銅冶煉煙氣制酸凈化系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

張健濤

(銅陵有色集團(tuán)控股有限公司金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244001)

銅陵有色集團(tuán)控股有限公司金冠銅業(yè)分公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金冠銅業(yè))座落于銅陵市循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園，公司采用世界先進(jìn)的閃速熔煉、閃速吹煉、永久不銹鋼陰極法電解、“非衡態(tài)”高濃度制酸等銅冶煉工藝技術(shù)處理銅精礦，設(shè)計(jì)陰極銅產(chǎn)量400kt/a，配套煙氣制酸系統(tǒng)產(chǎn)能為1450kt/a。煙氣制酸凈化系統(tǒng)采用高效一級(jí)動(dòng)力波逆噴洗滌技術(shù)，對(duì)凈化入口的冶煉高溫含塵煙氣進(jìn)行初步除塵降溫。

1 存在問(wèn)題及分析

煙氣制酸系統(tǒng)凈化一級(jí)動(dòng)力波洗滌器由玻璃鋼材質(zhì)構(gòu)造而成，為防止玻璃鋼設(shè)備被高溫冶煉煙氣燒壞，在其上部逆噴管內(nèi)配置了內(nèi)襯石墨磚結(jié)構(gòu)的溢流堰，通過(guò)一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)泵持續(xù)供液至溢流堰，在逆噴管內(nèi)壁形成均勻的液膜，吸收高溫冶煉煙氣傳遞的熱量，確保逆噴管內(nèi)部維持在較低的溫度范圍。自系統(tǒng)開(kāi)車(chē)投產(chǎn)以來(lái)，凈化溢流堰及進(jìn)液管結(jié)垢堵塞問(wèn)題成為了制約高效生產(chǎn)的一大瓶頸，因溢流堰及進(jìn)液管道結(jié)垢堵塞直接影響到設(shè)備安全運(yùn)行，每月須定期組織系統(tǒng)停車(chē)檢修清理。日常生產(chǎn)過(guò)程中，甚至發(fā)生過(guò)因溢流堰堰口及進(jìn)液管堵塞突然加劇，系統(tǒng)不得不安排緊急停車(chē)的影響生產(chǎn)事件。

一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液、溢流堰及管道結(jié)垢物取樣化驗(yàn)分析見(jiàn)表1、2所示，通過(guò)連續(xù)一段時(shí)間抽樣化驗(yàn)結(jié)果可知，一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液含Se平均達(dá)87.17mg/L，溢流堰結(jié)垢物取樣含Se百分比達(dá)40%以上，分析造成凈化溢流堰頻繁結(jié)垢堵塞的主要原因?yàn)?，一?jí)動(dòng)力波循環(huán)液中Cu、Se含量高，含Cu物料密度大及Se特有黏粘性，循環(huán)過(guò)程中不斷富集造成管道及設(shè)備內(nèi)壁堆積結(jié)垢。

表1 一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液分析化驗(yàn)表

表2 溢流堰結(jié)垢物分析化驗(yàn)表

2 方案選擇及實(shí)施

煙氣制酸凈化工序原設(shè)計(jì)條件，一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液含有1%的固體雜質(zhì)，氣體冷卻塔和二級(jí)動(dòng)力波的循環(huán)液含有小于0.2%的固體雜質(zhì)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，三者循環(huán)液中含固量均大幅超過(guò)原設(shè)計(jì)值。因冶煉上游工序收塵設(shè)備不在控制范圍內(nèi)，從煙氣制酸工藝角度考慮出發(fā)，解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何減少降低一級(jí)動(dòng)力波溢流堰進(jìn)液的含固量，結(jié)合凈化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)要求，提出如下三點(diǎn)改造優(yōu)化方案。

2.1 方案一 氣體冷卻塔循環(huán)液串酸供溢流堰

硫酸系統(tǒng)凈化工序的生產(chǎn)工藝為，煙氣自前至后，先進(jìn)入一級(jí)動(dòng)力波內(nèi)經(jīng)循環(huán)液逆噴洗滌降溫，后經(jīng)氣體冷卻塔循環(huán)液噴淋降溫，再進(jìn)入二級(jí)動(dòng)力波進(jìn)行洗滌凈化；生產(chǎn)新水自二級(jí)動(dòng)力波中補(bǔ)入，經(jīng)洗滌交換形成廢酸，自后向前串聯(lián)置換，最終經(jīng)一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)泵引出。氣體冷卻塔循環(huán)液含固量明顯低于一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液，通過(guò)改造配管將氣體冷卻塔循環(huán)液直接供液至溢流堰。

存在問(wèn)題：正常工況下，設(shè)計(jì)氣體冷卻塔至一級(jí)動(dòng)力波的串酸量為64 m3/h，凈化溢流堰供液量的設(shè)計(jì)值為63m3/h，存在理論上可行性，然而生產(chǎn)低負(fù)荷時(shí)串酸量大幅減少，直接導(dǎo)致溢流堰供液量不足問(wèn)題。如若考慮將氣體冷卻塔循環(huán)液通過(guò)泵輸送至事故高位槽，再由事故高位槽自流至溢流堰(事故高位槽起到緩沖罐的作用)，在生產(chǎn)低負(fù)荷工況時(shí)仍需大量補(bǔ)充生產(chǎn)新水，大幅增加了凈化系統(tǒng)廢酸產(chǎn)出量，同時(shí)外排廢酸酸濃因稀釋明顯降低，導(dǎo)致廢酸處理工序操作難度加大，直接影響到后續(xù)廢酸處理效果。

2.2 方案二 圓錐沉降槽上清液供溢流堰

一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液連續(xù)引出至圓錐沉降槽，高含固量的廢酸經(jīng)沉降分離，底部沉淀經(jīng)壓濾機(jī)處理得到固態(tài)濾餅，上部溢流的清液進(jìn)入上清液槽，考慮其含固量明顯降低，可改造后直接供給溢流堰。

存在問(wèn)題：凈化設(shè)計(jì)補(bǔ)充新水40 m3/h，從二級(jí)動(dòng)力波中補(bǔ)入，經(jīng)分步串酸從一級(jí)動(dòng)力波排出，后進(jìn)入圓錐沉降槽，廢酸產(chǎn)出量約40 m3/h。溢流堰供液量的設(shè)計(jì)值為63m3/h，改造后，凈化廢酸產(chǎn)出量大幅增加至103 m3/h。為確保圓錐沉降槽沉降效果，需增加一臺(tái)處理能力更大的圓錐沉降槽，因現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地有限，新增后可能影響到未來(lái)產(chǎn)能提升的總圖配置。此外，為確保溢流堰供液連續(xù)穩(wěn)定，上清液泵需一開(kāi)一備、配置備自投連鎖，同時(shí)增加到全廠大聯(lián)鎖條件，增大了聯(lián)鎖跳車(chē)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 方案三 一級(jí)動(dòng)力波及氣體冷卻塔聯(lián)合串液供溢流堰

氣體冷卻塔循環(huán)液原設(shè)計(jì)直接串酸至一級(jí)動(dòng)力波洗滌塔內(nèi)，通過(guò)管道配置優(yōu)化改造，將氣體冷卻塔循環(huán)液串至溢流堰進(jìn)液總管，與一級(jí)動(dòng)力波原進(jìn)液串酸管匯合并流，共同供液至溢流堰。具體改造方案如圖1所示。

圖1 溢流堰進(jìn)液方式改造示意圖

氣體冷卻塔串酸閥設(shè)置與液位自動(dòng)聯(lián)鎖控制，正常工況下，一級(jí)動(dòng)力波與氣體冷卻塔循環(huán)液共同串酸至溢流堰，在確保溢流堰設(shè)計(jì)供液量的前提下，適當(dāng)減少一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液串酸量；生產(chǎn)低負(fù)荷時(shí)，氣體冷卻塔串酸量減少，臨時(shí)增加一級(jí)動(dòng)力波至溢流堰串酸量。在不同工況下，此方案能適時(shí)靈活調(diào)整，且一定程度上有效降低了溢流堰供液的含固量，故推薦方案三為最佳改造方案。此外，為最大程度上減少溢流堰及進(jìn)液管堵塞結(jié)垢，保障溢流堰供液連續(xù)穩(wěn)定，增加實(shí)施以下三點(diǎn)措施：

2.3.1

增加切換氣動(dòng)閥及儀表聯(lián)鎖控制，減少人為操作失誤導(dǎo)致溢流堰上酸管道斷流，最大程度保障溢流堰上酸量穩(wěn)定和玻璃鋼逆噴管安全。

2.3.2

對(duì)溢流堰排污管路進(jìn)行優(yōu)化改造，現(xiàn)有DN50排污閥流道空間狹小，清理難度大，通過(guò)增設(shè)三通管和閥門(mén)，使用雜用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，實(shí)現(xiàn)在線高效清理。如圖2所示。

圖2 溢流堰排污管路在線清理示意圖

2.3.3

結(jié)合溢流堰酸液進(jìn)出管路現(xiàn)有走向，重新布局優(yōu)化，盡可能減少不必要的彎頭，在現(xiàn)有管徑的基礎(chǔ)上，按1.5倍系數(shù)擴(kuò)大輸酸管道管徑。

通過(guò)實(shí)施系列改造后，經(jīng)系統(tǒng)多次停車(chē)檢修時(shí)拆檢溢流堰及管道查看，發(fā)現(xiàn)溢流堰及管道均未見(jiàn)明顯結(jié)垢堵塞，改造效果良好，凈化溢流堰結(jié)垢堵塞這一生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題得到有效解決，系統(tǒng)檢修時(shí)長(zhǎng)縮短，同時(shí)延長(zhǎng)了系統(tǒng)檢修周期。

4 問(wèn)題思考

夏季高溫季節(jié)凈化系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中，為控制氣體冷卻塔出口煙氣溫度，需增加至稀酸板換流量，即增大稀酸板換進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度。同時(shí)因夏季高溫季節(jié)，制酸煙氣中含水量增加，氣體冷卻塔中冷凝水量增多，循環(huán)泵流量一定的情況下，因流體輸送勢(shì)能差，氣體冷卻塔循環(huán)液優(yōu)先進(jìn)入稀酸板換后進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，導(dǎo)致出現(xiàn)氣體冷卻塔液位高無(wú)法及時(shí)引出的問(wèn)題。此時(shí)，在確保氣體冷卻塔出口煙氣不超溫的前提下，適當(dāng)減小稀酸板換進(jìn)口閥門(mén)開(kāi)度，通過(guò)增加至溢流堰引出外排量，確保氣體冷卻塔液位穩(wěn)定控制。后期可考慮氣體冷卻塔新增一臺(tái)循環(huán)泵，單獨(dú)運(yùn)行供液至溢流堰，通過(guò)設(shè)置與塔液位聯(lián)鎖控制，確保溢流堰穩(wěn)定供液，同時(shí)不影響進(jìn)入板式換熱器的稀酸循環(huán)冷卻量，確保氣體冷卻塔煙氣出口溫度有效控制。

5 結(jié)語(yǔ)

金冠銅業(yè)分公司通過(guò)對(duì)煙氣制酸凈化系統(tǒng)實(shí)施系列優(yōu)化改進(jìn)，解決了多年來(lái)影響系統(tǒng)生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題，提高了生產(chǎn)作業(yè)率，減少了系統(tǒng)檢修時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)增加了公司經(jīng)濟(jì)效益。