第二章 净化
第一节 烟气净化原理
一、烟气净化目的
硫铁矿焙烧炉或冶炼炉、石膏煅烧窑等出来的烟气，除含有大量的氮气（N2）、二氧化硫（SO2）和氧气（O2）外，还含有一些固态和气态的有害物质。气态杂质通常有三氧化二砷（As2O3）、氟化物、二氧化硒（SeO2）、三氧化硫（SO3）、水蒸气（H2O），还可能含有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）和有色金属氧化物——氧化锌（ZnO）、氧化铜（CuO）、氧化铝（Al2O3）、氧化镍（NiO）、氧化镉（CdO）等，以及汞的化合物或这些金属的硫酸盐。固态杂质有氧化铁（Fe2O3）、四氧化三铁（Fe3O4）及脉石粉粒，统称矿尘。烟气净化的目的就是除去这些有害杂质。
在亚硫酸钠生产中，作为烟气净化对象的杂质主要包括如下几种。
1.SO3气体
在焙烧炉产生的一部分SO2气体，由于受三氧化二铁（Fe2O3）的催化作用而变成SO3气体。一般认为600℃～700℃的温度范围是生成SO3最多的条件，因此在焙烧工序使用废热锅炉将炉气急冷，以减少SO3的生成。一般认为烟气中SO2浓度高，氧分压低时生成的SO3较少。由于净化工序是在负压下操作，当电除雾器等设备漏入空气时，会形成局部冷凝硫酸，引起钢材腐蚀，因此，要提高设备的密闭性能。另外，如果烟气中的SO3去除不充分，也会影响亚硫酸钠产品的质量。
2.水分
在实际生产中必须严格控制烟气中的水分含量，因为烟气中的三氧化硫会与水蒸气结合成硫酸蒸气，在换热降温过程和吸收塔的下部都有可能形成酸雾。酸雾不易被捕集，绝大部分随尾气排出，会导致尾气烟囱逸出白烟，不但使硫的损失增大，更重要的是污染周边环境。
3.砷和硒
烟气中还含有来自矿石中微量的砷和硒的氧化物，这些氧化物在冷却洗涤塔内被冷却，并在电除雾器中除去。如果除去不充分，会影响亚硫酸钠产品的质量。
4.矿尘
有色金属冶炼烟气中的矿尘含量（标准状态）随熔炼工艺的不同而有所差异，一般为5g/m3～300g/m3。矿尘首先会堵塞管道设备，严重者会使生产根本无法进行；其次，它会进入亚硫酸钠中，使其杂质含量增高，影响产品质量。
二、烟气净化原则
对于烟气中不同的粒子，应选择相适应的有效分离设备，设备的分离效率一定要和所分离粒子的粒径大小、轻重程度及其存在形态等因素联系起来考虑，否则是没有实际意义的。所以，在烟气净化过程中，主要遵循以下原则：首先，烟气中悬浮微粒的粒径分布很广，在净化过程中采用分段逐级分离的方式，宜先大后小，先易后难；其次，烟气中悬浮微粒是以气、固、液三态存在的，质量相差很大，在净化过程中应按微粒的轻重程度分别进行，要先固、液，后气体，先重后轻。
三、烟气净化原理
1.烟气中杂质的净化关系
亚硫酸钠生产系统中烟气的净化方式主要为湿法净化，所以烟气中的矿尘、酸雾、三氧化二砷、氟化氢及二氧化硒等杂质是结合在一起同时去除的，这样整个烟气湿法净化过程的主要任务便是对气溶胶粒子进行分离，而且主要是集中在酸雾的清除上。
2.烟气的冷却和除热
烟气降温的方式有两种：一种是只降温不移去热量，即烟气温度虽然降下来，但热量仍在烟气之中，称为绝热降温或绝热蒸发，比如，在烟气净化过程中不安装冷却设备（指洗涤液的冷却）第一洗涤塔或第一文式管；另一种是除热降温，降低烟气温度同时移走交换后的热量，如“塔-电”酸洗流程中间接冷凝器（简称间冷器），或用于第二洗涤塔循环液的冷却器等。这些设备一般是采用喷洒大量洗涤液的办法，使烟气中所含的水蒸气直接冷却到洗涤液中，或用大量水通过换热设备（冷凝器、冷却器等）从烟气中或从洗涤液中把热量移走，以达到除热降温的目的。