉门带进的冷空气，也避免了锅炉长时间积灰导致的温度过 高；再是对焙烧炉烟气出口改造，减少漏风；三是对收尘系统查漏，重点对锅炉 进行密封、堵漏等，采取措施后污酸量略有降低。 污酸 烟气（送制酸） 图1锌精矿焙烧制酸工艺流程图 氧化锌吸收三氧化硫一一硫酸盐的生成 反应方程式⑤表明，在有S03存在时，氧化锌与S03可以生成硫酸锌。右图 可知PS02分压升高时，硫酸盐稳定区增大，温度低、S03浓度高时，生成的硫 酸锌就越多。反应⑤和反应④的平衡关系决定了硫酸盐生成的数量，硫酸锌生 成的条件与数量，取决于温度与烟气成分。表1为本公司焙烧各段产物中SS04 含量表。 名称 锅炉烟尘 旋风烟尘 电收尘烟尘 溢流焙砂 本公司 1.23 2.96 6.32 0.78 国外某锌厂 0.8 2.5 5.5 0.2 由此可见，烟尘中的氧化锌起到吸收S03的作用，从检测烟气中的S03含量 看，从旋风收尘进口到电收尘出口 S03降低了 5g/Nm3,即每天约有7. 2t的S03 在旋风收尘和电收尘处生成硫酸盐，硫酸盐生成量的增加降低了烟气中S03含 量，进而降低污酸量。 干法氧化锌吸收S03工艺探讨 一是增加干法吸收S03工序。利用ZnO吸收S03的原理，在静电除尘器后的 烟气中采用一种方式使氧化锌与气体中的S03充分接触生成硫酸盐，再通过除尘 设施对其回收，该烟尘可直接进湿法系统回收锌，也可与锌精矿混合返焙烧炉再 次焙烧脱硫处理。锌精矿焙烧工序球磨后的溢流焙砂具有含锌高、SS04含量低、 粒度细比表面积大的优点，可作吸收剂。从原理上看，采用干法氧化锌吸收S03 可实现烟气中S03的高效脱除，但由于该方法尚未在锌冶炼系统应用，还需进行 工业试验。 二是提高烟尘率，增加氧化锌对S03吸收。锌焙烧系统的烟尘率大小与焙烧 炉结构（如鲁奇炉上部结构为扩大段，造成烟尘气速减慢，烟尘沉降在炉内，降 低了烟尘率）、直线速度、烟气出口负压以及锌精矿矿粒度、水分等有关。直线 速度与烟气出口负压愈大，以及精矿含水分低、粒度细等都会使烟尘量大幅度增 加。烟尘量的增加可吸收更多的S03,考虑对设备的影响，未开展提高烟尘率的 试验。从两台焙烧炉投料最大差异看，1炉投加有熔铸工序磨细后的氧化锌，2 炉只有锌精矿，从长期的数据统计看1炉产出的混合焙砂含Sso4较2炉产出的 混合焙砂高0.1,污酸量也低于2系统，这也证明烟尘量的增加有利于降低烟 气中的S03浓度。据说国外焙烧炉采取低风料比操作，污酸酸度可降低至pH值 2.0左右，资料显小国外一些厂家的烟尘在60以上，所以提高烟尘率可增加对 烟气中的S03吸收，降低污酸产量。 生产控制角度采取降低风料比、锅炉爆破清灰升级改造和堵漏等方式，减 少S03生成量。再是烟尘中的氧化锌对S03的吸收大幅度降低了烟气中S03的含 量，进而使污酸产量降低。 工艺探讨增加氧化锌干法吸附吸收烟气中的S03工序，或是改进焙烧炉及 其收尘系统的设计达到源头降低污酸产量的目的，将是污酸减量化研究的一个方 向。