王旭明

（江西铜业集团（贵溪）防腐工程有限公司，江西 贵溪 335424）

1 引言

近年，随着国家环保要求逐步提高，双氧水（过氧化氢水溶液）脱硫因工艺流程简单、操作容易、脱硫效率高、投资较低而被运用于硫酸尾气、有色冶炼炉窑环集烟气、再生铜冶炼炉窑烟气脱除二氧化硫［1］。但脱硫烟气前端工艺不同，烟气特点与条件存在较大差异，如未能充分识别差异性，易造成设计失误或偏差。

因此，应充分分析脱硫烟气前端工艺生产特点，结合安全、环保等相关要求，明确双氧水脱硫工艺设计思路和重点，优化设计方案，在降低生产成本、安全环保风险条件下，满足环保及生产要求。

2 双氧水脱硫原理及工艺流程

2.1 脱硫原理

脱硫原理见式（1）至式（3）。

副反应：

工业上一般采用27.5%浓度双氧水，理论上脱除1t SO2消耗27.5%双氧水1.932t。一般情况下双氧水会缓慢分解成水和氧气，降低利用率。同时 H2SO4可与H2O2反应生成具有强氧化性的H2S2O8（过二硫酸），当体系酸性过强，脱硫效率下降，过氧化氢不太稳定，会快速分解而损失，在溶液达到一定浓度时，外排部分稀硫酸控制溶液酸度［2］。理论上脱除1t SO2产生20%稀硫酸7.66t。

2.2 工艺流程

脱硫工艺主要包括四个部分：（1）吸收剂（双氧水）存储与输送；（2）脱硫烟气预处理；（3）烟气脱硫；（4）副产物外排或回用。

首先含烟尘、SO2的烟气进行预处理塔，除尘、降温、除酸雾；经预处理后烟气进入脱硫塔，将双氧水溶液稀释至8.5%左右的安全浓度后进入脱硫塔；在塔内，烟气与稀释后双氧水溶液逆流接触，气液两相发生快速传质反应，烟气中SO2被氧化后充分吸收脱除，生成硫酸，烟气经脱硫塔上部丝网除沫器截留微小液滴后经烟囱排放；循环过程定期排出部分副产品稀硫酸，控制循环溶液稀酸浓度，排出稀硫酸根据杂质含量进行回收利用或送废酸处理［3］。

3 工艺设计与应用

3.1 双氧水脱硫设计

（1）预处理塔热平衡设计：预处理塔出口与脱硫塔出口烟气温差影响脱硫塔热量与水分带入量。预处理塔带出热量过高，造成脱硫塔循环液温度上升，双氧水加速分解，脱硫效率下降，直接影响双氧水用量。另一方面脱硫塔入塔烟气含水分升高，同时增大烟气量，气液分离效果下降，造成脱硫塔水平衡失控。预处理塔入塔热量主要由烟气含水量和入塔气温决定，根据炉窑精矿或原料含水量、燃剂生成水分、助燃和稀释空气等含水量条件计算入塔总热量。当入塔总热量及含水偏高时，入塔前喷淋降温效率下降，应根据入塔总热量和含水量确定入塔前喷淋急速降温设计、塔内喷淋洗涤降温设计。以预处理塔出口设计温度与入塔总热量计算板式冷却器面积、塔上部气速，以确定塔径，保证气液分离效果，减少气液夹带。

（2）脱硫塔水平衡由出入塔烟气温度、预处理塔烟气夹带、双氧水溶液中水分、稀酸产出量共同决定。在控制好预处理塔热平衡条件下，影响水平衡为双氧水溶液含水、稀酸产出量两个条件。理论上将27.5%稀释至8.5%后与1t SO2完全反应带入水分6t，稀酸产出平衡浓度为20%。生产过程中，因双氧水分解、脱硫效率下降等原因双氧水实际用量高于理论值，其带入水量难以维持稀酸20%浓度。同时，考虑稀酸回用或废酸处理量，应适当提高外排稀酸浓度。因此，在实际生产过程中，在保证脱硫塔循环液中双氧水安全浓度内应尽量提高双氧水入塔浓度维持脱硫塔水平衡。

（3）预处理塔入口烟气中含有粉尘、SO3和酸雾，通过预处理塔外排废酸平衡杂质，维持预处理塔循环液悬浮物含量和浓度。当烟气中粉尘、SO3和酸雾含量上升时，增大后续废酸处理负荷。因此，应根据烟气含尘、烟气中SO3和酸雾量等设计条件，增加固液分离设备以控制循环液悬浮物含量和浓度，减少废酸产出量，实现预处理塔杂质平衡。

（4）为维持脱硫塔水平衡、控制脱硫塔外排稀酸浓度和提高脱硫效率，双氧水稀释后浓度超过8.5%。因此设计上应考虑通过仪表逻辑控制精确稀释过程，防止双氧水过量添加，以保证脱硫塔内循环液双氧水安全浓度。同时应考虑通过仪表逻辑程序控制找出不同稀酸浓度条件下脱硫效率及双氧水用量关系，以提高脱硫效率，降低生产成本。

（5）双氧水具有强氧化性，在脱除SO2后仍具有对氮氧化物一定氧化能力，会对脱硫塔稀酸回用造成影响。因此双氧水脱硫处理含氮氧化物烟气时，应充分考虑稀酸回用和脱硝设计。

3.2 不同烟气条件的应用

有色冶炼烟气大都可采用双氧水脱硫工艺，常见几种烟气成分见表1。

表1 烟气成分

（1）硫酸尾气为绝干烟气，不含其他杂质，总热量较低，不须考虑烟气预处理和脱硝，脱硫塔稀硫酸可返回干吸工序回用。主要考虑入塔浓酸与稀酸过渡段设计和回用水平衡控制。

（2）冶金炉窑泄漏烟气通过负压收集形成环集烟气，环集烟气由少量工艺烟气和大量空气组成，含少量烟尘，基本不含氮氧化物。设计上采用预处理塔降温、除尘，强化洗涤效果，减少带入脱硫塔杂质，满足脱硫塔稀硫酸回用电解车间。预处理塔循环液外排作为送废酸工序处理。

（3）再生铜冶炼烟气为冶炼过程烟气，总热量、烟尘、氮氧化物含量较高。设计上应优先考虑采用天然气替代重油、改进天然气燃烧喷枪等方式降低SO2、氮氧化物。设计上须考虑前端增加中高温脱硝或后端增加应急碱洗塔以控制排放烟气氮氧化物含量。采用天然气作为燃料，烟气带入系统总热量上升，设计上须对预处理塔进行热平衡设计，增加冷却设备，强化烟气降温、除尘、移热效果。由于预处理塔循环液杂质含量高，脱硫塔稀硫酸中溶含稀硫酸、稀硝酸及钠盐，回用难度较大，送废酸工序处理［4］。

3.3 脱硫工艺生产成本

运行成本是确定脱硫工艺的重要因素，双氧水脱硫工艺运行成本主要由电耗、脱硫剂费用构成。

（1）电耗：电耗由脱硫烟气量和脱硫装置阻力降决定。理论上再生铜冶炼烟气量＜硫酸尾气量＜冶炼环集烟气量； 脱硫烟气条件越好，设计越简单，装置阻力降越低，理论上硫酸尾气脱硫装置阻力降＜环集烟气脱硫装置阻力降＜再生铜冶炼烟气脱硫阻力降。

设计上，可通过硫酸高浓度转化工艺改造和升级，降低硫酸尾气；通过提高冶炼炉窑密封性减少冶炼环集烟气；改进冶炼炉窑物料添加方式，减少杂铜原料杂质含量，增加布袋除尘器等方式优化烟气条件，降低脱硫装置阻力降。

（2）脱硫剂费用由脱除SO2总量决定，通过工艺优化、降低原料含硫量、采用清洁燃料等方式，降低脱硫装置SO2总量。同时必须保证所在区域具备完善稳定供应链及合理采购价格，以降低脱硫剂费用。

3.4 安全设计

双氧水运输和存储过程中遇强光照射或受热分解会产生氧气，属于危险化学品，CAS登录号7722-84-1。根据国家标准GB18218-2009《危险化学品重大危险源辩识》，过氧化氢水溶液含量大于20%但不超过60%，存储临界量为200t［5］。因此，须严格遵守双氧水安全使用、生产、储存、运输、装卸等安全规定及办理相关安全许可证。

双氧水存储量应满足7～10d生产要求。因此设计上应有效降低脱硫装置入口SO2总量，从而减少双氧水存储量，降低安全风险［6］。

双氧水脱硫大部分采用玻璃钢等非金属设备。因此，除通过预处理塔入口喷淋降温防止高温烟气与非金属直接接触，还须增设应急循环泵及高位水槽等方式保证各种生产应急条件下设备安全。

3.5 环保设计

双氧水脱硫工艺设计上优先考虑不产生或少产生酸性废水，根据脱硫烟气条件与杂质含量，强化除尘、洗涤效果，降低预处理塔、脱硫塔稀硫酸杂质含量，就近根据浓度梯级进行逐级回用，提升双氧水脱硫应用范围［7］。

4 结语

针对不同烟气条件和特点，结合安全、环保要求，不断优化、改进工艺，有效调整双氧水脱硫工艺设计，全面降低生产成本、安全隐患、环保隐患。