910+kt_a冶炼烟气制酸系统挖潜改造及运行实践.pdf

2 0 1 7 年第1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m m ．c n 6 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 7 ．1 1 ．0 1 7 910k t ／a 冶炼烟气制酸系统挖潜改造及运行实践 林锦富，丘逢杭，张衍训 紫金铜业有限公司，福建上杭3 6 4 2 0 0 摘要介绍紫金铜业9 1 0k t ／a 冶炼烟气制酸系统的挖潜改造主要内容和运行实践。通过在转化工序应 用预转化工艺、干吸工序补充生产发烟酸等，转化进气浓度由1 2 ％提升至1 5 ．8 9 ％，改造后系统运行平 稳，平均转化率达9 9 。9 ％以上，实践证明该制酸系统挖潜改造较为成功。 关键词预转化；烟气制酸；发烟酸；挖潜；扩能 中图分类号X 7 0 1 文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 7 1 1 - 0 0 6 7 0 4 T r a n s f o r m a t i o na n dO p e r a t i o no fA c i dP r o d u c t i o n f o r9 1 0k t ／aS m e l t i n gF l u eG a s L I NJ i n g F u ，Q I UF e n g h a n g ，Z H A N GY a n x u n Z i j i nC o p p e rC o ．，L t d ．，S h a n g h a n g3 6 4 2 0 0 ，F u j i a n ，C h i n a A b s t r a c t P o t e n t i a l t a p p i n gr e n o v a t i o na n do p e r a t i o np r a c t i c eo f s u l f u r i c a c i dp r o d u c t i o nf o r9 1 0k t ／a s m e l t i n gf l u eg a si nZ i ji nC o p p e rw e r ei n t r o d u c e d ．I n l e tc o n c e n t r a t i o no fc o n v e r s i o nr i s e sf r o m12 ％t o 1 5 ．8 9 ％a f t e ra p p l y i n gp r e t r a n s f o r m a t i o ni nc o n v e r s i o np r o c e s sa n ds u p p l e m e n t f u m i n ga c i di nd r y a b s o r p t i o np r o c e s s ．S y s t e mr u n ss m o o t h l ya f t e rt r a n s f o r m a t i o nw i t ha v e r a g ec o n v e r s i o nr a t eo f99 ．9 ％ a b o v e ．P l a n tp r a c t i c ep r o v e st h a tp o t e n t i a l t a p p i n gr e n o v a t i o no fa c i dm a k i n gi sc o m p a r a t i v e l ys u c c e s s f u l ． K e yw o r d s p r e c o n v e r s i o n ，a c i dm a k i n gw i t hf l u eg a s ；f u m i n ga c i d ；p o t e n t i a lt a p p i n g ；c a p a c i t ye x p a n s i o n 紫金铜业有限公司为进一步提升公司实力，在 保留主工艺流程基础上，尽可能利用现有设备能力， 将总产能提高到2 8 0k t ／a 阴极铜规模，配套冶炼烟 气制酸装置需由8 2 0k t ／a 提升至9 1 0k t ／a 1 0 0 ％ H S O 。 ，含1 0 0k t ／a 1 0 4 ．5 ％H 。S O 。 。扩能改造 自2 0 1 5 年1 月组织实施，1 1 月对接试生产，一次投 料成功，运行一年以上，各项指标均达到甚至优于设 计指标。 1净化工序基础设计条件 年工作时间3 3 0d ，入口压力一5 0 ～5 0P a ，入口 烟气温度 2 8 0 2 0 ℃，尘含量≤1g ／m 3 。表1 为净 化工序挖潜增效前后入口烟气参数。 收稿日期2 0 1 7 0 6 2 7 基金项目福建省中科院S T S 计划配套项目 2 0 1 6 T 3 0 3 3 作者简介林锦富 1 9 8 7 一 ，男，福建龙岩人，助理工程师． 2 挖潜增效工艺方案及改造内容 8 2 0k t ／a 烟气制酸装置产能提升至9 1 0k t ／a ， 核心是通过挖潜改造提升现有设备能力，尽可能使 技术和设备国产化，使生产装置达到国内同类工厂 先进水平。根据挖潜改造前后烟气条件，进入硫酸 系统的烟气量略有减少，但S O 。浓度由1 3 ．2 5 ％提 高至1 5 ．8 9 ％，进入硫酸系统的总S O 。增加1 1 ％，经 核算净化工序处理能力完全满足，不需要改造。 原系统转化采用ⅢI 一ⅣⅡ“3 1 ”二转二吸工 艺，最高允许进气浓度不超过1 2 ％，若将挖潜增效 后的烟气按此比例进行稀释，势必会增大进入转化 器的总气量，经核算最大工况下S O z 风机基本没有 万方数据 ．6 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 7 年第1 l 期 任何余量应对冶炼装置波动，同时转化系统部分换 热设备也不能满足扩能需求，唯有采用高浓度S O z 转化工艺方能解决上述问题卜3 I 。经全面考察和评 估，结合原有硫酸系统的实际情况，紫金铜业决定采 用部分稀释预转化工艺，图1 为烟气制酸装置挖潜 改造后工艺流程。 表1 净化工序入口烟气参数 T a b l e1P a r a m e t e r so ff l u eg a sa ti n l e to fp u r i f i c a t i o np r o c e s s 类别 冶炼炉况烟气量／ m 。．h 一 聂i ，五- { ≥兰堕坌笔羹夏i 百 注C F B 为转炉造，C F S l 为转炉造渣一期，C F S 2 为转炉造渣二期，F F 为闪速熔炼炉铜 图1 9 1 0k t ／a 烟气制酸装置工艺流程图 F i g ．1 F l o wc h a r to fa c i dp r o d u c t i o nf o r9 1 0k t ／as m e l t i n gf l u eg a s 2 ．1 净化工序 烟气净化工序采用动力波烟气洗涤净化技术， 工艺流程为一级动力波洗涤器 设一段喷头 、气体 冷却塔、二级动力波洗涤器 设二段喷头 、一级电除 雾器、二级电除雾器。根据烟气条件核算，净化工序 原有设备满足本次挖潜改造需求。 2 ．2 转化工序 转化工序是在原有“3 1 ”主转化的基础上采用 了部分烟气预转化工艺。具体工艺过程如下，在Ⅲ 冷热交换器壳程出口抽出约4 0 ％的烟气加入于燥 后的空气，将S O 浓度调节至1 2 ％、氧硫比1 ．2 进 入预转化。控制预转化率约6 5 ％，预转化后的热烟 气经过冷热交换器和余热锅炉回收热量后，再和其 余6 0 ％的高浓度烟气混合后进入主转化器一层进 行常规两转两吸双接触制酸流程。 工艺原理是经过预转化后的烟气中部分S O 。转 化为S O s ，与主路高浓度烟气混合后S O 浓度可降 低到常规转化的一层入口浓度，再加上有S O 。的存 在，使一层烟气出口温度稳定控制在6 3 0 ℃以内，不 万方数据 2 0 1 7 年第1 1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 9 至于引起一段超温而影响触媒使用寿命‘“。主要改 造内容有 1 进入转化系统的空气对水分要求较高，因此 增加一套空气干燥系统，与原干吸系统干燥塔共用 循环泵，干燥后的空气通过空气风机送至预转化系 统。风量通过空气干燥塔人E l 调节阀和风机变频调 速进行控制。 2 烟气进入预转化系统前需要先进行预热，达 到反应温度后方能进行转化反应；反应后出预转化 器的高温烟气需进一步降低，以便参与后续反应。 为维持转化系统的热平衡，必须增设冷热交换器和 相应中温热回收余热锅炉。 3 对主转化器、换热器进行核算，最终确定原系 统换热器满足挖潜改造需求，仅需将余热锅炉中压 侧增设省煤器。 4 利用年度大修时间将触媒进行筛分，并根据 筛分损耗和工艺核算相应补充。 5 开工炉及预热器的负荷已不能满足挖潜增效 和转化系统的升温需求，为缩短升温时间，需要对开 工炉系统的供油系统、烧嘴、燃烧风机及预热器、热 风炉进行改造。 2 ．3干吸工序 仍采用一级干燥、两级吸收、循环泵后冷却工艺 与双接触转化工艺相对应。由于进入主转化的S O 。 增加，转化后S 0 。相应增加，经核算，干吸系统能满 足扩能后的生产需求。为提高硫酸产品的竞争力， 经市场调研，本次改造增设发烟酸生产系统。具体 流程经过一次转化后的含S O 。烟气，在进入一吸塔 前截流约1 5 ％的烟气进入发烟酸吸收塔下部，和自 上而下喷淋的1 0 4 ．5 ％发烟酸充分接触，吸收烟气 中的S O 。形成发烟硫酸。根据经验发烟酸对S O 。的 吸收率较低，一般只有5 0 ％，所以从发烟酸吸收塔 出来的烟气中仍含有一半S O 。未被完全吸收，这部 分烟气需要引回现有一吸塔，进一步吸收掉烟气中 剩下的S O 。。由于发烟酸进出口均引至一吸塔入口 管道，通过在管道上设置阀门即可根据需求调节发 烟酸产量，生产方式较为灵活[ 5 叫] 。主要改造内 容有 1 在于吸工序现有空地增设发烟酸吸收塔、发 烟酸循环酸槽，酸冷却器。为提升系统灵活性设置 单独的发烟酸输送泵和成品酸冷却器。 2 根据发烟酸的产量设置烟酸贮罐、装酸地下 槽、发烟酸装酸计量槽，并设计槽车装车点。 3 考虑系统的压降提升，原S O z 风机压头不能 满足改造后F F F S F 共同送风工况下的压降需求， 因此在二吸塔出口增设大流量的接引风机。 2 ．4 废酸工序 挖潜增效前后硫酸系统的烟尘条件，进入废酸 处理系统砷量增加，净化工序的外排废酸量增加，为 此废酸处理系统需要增加一个硫化系列。主要改造 内容有 1 新增原液槽用于缓存净化工序产生的废酸。 2 新增一个硫化系列，经过工艺比选，首次采用 赛恩斯与中南大学研发的气液强化硫化工艺代替传 统硫化工艺。主要解决传统硫化工艺运行成本高、 处理过程钠离子带人中水回用体系、硫化过程低空 污染严重等问题。 3 新增一套硫化后污泥压滤装置，旨在应对废 酸工序新增的砷滤饼产生量，解决国产压滤机检修 频次高、水分高等问题。 3运行情况 改造系统充分利用2 0 1 5 年中修时间进行对接， 于2 0 1 5 年1 1 月正式接受烟气，运行一年基本达到 设计指标，部分运行指标优于设计值。改造后系统 运行指标见表2 。 表29 1 0k t ／a 挖潜改造烟气制酸装置运行指标 T a b l e2 O p e r a t i o ni n d e xo fa c i dp r o d u c t i o n f o r9 1 0k t ／as m e l t i n gf l u eg a s 3 ．1转化率 2 0 1 6 年1 0 月份邀请专业厂家对装置运行情况 进行检测，因工况变化较大，选择在最大工况下进行 检测，数据见表3 。可以得出，转化工序各层指标均 优于设计值，尤其是预转化率远高于设计值。 3 ．2 硫酸产量和质量 自投产以来，装置产出的硫酸质量全部达到 G B ／T5 3 4 2 0 1 4 工业硫酸优等品的标准。2 0 1 6 年达产达标，据统计，年产酸量达9 0 7 ．5 5t 1 0 0 ％硫 酸 。 万方数据 7 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 7 年第1 1 期 表39 1 0k t ／a 挖潜改造烟气制酸装置 转化工序运行指标 T a b l e3 O p e r a t i o ni n d e xo ft r a n s f o r m a t i o np r o c e s s o fa c i dp r o d u c t i o nf o r9 1 0k t ／as m e l t i n gf l u eg a s 4 存在问题及改进措施 试生产期间遇到了一些问题，经过一系列改进 后，问题得到解决。 1 预转化系统根据熔炼送风工况需要进行切 换，切换过程有部分烟气从空气干燥塔倒冲回来，经 过调整预转化系统空气风机的开停操作方式和在空 气干燥塔入口加装抽气管道予以彻底解决。 2 熔炼切换转炉作业送风时导致气量突然增 大，不能及时提高s O 风机的抽风量，造成严重的低 空污染，并使闪速炉内经常呈微正压状态。通过管 理和操作人员互相学习渗透，充分发挥生产执行系 统的作用。闪速炉与转炉配合做好工况平稳切换、 制酸系统根据转炉送风和炉膛负压变化做好工况变 换的应对操作，双方加强沟通，有效减少了低空污 染，为闪速炉提供了稳定的炉膛负压。 3 干吸工序增加发烟酸生产工况后，一吸塔出 口产生的酸雾颗粒粒径较小、且酸雾量随发烟酸产 量成正比，原纤维除雾器不能满足发烟酸生产要求， 且原国产除雾器安装使用已超过4 年，逐步出现老 化现象，导致一吸塔出口带酸严重，出口管道及后端 Ⅳ换热器腐蚀严重。采取修补漏点、在换热器管程 人口管道增设酸泥收集装置等措施，尚未彻底解决， 计划利用年修时间更换为针对有发烟酸工况设计的 进口除雾器。 4 由于一吸出口带酸严重，导致Ⅳ换热器腐蚀 严重，从而引起烟气短路，导致二吸尾气指标超出设 计值，利用中修时间将存在漏点的换热器列管进行 封堵等措施，烟气短路现象减轻，但尚未彻底解决， 计划利用年修时间邀请专业堵漏厂家注胶修复。 5 废酸气液强化硫化工艺由于自动化程度比较 高，操作灵活，反应过程无硫化氢味道，但新工艺系 统排液至原浓密机时由于流量瞬间较大，仍有部分 硫化氢溢出，且影响硫化砷等的沉降，通过增设抽气 管道、调增新工艺排液泵频率，问题有所缓解。 6 进入预转化烟气量是通过调节I I I 换与I 换 之间的烟气管道上阀门开度来控制的，通过主管道 憋压使部分烟气进入预转化系统，之后与干燥空气 混合进入预转化器，这个过程导致整个系统阻力有 所增加，S O 风机压头不足的情况下对整个系统影 响较大，虽然在二吸塔后增加接力风机有所缓解，最 终计划在预转化系统内部增加一台接力风机，以彻 底解决憋压问题。 5结语 紫金铜业9 1 0k t ／a 铜冶炼烟气制酸挖潜改造 装置选择流程较短的部分烟气预转化工艺，总体设 计和工艺选择合理，各项技术指标基本达到设计要 求，系统运行基本平稳、设备选型得当，未来将在确 保装置长满优运行的前提下优化指标、降低运行成 本、提升产能方面进一步努力。 参考文献 [ 1 ] 余磊，汪卫东．预转化预吸收高浓度S O 。烟气制酸工艺 的工业应用[ J ] ．硫酸工业，2 0 1 1 6 1 1 - 1 4 ． [ 2 ] 吴健辉，刘长东，林锦富．紫金铜业8 2 0k t ／a 铜冶炼烟气 制酸装置设计及运行实践I - J ] ．硫酸工业，2 0 1 3 5 7 - 1 0 ． I - 3 ] 张化刚，曹汝俊，韩耀强．祥光铜业冶炼烟气制酸装置 运行实践与改进I - J ] ．硫酸工业，2 0 1 0 2 1 3 1 6 ． E 4 ] 周青．高浓度s o 转化技术在铜冶炼烟气制酸中的运 用[ J ] ．硫酸工业，2 0 0 7 6 8 - 1 1 ． [ 5 ] 刘玉强．金川I 集团公司镍、铜冶炼烟气制酸情况介绍 I - j ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 3 1 3 1 3 3 ． 万方数据