铝电解烟气石灰石-石膏法脱硫脱氟

除尘技术开发及产业化

一、立项背景

目前，铝电解烟气在干法净化的基础上，二氧化硫排放一般为150～200mg/Nm3，氟化物（以氟计）排放一般为1～2mg/Nm3，颗粒物排放一般在15～20mg/Nm3。铝电解生产过程中对环境造成的污染，若不及时治理，必会对当地的环境造成危害。

为响应“坚持创新驱动、坚持绿色发展、加快传统产业升级改造”的国家政策，助推2020年国内有色金属冶炼工艺技术达到世界先进水平，全行业实现绿色清洁生产，贯彻落实通辽市《关于进一步推进北部区电解铝企业烟气量节能减排和污染物深度控制示范工程建设的通知》（【2017】172号）要求，内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司借鉴国际上普遍应用于火电厂脱硫的经典方法：石灰石-石膏法，首次将该工艺用于铝电解烟气脱硫脱氟除尘，建设了铝电解烟气污染物超低排放示范项目，实现了铝电解烟气污染物超低排放，为铝电解烟气的深度净化开辟了一条实用、高效、可靠地道路。

二、创新成果内涵

2019年7月31日中国有色金属工业协会在内蒙古霍林郭勒市主办了“铝电解烟气石灰石-石膏法脱硫脱氟除尘技术运行工艺开发及应用”科技成果评价及推广会，中国科学院院士、中国有色金属工业协会、内蒙古自治区、通辽市、霍林郭勒市等有关领导、全国铝行业及科研所代表共计240余人参加会议。

（一）本项目的实施，取得以下技术成果：

1.为铝电解烟气深度净化开辟了新的道路，为铝电解烟气在干法脱氟的基础上，进一步深度净化提供了设计和施工范例，为助推铝冶炼全行业实现绿色清洁生产起到了示范作用。

2.解决了低浓度二氧化硫烟气的脱硫碳酸钙反应活性低，脱硫效率低的问题，为低浓度二氧化硫铝电解烟气的净化提供了良好的实践。

3.制定中的《铝电解烟气石灰石-石膏法脱硫脱氟除尘技术规范》行业标准，将解决国内外该标准的缺失，填补该项技术规范的空白。

（二）实现了以下主要技术指标：

铝电解烟气石灰石-石膏法脱硫脱氟除尘处理后，烟气排放出口二氧化硫浓度＜35mg/Nm3，氟化物＜0.3mg/Nm3，粉尘＜5mg/Nm3，排放指标明显优于GB 25465-2010《铝工业污染物排放标准》及其修改单规定，实现了铝电解烟气HF超低排放。

三、石灰石-石膏法脱氟脱硫技术原理

石灰石-石膏法同时脱氟脱硫技术是采用石灰石粉直接配置25%～30%浓度的浆液送入吸收塔中循环喷淋，吸收铝电解气体中的HF、SO2等酸性气体，浆液充分氧化后，生成CaSO4，及少量CaF2等钙盐晶体、水合物，然后将浆液排至脱水系统进行浓缩，浓缩后的溢流液经滤液池处理后返回石灰石浆液吸收塔，浓缩后的底液进行充分脱水后，得到固态的钙盐（主要是石膏和氟化钙）混合物，实现了烟气中的氟化物、SO2、颗粒物等污染物的净化脱除。

四、主要做法

（一）创新总体思路

本项目针对铝电解烟气干法净化后二氧化硫浓度超标的问题，提出采用石灰石-石膏法脱硫经典技术，开展了石灰石-石膏法协同脱硫脱氟除尘技术与设备研究，主要内容包括：

1.石灰石-石膏法协同脱硫脱氟除尘工艺开发

本项目的创新之处是通过石灰石-石膏法实现了铝电解干法净化烟气的深度脱氟脱硫除尘过程，大幅度降低了铝电解烟气中的二氧化硫，实现了二氧化硫的超低排放，氟的趋零排放以及深度除尘。由于吸收过程存在流体与化学反应过程存在非均匀结构，反应器利用率和反应效率低等问题，采用物理模拟方法对烟气系统进行模拟研究。

2.沸腾式泡沫脱硫除尘一体化集成强化装置研究

围绕石灰石-石膏法脱硫脱氟除尘技术存在脱硫剂反应活性低，脱硫效率低的问题。本项目采用沸腾式泡沫脱硫除尘一体化集成强化装置，在脱硫吸收塔中设计增加了臂环，旋汇耦合脱硫装置，扩大了气液传质表面积，增加了烟气在塔中的停留时间，提高了浆液的利用率，提高了烟气的均布效果和脱硫效果。

3.石灰石-石膏法协同脱硫脱氟除尘系统开发

围绕铝电解烟气中二氧化硫、氟化物的资源化利用，本项目对铝电解烟气净化工艺系统进行详细设计，对烟气净化系统包括浆液制备系统、烟气系统、吸收系统、浆液排放及回收系统、石膏脱水系统、废水处置系统等进行了详细设计及总体规划布置，使系统运行稳定，可靠。使脱硫副产品得到综合利用，为铝电解烟气干法脱氟的基础上，进一步深度净化提供了设计和施工范例，为助推铝冶炼全行业实现绿色清洁生产起到了示范作用。

（二）技术创新亮点

1.铝电解烟气具有烟气量大、含硫浓度较低、波动大等特点。针对铝电解烟气中存在的二氧化硫超标的问题，提出采用石灰石-石膏法同时脱氟脱硫技术，采用物理模拟方法研究，从反应器结构和操作过程改善局部流体结构和化学反应过程，形成适用于铝电解工业的低浓度SO2吸收技术及装备原型。

2.针对铝电解烟气中存在的二氧化硫尾气含氟问题，基于石灰石-石膏法的技术优点，在实现二氧化硫的超低排放的同时脱除烟气中的氟化物、粉尘。

3.针对石灰石-石膏法脱硫脱氟除尘技术存在脱硫剂反应活性低，脱硫效率低的问题，提出采用先进的沸腾式泡沫脱硫除尘一体化集成强化装置，在传统喷淋塔的基础上增加了臂环（均流增效板）、旋汇耦合脱硫装置，扩大了气液传质表面积，增加了烟气在塔中的停留时间，提高了浆液的利用率，提高了烟气的均布效果，有效避免脱硫塔壁面效应，提高SO2和粉尘脱除率。

五、实施效果

目前本项目已在内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司、内蒙古锦联铝材有限公司、内蒙古创源金属有色公司3家单位完成了工业化应用，实现了干法净化后的烟气中二氧化硫的脱除，氟化物的深度脱除，以及粉尘的深度净化，系统运行稳定、可靠。

项目实施前铝电解烟气氟化物排放1～2mg/Nm3，二氧化硫排放150～180mg/Nm3，颗粒物排放8～9mg/Nm3。实施运行后烟气氟化物排放小于0.3mg/Nm3、二氧化硫排放小于35mg/Nm3、颗粒物排放小于5mg/Nm3。减少电解铝烟气污染物的排放总量，有效改善区域环境质量。

该技术在国内电解铝企业广泛推广后，将大幅减少HF、SO2、粉尘等污染物的排放，有效改善大气环境质量，环保和社会效益显著。