450 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行實(shí)踐

王新民，賀瑞萍，李昆洋，董利偉

(包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古包頭014030)

450 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行實(shí)踐

王新民，賀瑞萍，李昆洋*，董利偉

(包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司，內(nèi)蒙古包頭014030)

介紹了450 kt/a煙氣制酸裝置采用1套凈化、2套轉(zhuǎn)化干吸系統(tǒng)的技術(shù)改造方案。A系統(tǒng)用“3+1”4段轉(zhuǎn)化、ⅢⅠ-ⅣⅡ換熱流程；B系統(tǒng)采用“3+1”4段轉(zhuǎn)化、ⅣⅠ-ⅢⅡ換熱流程。脫硫系統(tǒng)用電石渣-石膏濕法動(dòng)力波洗滌脫硫；污酸污水處理選用鐵鹽中和法。針對(duì)2套系統(tǒng)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題采取相應(yīng)的技改措施后，運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，取得了滿意的效果。A系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率達(dá)99.87%，B系統(tǒng)達(dá)到99.3%，尾氣排放ρ(SO2)小于200 mg/m3，污水實(shí)現(xiàn)“零”排放。

冶煉煙氣 硫酸生產(chǎn) 技改 問(wèn)題 對(duì)策 運(yùn)行

包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司為了提升技術(shù)裝備水平以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗及資源的綜合利用，并大力應(yīng)用清潔生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)造低耗、高效、環(huán)境優(yōu)秀的新型有色冶金企業(yè)，在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)技術(shù)改造使粗銅產(chǎn)量超過(guò)100 kt/a，配套的制酸系統(tǒng)從360 kt/a擴(kuò)大到450 kt/a，工業(yè)硫酸質(zhì)量達(dá)GB/T 534—2014《工業(yè)硫酸》標(biāo)準(zhǔn)。制酸系統(tǒng)的技改從2016年1月開(kāi)始，到2016年10月成功運(yùn)行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求。

1 煙氣條件及技改目標(biāo)

1.1 進(jìn)入制酸系統(tǒng)的煙氣成分及氣量

底吹熔煉爐和底吹吹煉爐進(jìn)入制酸系統(tǒng)的煙氣成分及氣量(設(shè)計(jì)值)見(jiàn)表1。

1.2 技改目標(biāo)

該技改圍繞以下目標(biāo)展開(kāi)：

1)節(jié)能。選用新工藝、新節(jié)能設(shè)備，使噸酸電耗低于110 kW。

2)減排。尾氣排放二氧化硫質(zhì)量濃度全年不超過(guò)400 mg/m3，其他指標(biāo)均低于GB 25467—2010《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定值。

3)消除現(xiàn)有360 kt/a制酸系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

4)技改后的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)值見(jiàn)表2。

表1 制酸系統(tǒng)的煙氣成分及氣量

表2 技改后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2 制酸工藝流程、存在問(wèn)題及對(duì)策

2.1 2套制酸系統(tǒng)的工藝流程

該公司現(xiàn)運(yùn)行1套360 kt/a的制酸系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱A系統(tǒng))，閑置了1套120 kt/a的制酸系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱B系統(tǒng))。為了節(jié)約投資，公司確定恢復(fù)B系統(tǒng)，并對(duì)A系統(tǒng)和B系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行整改，使改造后各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良。

A系統(tǒng)干吸工序是1次干燥2次吸收、泵后冷卻流程，轉(zhuǎn)化工序是“3+1”4段轉(zhuǎn)化、ⅢⅠ-ⅣⅡ換熱流程，轉(zhuǎn)化器床層按照一，二，三，四自上而下的方式布置。設(shè)置2臺(tái)升溫電爐功率分別為2 400 kW和1 200 kW。

B系統(tǒng)是該公司早期30 kt/a銅冶煉裝置的配套制酸系統(tǒng)，2012年銅冶煉裝置擴(kuò)產(chǎn)后，該系統(tǒng)被閑置。該系統(tǒng)凈化工序已經(jīng)拆除，僅保留轉(zhuǎn)化工序和干吸工序。干吸工序是1次干燥2次吸收、泵后冷卻流程，轉(zhuǎn)化采用“3+1”4段轉(zhuǎn)化、ⅣⅠ-ⅢⅡ換熱流程。

2.2 存在問(wèn)題及對(duì)策

2.2.1 凈化工序設(shè)備校核

按照2套轉(zhuǎn)化干吸工序共用1套凈化工序設(shè)計(jì)，B系統(tǒng)無(wú)凈化工序，考慮用A系統(tǒng)與B系統(tǒng)共用1套凈化裝置。原A系統(tǒng)的凈化工藝是一級(jí)動(dòng)力波洗滌器+氣體冷卻塔+二級(jí)動(dòng)力波洗滌器+兩級(jí)電除霧器的稀酸封閉凈化，每臺(tái)電除霧器578管，面積42 m2，原A系統(tǒng)煙氣凈化入口1.05×105m3/h，改造后達(dá)1.20×105m3/h，經(jīng)計(jì)算電除霧器仍可滿足生產(chǎn)需求。A系統(tǒng)與B系統(tǒng)共用1套凈化系統(tǒng)是否可行，關(guān)鍵在于高效洗滌器的能力是否適當(dāng)。選取運(yùn)行參數(shù)為依據(jù)，對(duì)凈化洗滌設(shè)備進(jìn)行校核，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 凈化洗滌設(shè)備校核結(jié)果

由表3可見(jiàn)：2套轉(zhuǎn)化干吸系統(tǒng)共用1套凈化裝置理論上可行，只有一級(jí)分離塔氣速超標(biāo)，可以試用?？紤]凈化煙氣量增加，稀酸溫度會(huì)相應(yīng)升高，板式換熱器冷卻面積增加了1/3。

2.2.2 A系統(tǒng)存在問(wèn)題及處理措施

A系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行了幾年，其工藝指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，節(jié)能減排也達(dá)到了預(yù)期效果，但夏天干燥指標(biāo)不合格，ρ(H2O)平均是130 mg/m3，最高達(dá)180 mg/m3。取電除霧器出口氣體分析，認(rèn)為是煙氣中帶的水滴較多，超過(guò)了干燥塔的處理能力。造成這種情況的原因是電除霧器氣速較高，氣體夾帶過(guò)多水沫進(jìn)入了干燥塔，加重干燥塔負(fù)荷。

在凈化出口，煙氣分為2路進(jìn)入A系統(tǒng)和B系統(tǒng)。A系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)的流量147 000 m3/h，升壓50 kPa；B系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)流量84 000 m3/h，升壓42 kPa，2臺(tái)風(fēng)機(jī)的流量和壓頭差異較大，運(yùn)行調(diào)節(jié)較困難。

處理措施：在凈化出口進(jìn)干燥塔之前加1臺(tái)40 m3儲(chǔ)氣罐，在罐內(nèi)增加氣水分離裝置，兼擔(dān)分氣箱和氣水分離器2種功能。

2.2.3 B系統(tǒng)存在問(wèn)題及處理措施

查閱B系統(tǒng)2011年10月以前運(yùn)行資料得知：B系統(tǒng)存在3個(gè)主要問(wèn)題：①平均轉(zhuǎn)化率僅有96%～

97%；②干吸塔阻力高；③二吸塔出口帶酸沫嚴(yán)重，吸收率達(dá)不到99.95%。經(jīng)過(guò)分析采用以下措施解決：

1) 轉(zhuǎn)化率不高及二吸塔出口帶沫問(wèn)題。 B系統(tǒng)原催化劑為國(guó)產(chǎn)，原來(lái)生產(chǎn)時(shí)轉(zhuǎn)化器各層運(yùn)行溫度不準(zhǔn)確；現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化器各層人孔未保溫，轉(zhuǎn)化器管口聯(lián)接處保溫不完整，Ⅲ換熱器部分換熱管泄漏。根據(jù)這種情況綜合考慮后決定：①選用國(guó)產(chǎn)催化劑，確定合理的裝填方案見(jiàn)表4；②調(diào)整保溫厚度補(bǔ)足保溫；③更換Ⅲ換熱器，撤掉進(jìn)二吸塔前的SO3冷卻器。

表4 B系統(tǒng)轉(zhuǎn)化催化劑裝填方案

二吸塔出口大量帶沫原因是B系統(tǒng)原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120 kt/a，實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)量達(dá)到21 t/h，氣速高所致。技改后重新投入使用，產(chǎn)量最多不超過(guò)15 t/h，帶沫的問(wèn)題可解決。

2)干吸塔阻力大的問(wèn)題。 查閱B系統(tǒng)干吸系統(tǒng)過(guò)去的運(yùn)行記錄，干燥塔的阻力最高達(dá)3.1 kPa，一吸塔2.2 kPa，二吸塔2 kPa。填料下層采用隔板環(huán)，中部用φ75 mm異鞍環(huán)，最上層采用φ25 mm異鞍環(huán)，采用管槽式分酸器，但分酸細(xì)管大部分腐蝕損壞，槽體也有部分損壞。在塔氣速一定的條件下，填料性能是造成塔阻力增大的根本原因，分酸不均影響塔效率。最終確定干吸塔填料全部更換為規(guī)整填料，分酸器改為最新管式分酸器，分酸點(diǎn)從24個(gè)/m2提高到46個(gè)/m2。

2.2.4 廢酸處理

廢酸處理采用電石渣-鐵鹽法電絮凝聯(lián)合除砷工藝，分為中和氧化過(guò)濾、電化除砷、過(guò)濾吸附等。處理后清水送制酸凈化、煙氣脫硫、冶煉渣緩冷及渣選礦車間使用，做到“零”排放，中和渣交專業(yè)企業(yè)處理。這套裝置可處理廢酸污水27 t/h，處理能力完全夠用。該工藝的特點(diǎn)是鐵與砷的比例調(diào)整恰當(dāng)，除砷效果好，殘留砷濃度低；砷酸鐵和砷共沉淀很穩(wěn)定，萃取物中砷的濃度低于毒性特征浸出標(biāo)準(zhǔn)；工藝效率高，操作簡(jiǎn)單；投資成本低，運(yùn)行費(fèi)用低。缺點(diǎn)是中和處理后的含砷廢渣量大，廢渣中含砷高，廢渣交專業(yè)企業(yè)處理費(fèi)用高。

2套系統(tǒng)正常運(yùn)行后，稀酸量在原基礎(chǔ)上增加了20%以上，處理的污酸污水量達(dá)15 t/h，中和渣94 t/d?，F(xiàn)有的處理方法雖然投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、安全系數(shù)高，但必須設(shè)計(jì)一套中和渣的處理裝置：含砷中和渣用熔煉方法將砷收集為砷深加工原料，中和渣去除砷后資源化再利用。對(duì)這一構(gòu)思進(jìn)行小試，試驗(yàn)結(jié)果非常理想，現(xiàn)進(jìn)入工程設(shè)計(jì)階段，明年可建成投入運(yùn)行。

3 煙氣脫硫存在的問(wèn)題及對(duì)策

脫硫系統(tǒng)是由制酸尾氣脫硫和環(huán)集煙氣脫硫2套系統(tǒng)組成。環(huán)集煙氣脫硫是處理轉(zhuǎn)爐、聯(lián)吹爐、底吹爐周圍環(huán)境的氣體，氣量3.0×105m3/h，φ(SO2)在0.02%以內(nèi)，其脫硫工藝為電石渣-石膏濕法。脫硫機(jī)理是尾氣中的SO2與電石渣乳液反應(yīng)生成亞硫酸鈣(CaSO3·1/2H2O)，未完全水解的電石渣進(jìn)一步參與SO2反應(yīng)。在反應(yīng)中需要O2將亞硫酸鈣氧化成二水硫酸鈣(CaSO4·2H2O)石膏。設(shè)備布置為一級(jí)動(dòng)力波洗滌器+氣液分離器+二級(jí)動(dòng)力波洗滌器+氣液分離器+濕式電除塵器。

該工藝技術(shù)成熟，使用范圍廣，其主要特點(diǎn)是脫硫效率高。動(dòng)力波洗滌器脫硫效率高達(dá)95%以上，逆噴管無(wú)堵塞；氣量在30%范圍內(nèi)變化均可處理，特別適應(yīng)氣量變化大的環(huán)境煙氣及冶煉制酸尾氣的脫硫。

該銅冶煉裝置技改是轉(zhuǎn)爐改聯(lián)吹爐，是從治理環(huán)境角度出發(fā)，減少環(huán)境氣量為目標(biāo)。改造完成后環(huán)境煙氣量將從3.0×105m3/h減少為2.5×105m3/h左右，煙氣SO2濃度不變?，F(xiàn)有的環(huán)境脫硫系統(tǒng)完全能滿足改造后的脫硫要求，環(huán)境煙氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)備不作改動(dòng)。

因銅冶煉部分環(huán)境煙氣進(jìn)入制酸煙氣中，加之煙氣凈化出口補(bǔ)入部分空氣，進(jìn)入制酸脫硫系統(tǒng)的尾氣量增加到1.87×105m3/h。制酸尾氣脫硫工藝與環(huán)境脫硫工藝相同，原設(shè)備設(shè)置為一級(jí)動(dòng)力波高效洗滌器+氣液分離塔+除沫器+二級(jí)氣液分離塔+除沫器。處理能力1.6×105m3/h，ρ(SO2)為1 380 mg/m3。為確保達(dá)標(biāo)排放，必須對(duì)制酸脫硫裝置升級(jí)改造。

經(jīng)過(guò)10余年使用電石渣乳液脫除制酸尾氣SO2

的實(shí)踐證明：采用電石渣-石膏濕法脫硫是目前投資最省，運(yùn)行費(fèi)用最低的工藝，脫硫生成中和渣可回收利用。這次脫硫升級(jí)改造同樣選用這種工藝。在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮到原360 kt/a制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化采用托普索催化劑，轉(zhuǎn)化率設(shè)計(jì)值99.9%，實(shí)際轉(zhuǎn)化率是99.87%，這次技改加了1套120 kt/a制酸B系統(tǒng)，選用國(guó)產(chǎn)催化劑，轉(zhuǎn)化率按99.2%考慮，制酸尾氣中ρ(SO2)平均達(dá)1 380 mg/m3，在系統(tǒng)開(kāi)停車極端的情況下，ρ(SO2)可達(dá)23 g/m3。根據(jù)GB 25467—2010標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)制酸尾氣脫硫參數(shù)綜合考量及調(diào)整，其中脫硫后排空的ρ(SO2)按200 mg/m3考慮，以期低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)值。制酸尾氣工藝參數(shù)見(jiàn)表5，制酸尾氣外排設(shè)計(jì)目標(biāo)值見(jiàn)表6。

表5 制酸尾氣工藝參數(shù)

表6 制酸尾氣外排設(shè)計(jì)目標(biāo)值

根據(jù)以上參數(shù)確定在原制酸尾氣二級(jí)氣液分離器上加一級(jí)動(dòng)力波洗滌器，逆噴塔直徑為1 800 mm，開(kāi)停車時(shí)用堿液循環(huán)洗滌，正常情況下用清水循環(huán)洗滌，確保制酸尾氣達(dá)標(biāo)排放。

4 生產(chǎn)過(guò)程的控制設(shè)計(jì)

生產(chǎn)控制過(guò)程全部采用自動(dòng)化。在原轉(zhuǎn)化、凈化、 干吸、

脫硫各操作室的DCS系統(tǒng)上加裝了一套

B系統(tǒng)控制裝置，操作管理在DCS系統(tǒng)上完成。確保了制酸A、B系統(tǒng)裝置安全正常穩(wěn)定運(yùn)行，不考慮增加操作和管理人員，以考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，以創(chuàng)造良好工作環(huán)境為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。

5 技改主體設(shè)備選擇

技改后制酸B系統(tǒng)主要設(shè)備見(jiàn)表7。

表7 技改后制酸B系統(tǒng)主要設(shè)備

續(xù)表7

6 試運(yùn)行情況

該改造從2016年1月開(kāi)始設(shè)計(jì)規(guī)劃，于2016年10月5日并網(wǎng)試運(yùn)行。試生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指導(dǎo)見(jiàn)表8。

表8 試生產(chǎn)期間的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

試生產(chǎn)考察期1個(gè)月，共產(chǎn)硫酸40 800 t，平均產(chǎn)硫酸1 360 t/d，A系統(tǒng)產(chǎn)酸1 080 t/d，B系統(tǒng)產(chǎn)酸280 t/d。產(chǎn)品質(zhì)量全部達(dá)GB/T 534—2014《工業(yè)硫酸》優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)阻力35 kPa以下，排空尾氣中酸霧和SO2的含量低于設(shè)計(jì)指標(biāo)值，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

7 結(jié)語(yǔ)

包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司煙氣制酸裝置生產(chǎn)能力從360 kt/a提升為450 kt/a，其工藝設(shè)計(jì)是以環(huán)保為主線，利用新技術(shù)、新材料將裝置建成能耗低、排污量少、運(yùn)行可靠平穩(wěn)、操作方便的系統(tǒng)。這次改造成功地解決了以下問(wèn)題：

1)凈化出口煙氣分為2臺(tái)壓力、流量不一樣的風(fēng)機(jī)使用，做到平穩(wěn)運(yùn)行。

2)在煙氣量、氣濃增加的條件下，一套凈化系統(tǒng)處理能力為1.05×105m3/h，為兩套轉(zhuǎn)化干吸裝置提供凈化煙氣，最大限度地發(fā)揮了凈化設(shè)備的處理能力，實(shí)現(xiàn)了氣量分配合理、操作方便、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)。

3)經(jīng)過(guò)6個(gè)月的運(yùn)行實(shí)踐證明：這次技術(shù)改造煙氣的處理能力完全達(dá)到銅冶煉系統(tǒng)要求，銅冶煉生產(chǎn)環(huán)境得到改善，做到清潔生產(chǎn)，外排尾氣污染控制指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)全部達(dá)標(biāo)。

Design and operation of the 450 kt/a copper smelting acid plant

WANGXinmin,HERuiping,LIKunyang,DONGLiwei

(Baotou Huading Copper Industry Co., Ltd., Baotou, Inner Mongolia, 014030, China)

The retrofit schemes for a 450 kt/a copper smelting acid plant incorporated with one set of cleaning unit and two sets of conversion and dry absorption systems have been reviewed. The system A involves a “3+1” 4-stage conversion with the heat transfer at ⅢⅠ-ⅣⅡsections; while the system B employs a “3+1” 4-stage conversion with the heat transfer at ⅣⅠ-ⅢⅡsections. Desulphurization system utilizes the carbide slag-containing gypsum wet method to remove sulphur; sewage and waste acids treatment can be achieved by the neutralization method with ferrous salts. After the measures have been taken with respect to the existing problems in the operation of the two systems, the key performance indicators can meet the designed requirements. Conversion rates are 99.87% and 99.3% for systems A and B, respectively. The content of SO2in the exhaust,ρ(SO2), is less than 200 mg/m3, and the released water contains “zero" pollutants.

smelting flue gas; sulphuric acid production; retrofit; problems; schemes;operation.

2017-04-08。

王新民，男，包頭華鼎銅業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)部長(zhǎng)、工程師，長(zhǎng)期從事冶煉、煙氣制酸技術(shù)管理工作。電話：15044971282；E-mail：wangxinmin357@126.com。 *通訊聯(lián)系人： 李昆洋， 電話：15848694186；E-mail: 547762478@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)06-0008-05