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6 4 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 d o i 1 0 ．3 9 6 9 I ／J ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 7 ．1 1 ．0 1 6 3 3 1k t ／a 冶炼烟气制酸装置的设计和运行实践 刘长东，鲁宗升，张建 吉林紫金铜业有限公司，吉林珲春1 3 3 3 0 0 摘要介绍了某公司3 3 1k t ／a 冶炼烟气制酸装置的设计和运行实践。净化工序采用两级动力波净化 两级电雾、转化工序采用“3 2 ”常规转化工艺，采用进口催化剂，尾气为大规模干法活性焦脱硫。上述 制酸装置于2 0 1 5 年9 月投产，2 0 1 6 年以来，在侧吹熔炼炉投料量大幅增加的情况下，通过对部分设备进 行改造以及转化催化剂进行调整等措施使得总转化率控制在9 9 ．8 5 ％以上，系统产能达5 2 0k t ／a 以上， 制酸尾气S O 浓度保持在活性焦脱硫装置所能够接受的合理范围，从而确保了冶炼生产的正常进行。 关键词冶炼烟气；制酸装置；技术改造；实践 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 4 0 3 D e s i g na n dO p e r a t i o no fA c i dP r o d u c t i o nD e v i c e f o r3 31k t ／aS m e l t i n gF l u eG a s L I UC h a n g d o n g ，L UZ o n g s h e n g ，Z H A N GJ i a n J i l i nZ i j i nC o p p e rC o ．L t d ．，H u n e h u n1 3 3 3 0 0 ，J i l i n ，C h i n a A b s t r a c t D e s i g na n do p e r a t i o no f s u l f u r i c a c i dp r o d u c t i o nd e v i c ef o r3 31k t ／as m e l t i n gf l u eg a sw e r e i n t r o d u c e d ．P u r i f i c a t i o np r o c e s sa p p l i e st w o s t a g ep o w e rw a v ep u r i f i c a t i o na n dt w o s t a g ee l e c t r i cf o g ． C o n v e r s i o np r o c e s sa p p l i e s ”3 2 ”c o n v e n t i o n a lc o n v e r s i o np r o c e s sa n di m p o r t e dc a t a l y s t ．T a i lg a s t r e a t m e n ta p p l i e s1 a r g e s c a l ed r ya c t i v ec o k ed e s u l f u r i z a t i o n ．T h es u l f u r i c a c i dp r o d u c t i o nd e v i c ew a sp u t i n t oo p e r a t i o ni ns e p t e m b e r2 0 1 5 ．S i n c e2 0 1 6 ，t h et o t a lc o n v e r s i o nr a t eh a sb e e nm a i n t a i n e da t9 9 ．8 5 ％ a b o v ew i t hs y s t e mc a p a c i t yo f5 2 0k t ／aa b o v eb ya d j u s t i n gp a r to fe q u i p m e n ta n dc o n v e r s i o nc a t a l y s t a g a i n s tg r o w i n go fs i d e b l o w ns m e l t i n gf u r n a c e ．S 0 2c o n c e n t r a t i o ni sc o n t r o l l e dw i t h i nr e a s o n a b l er a n g e f o ra c t i v a t e dc o k ed e s u l f u r i z a t i o nd e v i c e ，t oe n s u r en o r m a ls m e l t i n gp r o d u c t i o n ． K e yw o r d s s m e l t i n gf l u eg a s ；a c i dg e n e r a t o r ；t e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o n ；p r a c t i c e 某公司“11 5 0t ／d 多金属复杂金精矿综合回收 项目”于2 0 1 5 年建成投产，冶炼配置为侧吹炉熔炼 P S 转炉吹炼，配套3 3 1k t ／a 冶炼烟气制酸装置。 制酸装置净化工序采用两级动力波净化 两级导电 玻璃钢电除雾器，转化干吸工序为“3 2 ”两转两吸 流程，转化装填进口催化剂，尾气脱硫采用大规模干 法活性焦脱硫技术。上述制酸装置于2 0 1 5 年9 月 中旬投人试生产，并逐步实现了冶炼与制酸之间的 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 作者简介刘长东 1 9 7 1 一 ，男，内蒙古赤峰人，助理工程师． 烟气平衡。2 0 1 6 年以来，熔炼系统侧吹熔炼炉的投 料量增加到7 0 ～8 0t ／h 以上，相应地冶炼烟气制酸 装置的实际酸产量超过设计值达5 0 ％左右。由于 技术改造方案中转化工序为五段转化，在一次转化 率下降时，反应后移到四层，同时仍可保持五层温升 不变，从而避免了制酸装置高负荷条件下总转化率 的大幅下降，确保活性焦脱硫系统的正常运行。 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 5 1设计概况 1 ．1 净化工序 净化工序采用两级逆喷稀酸洗涤、绝热蒸发冷 却流程，并配置两级导电玻璃钢电除雾器。逆喷洗 涤器采用大开孑L 喷嘴，不易堵塞。逆喷管内气液接 触点位置取决于气液两相的动量平衡，在冶炼烟气 气量波动时上述气液接触点位置将自动调整并重新 达到动量平衡，可适应冶炼烟气气量在5 0 ％～ 1 0 0 ％范围内的波动。为避免溢流堰频繁堵塞，溢流 堰采用上清液供液口_ 2 ] 。 随着国内冶炼厂接收的有色金属精矿的品质呈 退化趋势，主要表现为主金属品位下降，杂质含量增 加，其中就包括氟、砷等对制酸装置有害的杂质。大 部分砷在两级逆喷洗涤流程中被脱除，并且两级导 电玻璃钢电除雾器对砷的脱除起到一个把关的作 用。氟的控制则需要在净化洗涤设备中添加水玻 璃，水玻璃若添加位置不合适易造成设备和管道的 堵塞。业内的实践证明，在填料塔等洗涤设备内添 加水玻璃，易造成上述洗涤设备压降增加。采用两 级逆喷流程后，在第一级和最后一级洗涤设备添加 水玻璃可控制净化出口烟气中的氟，从而有效保护 下游含硅的衬砖、填料以及纤维除雾器[ 3 ] 。 1 ．2 干吸工序 干吸工序为三塔三槽，二吸塔为独立泵槽。相 对于一吸塔、二吸塔共用一个泵槽配置，二吸塔独立 泵槽可以避免因共用泵槽造成的S O z 在二吸塔顶部 解吸问题。 干吸三塔均采用耐酸瓷双层球拱，干燥塔配置 双层金属丝网，一吸塔、二吸塔安装了纤维除雾器。 干吸三塔均为管槽式合金分酸器，干吸浓酸管道为 高硅不锈钢合金管道。 干吸串酸管线设置为干燥塔与一吸塔互串2 条串酸管线、干燥塔串二吸塔1 条串酸管线。一吸 塔循环槽、二吸塔循环槽以及第一地下槽 成品酸 槽 均设有稀释器，以利于在冬季产出9 3 ％酸。 1 ．3 转化工序 转化工序为Ⅲ、I V 、Ⅳ、Ⅱ“3 2 ”常规转化 流程，采用进口催化剂，设计转化进口S O z 浓度 1 1 ％。转化气一气换热器为缩放管换热器，转化升 温采用电加热炉。 对于“3 1 ”常规转化流程而言，一旦转化工序 出现反应后移，则第四层温升大幅增加，四层出口温 度较高，对应的平衡转化率下降较多，总转化率难以 稳定在9 9 ．8 5 ％以上。而“3 2 ”常规转化流程能够 适应一定程度上的反应后移，在一次转化率下降时 转化四层温升增加，五层仍可以保持低温升和低出 口温度‘4 一⋯。 采用“3 2 ”常规转化流程还可以适应较高浓度 的S O z 转化，可以通过在转化～层上部装填含铯催 化剂，把转化一层进口温度降低到3 9 0 ℃左右，从而 把转化一层底部温度控制在6 3 5 ℃以内，上述常规 转化流程可处理的最高S O 浓度近1 4 ％。 近年来，随着国内新型冶炼炉的应用，相应的冶 炼烟气浓度越来越高，为高浓度转化工艺的应用创 造了前提条件。注意到目前国内装备最先进的硫酸 工厂即为冶炼烟气制酸，如广西金川防城港、中原黄 金冶炼厂、祥光铜业等，均采用了高浓度转化。 由于冶炼烟气S O 。浓度较高，转化一层底部温 度很容易突破6 0 0 ℃，对催化剂的热稳定性问题要 求较高。而国产催化剂热稳定性普遍较差，一层底 部温度无法长期维持在6 0 0 ℃以上，从而导致反应 后移和工换的换热量下降，甚至需要投转化一层进 口电加热炉来维持一层进口温度。鉴于国产催化剂 的上述缺点，本装置选用进口催化剂。进口催化剂 热稳定性较好，转化一层底部温度可以长期稳定在 6 2 0 ℃以内。 1 ．4 活性焦脱硫工序 尾气脱硫采用了干法活性焦技术，本装置设计 为熔炼环集烟气、阳极炉烟气和硫酸尾气三股烟气 混合后共同走一套脱硫系统，通过一个1 2 0m 烟囱 排放。同时三股烟气均设计了旁路系统，制酸装置 正常运行时，尾气达标不走脱硫系统，可直接排放。 活性焦脱硫的优点之一是无需像其他溶剂脱硫 技术那样配置净化除尘系统，活性焦脱硫系统再生 时返回的高浓度S O 混合气体返回制酸装置净化工 序一级逆喷洗涤器入口，从而提高全厂的硫利用率。 为了避免活性焦脱硫系统故障或进脱硫系统 S O 。过高，在尾气烟囱还设置了简易的碱喷淋装置， 确保排放烟气1 0 0 ％达标。 2运行情况 上述冶炼烟气制酸装置于2 0 1 5 年9 月投入试 运行，并于2 0 1 6 年逐步实现了达标达产。试运行期 间主要发现以下问题。 1 干燥塔压降较高 自投产以来，干燥塔压降一直偏高。干燥塔、一 吸塔和二吸塔的塔直径均为62 0 0m m 。干燥塔设 万方数据 ．6 6 ．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 计主填料压降为1k P a ，金属丝网捕沫器压降0 ．5 k P a 。实际运行中最大压降达6 ．2k P a ，制酸装置 S O 。风机的气量难以进一步提升受限。 2 干吸塔回酸套管泄漏 干吸回酸管道为高硅不锈钢合金管道，投产以 后于吸三塔的回酸套管均出现泄漏。干吸三塔塔底 回酸容易挟带气体，同时热膨胀问题没有彻底解决， 从而导致管道腐蚀和泄漏。 3 转化热管锅炉省煤器出现水击现象，，导致移 热量偏低 转化工序余热锅炉设置在Ⅲ换S O 。侧下游，由 于最初热管锅炉省煤器与烟气呈并流，锅炉给水从 上部管束进水，锅炉给水遇到转化热烟气后汽化造 成水击。为控制余热锅炉水击只能采用减少进入余 热锅炉烟气量的方法，因而余热锅炉的移热量下降。 受余热锅炉换热量偏小的限制，Ⅲ换旁路阀门开度 下降，I 换S O 。进口温度上升，从而导致工换S O 。出 口温度即二层进口温度上升。 4 在P S 转炉二周期时转化氧硫比过低 由于干燥塔压降偏高，使得在P S 转炉二周期 时风机打气量的提高受到限制，此时转化氧硫比偏 低，造成总转化率下降，二吸塔出口烟气中S O 。含量 升高。除在低负荷时能够达到设计转化率外，在高 负荷时二吸塔出口烟气中S O 。含量仅为3 ％左右， 总转化率大幅下降。 5 转化一层催化剂超温运行并出现反应后移 由于冶炼炉投料量增加，冶炼烟气中S O 。浓度 增加，转化进口浓度可达1 3 ％以上，一层催化剂底 部温度可达6 4 0 ℃，同时后续床层温升增大。当出 现反应后移时，相应地总转化率将明显下降，二吸塔 出口烟气中S O 。含量增加。 6 尾气烟囱内部的简易碱洗装置存在碱液挟带 现象 由于尾气烟囱内部的简易碱洗装置最初采用人 字型挡板捕沫器，投产后发现有碱液挟带现象。 3 检修处理项目和效果 针对试运行期间发现的问题，在2 0 1 6 年9 月检 修期间进行了针对性的处理。 1 增大干燥塔塔顶出气室空间 在2 0 1 6 年9 月检修期间实施了干燥塔出气室 空间增大的改造，分酸器至金属丝网之间的净空进 一步增大，从而在一定程度上减少干燥塔内的雾沫 挟带，金属丝网在制酸装置运行时持酸量下降，整个 干燥塔压降在最大负荷时下降了约1k P a 以上。 2 干吸塔回酸管道材质改成高硅合金 鉴于原干吸三塔套管频频泄漏，在2 0 1 6 年9 月 份大修时把三塔套管全部改成高硅不锈耐酸合金管 道，同时，对一吸塔回酸管道上增加了U 性膨胀弯。 重新开车后干吸三塔套管泄漏频情况彻底解决，干 吸现场环境也得到大幅改善。 3 转化余热锅炉改造 鉴于余热锅炉的水击现象制约了余热锅炉的换 热量，在2 0 1 6 年9 月检修期间把热管锅炉省煤器 上、下两组管束的水侧进出口互换，烟气同锅炉给水 在总体上呈逆流。重新开车后水击现象消除，热管 锅炉蒸汽产量达到8t ／h 的设计值，满足使用要求。 4 转化催化剂调整 针对熔炼侧吹炉投料量大幅增加的情况，检修 期间对转化各层催化剂进行了调整和一定量的补 充。由于转化一层频繁出现底部超温的情况，转化 一层催化剂装填量保持不变，这样当转化进口S O 。 升高到1 3 ％以上时，由于一层催化剂装填量偏小， 转化一层底部温度距离平衡温度更远，从而有效地 控制一层温度超温的发生。转化各层催化剂调整见 表1 。 表12 0 1 6 年9 月检修转化各层催化剂调整情况 T a b l e1 A d j u s t m e n to fc a t a l y s ti n e a c hl a y e ri nS e p t e m b e r2 0 1 6 转化催化剂调整后，在侧吹熔炼炉投料量达7 5 ～8 0t ／h 时，相应地日产酸量最大达17 0 0t ，转化进 V 1S O z 浓度达1 3 ．3 ％以上，总转化率达到9 9 ．8 5 ％以 上，活性焦脱硫系统运行正常。 5 尾气烟囱内部的简易碱洗装置的除沫器改造 针对简易碱洗装置在运行时带沫的情况，通过 采用双层P P 材质捕沫器替换原有的人字型挡板捕 沫器，基本消除了碱液挟带现象。 下转第7 8 页 万方数据 7 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 1 期 湿法冶金，2 0 0 1 ，2 0 3 5 2 5 5 ． [ 3 ] 张积锴．湿法炼锌除氯铜渣处理工艺研究[ D 3 ．昆明 昆明理工大学，2 0 1 5 ． [ 4 ] 关大明．铜冶炼污酸浓缩液资源化处理试验研究E D ] ． 江西赣州江西理工大学，2 0 1 5 ． E 5 ] 申永强，李艳华，高峰，等．铜渣法除电解锌溶液中氯的 工艺研究[ J ] ．洛阳理工学院学报，2 0 1 1 ，2 1 2 1 7 1 8 ． [ 6 3 王明辉，未立清，郭天立，等．高含氯硫酸锌溶液中氯的 脱除工艺研究[ J ] ．有色矿冶，2 0 1 3 ，2 9 3 3 2 3 4 ． [ 7 3 孙明生．湿法炼锌废电解液除氯工艺研究与应用I - j ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 7 1 1 4 6 4 8 ． 上接第6 6 页 4结论 本系统得益于“3 2 ”常规转化流程，冶炼烟气制酸装置 在侧吹熔炼炉投料增加近5 0 ％条件下，仅通过部分设备的 改造和转化催化剂调整使得冶炼烟气制酸装置烟气处理能 力大幅提升，各项指标完全满足生产要求。 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 的工业应用口] ．硫酸工业，2 0 1 1 6 1 卜1 4 ． [ 2 3 吴健辉，刘长东，林锦富．紫金铜业8 2 0 k t ／a 铜冶炼烟气 制酸装置设计及运行实践[ J ] ．硫酸工业，2 0 1 3 5 7 1 0 ． E 3 ] 蒋继穆．我国冶炼烟气制酸进展及展望[ J ] ．中国有色 冶金，2 0 0 3 ，3 2 1 1 - 4 ． [ 4 ] 李桂珍，曹龙文，邓文斌．大冶有色冶炼厂制酸尾气深 度脱硫的实践[ J ] ．硫酸工业，2 0 1 5 4 2 3 2 5 ． [ 5 3 王冲，孔德颂，戚永辉，等．铜冶炼制酸尾气脱硫工艺的 改造实践[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 6 ，4 5 1 5 9 6 1 ． 万方数据
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