某冶煉煙氣制酸項(xiàng)目凈化工段儀表及控制設(shè)計(jì)

黃 鶴，何國磊

（1.礦冶科技集團(tuán)有限公司 北京 100160；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司 北京 100038）

1 引言

冶煉煙氣成分復(fù)雜，往往含有塵、砷（As）、氟（F）以及水分等。這些成分對于煙氣制酸后續(xù)干吸及轉(zhuǎn)化工段存在不利影響。因此，煙氣制酸相對于硫磺制酸首先要進(jìn)行煙氣的凈化，去除雜質(zhì)［1］。項(xiàng)目采用目前凈化工段常用工藝流程“三塔兩電”。

2 煙氣制酸中雜質(zhì)成分的影響

2.1 塵

凈化工段的首要任務(wù)是除塵。煙氣中的塵進(jìn)入凈化會(huì)導(dǎo)致設(shè)備阻塞；進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段會(huì)覆蓋在催化劑表面導(dǎo)致催化劑活性下降；進(jìn)入干吸工段會(huì)導(dǎo)致成品酸雜質(zhì)含量高，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。塵凈化指標(biāo)應(yīng)達(dá)到0.005g/m3。

2.2 砷

煙氣中的砷通常以三氧化二砷（As2O3）的形式存在。三氧化二砷會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化工段催化劑中毒，降低催化劑活性。成品酸中三氧化二砷含量較高時(shí)，應(yīng)用范圍將受限制。凈化工段應(yīng)使砷含量降低至0.001g/m3。

2.3 氟

煙氣中的氟通常以氟化氫（HF）的形式存在。氟化氫會(huì)與二氧化硅（SiO2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制酸工段設(shè)備材質(zhì)中往往含有二氧化硅成分，因此氟化氫會(huì)造成設(shè)備的腐蝕，影響設(shè)備壽命。國內(nèi)以往項(xiàng)目采用加入除氟劑硅酸鈉與煙氣中的氟反應(yīng)生成Na2SiF6絡(luò)合物，生成的絡(luò)合物在稀酸中溶解較少通過外排污酸的形式形成開路移走［2-3］。凈化工段應(yīng)使氟含量降低至0.001g/m3。

2.4 水分

煙氣中水分含量過高會(huì)對轉(zhuǎn)化及干吸工段管道的腐蝕性增強(qiáng)。同時(shí)，進(jìn)入干吸工段的水蒸氣會(huì)與三氧化硫結(jié)合生成硫酸蒸汽，在吸收塔形成酸霧，不易被尾吸塔收集，導(dǎo)致排放至大氣中造成環(huán)境污染。凈化工段二級(jí)電除霧出口水蒸氣含量應(yīng)控制在0.005g/m3。

3 凈化工段主要設(shè)備

3.1 動(dòng)力波洗滌器、高位槽及斜管沉降器

動(dòng)力波洗滌器由于除塵效率高，被廣泛應(yīng)用于制酸的凈化工段，主要由逆噴管、噴嘴和氣液分離器組成。高溫?zé)煔猓s300℃）自頂部進(jìn)入逆噴管，稀硫酸經(jīng)循環(huán)泵由噴嘴自下而上逆向噴射。同時(shí)為了防止高溫?zé)煔鈱τ谀鎳姽艿膿p壞，會(huì)有部分循環(huán)酸經(jīng)稀酸高位槽沿溢流堰留下，在逆噴管形成保護(hù)膜，避免因逆噴管入口煙氣溫度過高對設(shè)備造成損壞。在此過程中煙氣中大部分煙塵進(jìn)入到循環(huán)酸中送入斜管沉降器后經(jīng)泵送至污水處理車間，同時(shí)煙氣溫度也降至60℃左右。

3.2 填料洗滌塔及板式換熱器

本項(xiàng)目采用兩級(jí)填料洗滌塔。填料塔的作用是進(jìn)一步降塵減溫。動(dòng)力波出口的煙氣進(jìn)入一級(jí)填料塔與塔內(nèi)噴淋酸逆流接觸，煙氣中的塵進(jìn)入到噴淋酸中，煙氣溫度也隨之降低。噴淋酸經(jīng)板式換熱器將溫度降低，循環(huán)利用。經(jīng)過二級(jí)填料塔后，煙氣溫度已經(jīng)降至50℃以下。

3.3 電除霧器

為防止酸霧進(jìn)入后續(xù)工段造成設(shè)備及管道的腐蝕，在凈化工段還要除去酸霧。本項(xiàng)目采用的是兩級(jí)電除霧器去除酸霧。在電除霧器的電暈極接通高壓直流電源，接通后檢查電暈極當(dāng)中所釋放的靜電場能否使氣體發(fā)生電離現(xiàn)象，以便保證硫酸霧氣可在電離子的作用下分解為負(fù)離子與正離子。由于電暈極為陰極，在接通電源后變成負(fù)高壓極，發(fā)生電子雪崩后，小顆粒如塵及酸霧等就會(huì)被異性電荷所吸引，并在電場作用力下逐漸移動(dòng)到沉淀極，當(dāng)沉淀極當(dāng)中的塵粉及霧粒厚度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)在重力作用下流向電除霧器的底部。

3.4 安全閥與安全水封

凈化工段在二級(jí)電除霧器出口設(shè)置安全閥，安全閥與大氣連通，當(dāng)二級(jí)電除霧器出口負(fù)壓低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)造成凈化工段這邊因負(fù)壓過低而損壞，此時(shí)需連鎖打開安全閥補(bǔ)入空氣。維持負(fù)壓穩(wěn)定，防止設(shè)備損壞。

安全水封同樣是防止因凈化工段負(fù)壓過低而對設(shè)備造成損壞。安全水封一端與大氣相通，另一端與干燥塔進(jìn)口煙氣管道相通。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)壓過低是會(huì)造成水封內(nèi)水被吸入管道內(nèi)，當(dāng)水被吸干后，空氣即可進(jìn)入煙氣管道，避免負(fù)壓過低而損壞設(shè)備。

4 凈化工段測控要求

（1） 動(dòng)力波洗滌器高位槽液位采用恒液位控制，目的是保證在循環(huán)泵故障的情況下高位槽仍能保證持續(xù)供酸降溫。當(dāng)動(dòng)力波洗滌器出口煙氣溫度超過設(shè)定值時(shí)，緊急開啟高位槽出口應(yīng)急降溫閥。同時(shí)為保證循環(huán)泵維持正常逆噴酸，在逆噴管道設(shè)置壓力檢測儀表，壓力超過或低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警。

（2）填料塔板式換熱器循環(huán)酸、循環(huán)水出入溫度檢測。循環(huán)酸與循環(huán)水在板式換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換?？刂蒲h(huán)酸溫度直接影響填料塔出口煙氣溫度，直接影響后續(xù)工段。因此，本項(xiàng)目循環(huán)水入口溫度為32℃，出口溫度要求高于40℃報(bào)警。循環(huán)酸入口溫度為55℃，出口溫度高于50℃報(bào)警。換熱器出口循環(huán)酸或循環(huán)水溫度過高一方面可能是由于焙燒工段的出口煙氣溫度升高，另一方面也可能是因?yàn)榘迨綋Q熱器堵塞導(dǎo)致熱交換不充分引起。

（3）板式換熱器循環(huán)水出口應(yīng)設(shè)置pH檢測，目的是為了檢測板式換熱器是否漏酸損壞。

（4）電除霧器出口溫度是重要控制參數(shù)。過高的溫度會(huì)導(dǎo)致過量的飽和水進(jìn)入干吸工段干燥塔降低酸濃度，會(huì)造成干吸工段串酸波動(dòng)，難以維持穩(wěn)定并且酸度增加對設(shè)備造成腐蝕。此外電除霧器出口壓力對于整個(gè)凈化工段也至關(guān)重要，當(dāng)凈化工段設(shè)備阻塞、后續(xù)工段二氧化硫風(fēng)機(jī)故障、電除霧安全水封水位抽干、電除霧器出口安全閥故障都會(huì)導(dǎo)致壓力異常。當(dāng)電除霧器出口壓力低于設(shè)定值時(shí)連鎖控制安全閥，避免設(shè)備損壞。

（5）凈化工段塵泥是在動(dòng)力波洗滌器后的斜管沉降器經(jīng)泵統(tǒng)一送至污水處理車間，因此后續(xù)兩級(jí)填料塔產(chǎn)生的含塵循環(huán)酸逐級(jí)向前串酸，才可將其送至斜管沉降器。在此過程中各塔液位會(huì)逐漸降低，因此需要補(bǔ)充水。各塔設(shè)置液位檢測，并通過恒液位控制串酸調(diào)節(jié)開度，保證各塔內(nèi)液位穩(wěn)定。項(xiàng)目為保證最大程度去循環(huán)酸中塵采用泵后串酸。

（6）凈化工段安全水封對于保護(hù)凈化工段設(shè)備至關(guān)重要，安全水封設(shè)置液位監(jiān)測，低液位控制室當(dāng)報(bào)警。水封液位降低表明管道中負(fù)壓降低，應(yīng)及時(shí)排查原因。

（7）凈化工段設(shè)備出口壓力檢測。壓力檢測的目的是為了監(jiān)測設(shè)備是否正常運(yùn)行，壓力降是否在正常范圍內(nèi)。如果出現(xiàn)壓力異常應(yīng)及時(shí)檢查。

5 凈化工段主要儀表選擇

5.1 塔液位檢測

在以往的項(xiàng)目中，塔類設(shè)備的液位檢測會(huì)采用設(shè)置旁通管采用雷達(dá)液位計(jì)檢測。但是就以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，塔類設(shè)備內(nèi)往往會(huì)形成酸霧，對于雷達(dá)液位計(jì)產(chǎn)生干擾。因此，本項(xiàng)目采用雙法蘭差壓液位計(jì)對于動(dòng)力波洗滌器及填料塔的液位進(jìn)行檢測。

在儀表選型的時(shí)候應(yīng)注意，塔內(nèi)介質(zhì)為酸性，因此液位計(jì)的膜片應(yīng)選擇耐腐蝕的材質(zhì)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用哈氏C合金膜片，防止腐蝕。

圖1 雙法蘭差壓液位計(jì)用于塔液位檢測

5.2 溫度檢測

根據(jù)測量溫度范圍選擇Pt 100熱電阻。綜合考慮響應(yīng)時(shí)間及耐腐蝕性，最終選擇不銹鋼外涂PTFE涂層的法蘭連接熱電阻。

5.3 壓力檢測

凈化工段的介質(zhì)性質(zhì)比較復(fù)雜，既有腐蝕性酸性介質(zhì)，又有含塵的腐蝕性煙氣。針對腐蝕性稀硫酸采用法蘭連接的壓力變送器，膜片材質(zhì)選擇哈氏C合金［4］。對于腐蝕性煙氣的壓力檢測選擇差壓變送器，煙氣為微負(fù)壓，為保證測量精度選擇差壓變送器，一端接大氣，另一端采用Φ15引壓管自煙氣管道引壓，膜片同樣選擇耐腐蝕的哈氏C合金。二次儀表安裝在便于觀測、維護(hù)的平臺(tái)。

圖2 煙氣管道熱電阻和取壓檢測點(diǎn)

5.4 漏酸檢測

常用的漏酸檢測方法有測量循環(huán)水出口管道的電導(dǎo)率值或是pH值。當(dāng)制酸循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率很低時(shí)，發(fā)生漏酸情況，會(huì)導(dǎo)致冷卻水電導(dǎo)率增大，通過電導(dǎo)率分析儀實(shí)現(xiàn)報(bào)警。同樣，漏酸會(huì)導(dǎo)致冷卻水pH發(fā)生變化，通過pH分析儀實(shí)現(xiàn)報(bào)警。兩種分析儀表各有優(yōu)缺點(diǎn)，pH分析儀漂移大，測量范圍??；而電導(dǎo)率分析儀受水質(zhì)影響較大。因此當(dāng)使用的冷卻水中鹽類較多時(shí)可選擇 pH 電化學(xué)分析儀作為漏酸報(bào)警儀; 當(dāng)水質(zhì)比較穩(wěn)定時(shí)可采用電導(dǎo)式檢測儀作為漏酸報(bào)警儀［5-6］。無論是電導(dǎo)率分析儀還是pH分析儀均選用在線插拔式安裝支架。這樣可以在不影響生產(chǎn)的情況下完成設(shè)備維護(hù)。

6 結(jié)語

本文結(jié)合某煙氣制酸項(xiàng)目，簡要闡述凈化工段的主要檢測及控制項(xiàng)目。并論述了設(shè)計(jì)過程中儀表選型的注意事項(xiàng)，為今后的設(shè)計(jì)工作提供參考。