60+kt_a铅冶炼烟气制酸装置工艺设计特点及扩产潜力分析.pdf

5 8 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y [ ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第1 期 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 6 ．0 1 ．0 1 6 6 0k t ／a 铅冶炼烟气制酸装置工艺设计特点 及扩产潜力分析 杜建嘉，谢营邦，曾睿，甘露，邓燕 广西冶金研究院，南宁5 3 0 0 2 3 摘要某冶炼厂6 0k t ／a 铅富氧底吹炉熔炼的烟气制酸采用动力波洗涤一气体冷却塔一两级电除雾器绝 热蒸发净化、3 2 两转两吸工艺流程。介绍了该套装置的设计特点，并对该制酸装置的扩产潜力进行 了分析。 关键词铅冶炼；烟气；制酸；工艺设计；扩能分析 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 6 0 1 0 0 5 8 0 5 D e s i g nF e a t u r e sa n dC a p a c i t yE x p a n s i o nP o t e n t i a lA n a l y s i so fA c i d ‘m a k i n g E q u i p m e n tB a s e do n6 0k t ／aL e a dS m e l t i n gO f f - g a s D UJ i a n j i a ，X I EY i n g b a n g ，Z E N Gr u i ，G A NL u ，D E N GY a n G u a n g x iM e t a l l u r g i c a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ，N a n n i n g5 3 0 0 2 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s s e s ，i n c l u d i n gd y n a m i cw a v ew a s h i n g ，g a sc o o l i n gt o w e r ，t w o s t a g ee l e c t r i cd e m i s t e r a d i a b a t i ce v a p o r a t i o na n dp u r i f i c a t i o n ，a n d3 2d o u b l ec o n v e r s i o na n da b s o r p t i o n ，w e r ea p p l i e df o ra c i d m a k i n gf r o mo f f g a so f 6 0 k t ／ao x y g e n e n r i c h e d b o t t o m b l o w i n gl e a ds m e l t i n gf u r n a c e ．D e s i g n c h a r a c t e r i s t i c so ft h i se q u i p m e n ts e tw e r ei n t r o d u c e d ．C a p a c i t ye x p a n s i o np o t e n t i a lo ft h ep r o c e s s e sw a s a n a l y z e d ． K e yw o r d s l e a ds m e l t i n g ；o f f g a s ；a c i d m a k i n g ；p r o c e s sd e s i g n ；c a p a c i t ye x p a n s i o na n a l y s i s 广西某冶炼厂6 0k t ／a 铅冶炼项目采用富氧底 吹氧化鼓风炉还原工艺，其中氧气底吹炉产出烟 气S O 浓度及氧硫比高、气浓稳定，有利于烟气制 酸口] 。针对项目烟气特点和制酸要求，该厂烟气制 酸装置采用了动力波洗涤器一气体冷却塔一两级电 除雾器绝热蒸发净化、3 2 两转两吸的工艺流程， 投产以来该装置适应性强，指标良好。本文介绍了 现有制酸装置的运行情况。随着生产工艺的成熟完 善，氧气底吹炉炼铅生产能力可达到8 0k t ／a ，为了 满足铅冶炼配套要求，对该装置的扩产潜力进行了 分析。 收稿日期2 0 1 5 - 0 7 1 8 作者简介杜建嘉 19 7 0 一 ，男，广西玉林人，工程师 1装置设计特点及运行情况 1 ．1 铅冶炼及收尘系统 1 ．1 ．1 设计特点 铅冶炼采用我国自主开发的富氧底吹工艺，富 氧底吹炉 0 3 ．8mx 1 1 ．5m ，有效容积6 8m 3 设计 铅精矿处理能力 干基 1 5 ．3 8t ／h 。底吹炉烟气收 尘流程为底吹炉一余热锅炉一电收尘一风机一制 酸。电除尘器前不设离心除尘设备。 选用L D 5 l m 2 5 型电除尘器，流通截面积 5 1m 2 ，共有5 个电场。设计指标如下烟气处理量 万方数据 2 0 1 6 年第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 5 9 5 30 0 0m 3 ／h 标态，下同 ，进口含尘量≤1 8 0g ／m 3 ， 操作负压小于一1 ．0k P a ，除尘效率9 9 ．7 5 ％，出口 烟气含尘≤5 0 0m g ／m 3 、含砷≤o ．6 2g ／m 3 。 余热锅炉选用Q C F l 6 ／9 0 0 8 ．5 4 ．0 型流量 8 ．5t ／h ，压力4 ．oM P a ，蒸汽温度2 5 1 ．4 ℃。高温 风机参数Q 一6 00 0 0m 3 ／h 、P 一3k P a 、T 一3 5 0 ℃、 电机功率9 0k W 。 1 ．1 ．2 运行情况 铅底吹炉产出的冶炼烟气S O 浓度稳定达到 1 4 ．5 ％以上，典型成分 体积百分数，％ S O 。 1 4 ．7 6 、S 0 30 ．2 2 、C 0 27 ．3 1 、0 2 8 ．7 7 、N 25 6 ．2 2 、 H 2 01 2 ．7 2 。 电除尘器进E l 烟尘含量高达2 8 0g ／m 3 以上，出 口含尘量7 0 0m g ／m 3 以上，除尘效率未达到 9 9 ．7 5 ％设计指标的要求，电除尘器多次出现电场送 电故障，稳定性不足[ 2 j 。 电除尘器运行不稳定的原因1 锅炉和电除尘 器之间未设旋风除尘器，电除尘器进口含尘量偏高， 造成电晕封闭、电场畸变，影响电场送电[ 3 1 ；2 铅冶 炼烟尘比电阻高达1 0 1 1 ～1 0 1 2Q c m ，烟尘颗粒小， 部分粉尘粒度小于5 肛m ，粘附力强，很容易造成阴 极肥大，振打困难，影响电场送电[ 4 。6 3 ；3 设备选型上 较大幅度增加了电除尘器容积和积尘面积，致使烟 气流速降低，漏风率增加，影响电场送电和除尘效 率㈨J 。 鉴于铅冶炼烟尘的物理性质，无论是旋风除尘 还是电除尘，都很难达到良好的除尘效率和电除尘 器出口烟气含尘指标n 焉] 。作者认为，在电除尘器前 设一级旋风除尘器，可以降低电除尘器进口烟气含 尘量，避免大幅度增加电除尘器容积和除尘面积，可 降低投资并稳定装置的运行。 1 ．2 净化工序 1 ．2 ．1 设计特点 由于铅冶炼烟气电除尘器出口烟尘含量偏高， 对制酸造成不利影响，净化工序采用一级动力波一 气体冷却塔一两级电除雾器绝热蒸发稀酸冷却净化 工艺，该净化工艺在冶炼烟气制酸中得到广泛应用， 能保证烟气制酸净化指标[ 7 ‘9 ] 。动力波洗涤器采用 塔槽一体设计，设计洗涤除尘效率8 5 ％。净化工序 热量移出采用高效板式冷却器冷却稀酸，取代了传 统的间接冷却器。电除雾器采用恒流控制电源，操 作负压 9 9 ．9 ％。 净化新鲜水从冷却洗涤塔循环槽补入，动力波 洗涤液经斜板沉降器沉淀后，清液返回动力波洗涤 器循环洗涤，斜板沉降器底流经压滤机压滤，滤液返 回稀酸洗涤系统，压滤渣堆存外卖。为保证净化砷、 氟指标，定期排放部分稀酸到污水处理站，处理达标 后排放。净化主要设备及操作指标见表1 ～2 。 表1净化工序主要设备 T a b l e1 E q u i p m e n t so fp u r i f i c a t i o np r o c e s s 1 ．2 ．2 运行情况 由于铅冶炼和制酸装置开停车频繁，造成转化 系统阻力上涨，制酸抽风量减少。2 0 1 5 年3 月份， 电除雾器出口压力降低到一6 ．5 ～一6 ．8k P a ，生产 万方数据 6 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 6 年第1 期 负荷降低。但动力波洗涤器体现出处理含尘量高、 气量波动大冶炼烟气的优势，在电除尘器效率下降 和烟气量变化较大的工况下均达到设计指标要求。 板式稀酸冷却器通过冷却稀酸移出热量，对比 传统流程常用的石墨间冷器，设备运行稳定，不存在 升华硫和尘垢粘附导致烟气阻力上涨问题，干燥塔 进塔温度在工艺指标范围内。板式稀酸冷却器清 洗、安装在技术人员指导下由操作工完成。 两级导电玻璃钢电除雾器送电正常，电除雾器 出口酸雾 5m g ／m 3 。净化工段排出稀酸4 0 ～5 0 m 3 ／d ，由于缺乏检测手段，未能做到根据净化循环 稀酸和烟气砷、氟含量调节污酸排放量。 1 ．3 转化工序 1 ．3 ．1 设计特点 转化工序采用3 2 两次转化，“Ⅲ、I V 、Ⅳ、 Ⅱ”换热工艺流程。在转化器的一层、四层进口处分 别设置了升温电炉各一台，用于转化系统开车时的 升温预热。S O 。风机出口设S O 浓度分析仪，转化 器副线阀门采用电动碟阀，S O 浓度分析仪及副线 电动碟阀均为D C S 系统自控操作。S O 风机所有 保护、连锁装置的信号均人D C S 系统自控操作。 转化器装填国产 1 0 1 和S 1 0 8 柱状触媒，装填 量7 5m 3 ，装填定额4 1 6 ．7L ／ t d ，转化器设计标 态操作气速0 ．2 4m ／s 。转化换热器选用国内广泛 应用的空心环缩放管管壳式换热器，传热系数达到 3 0W ／ m 2 ℃ 以上，换热定额仅为传统换热器的 5 0 ％。由于换热面积减少，设备结构紧凑，I l la 和Ⅲ b 合并为Ⅲ换热器，Va 和Vb 合并为V 换热器，节 约了占地面积，配管设计得到简化[ 1 “1 1 ] 。设计总换 热面积22 5 7m 2 ，换热面积定额1 2 ．9m 2 ／ t d 。 触媒装填比例和转化率分配等设计参数见表3 ，主 要设备规格见表4 。 表3 转化设计参数 T a b l e3P a r a m e t e r so fc o n v e r s i o np r o c e s s 1 ．3 ．2 运行情况 1 气浓、操作温度及转化率 转化器一段进口烟气成分 体积百分数，％ S 0 29 ．9 8 、C 0 25 ．0 1 、0 21 4 ．4 9 、N 27 0 ．3 8 、H 2O 0 ．1 4 。2 0 1 5 年3 月监测的转化器入口烟气温度平 均值 ℃ 1 段4 1 0 、2 段4 6 5 、3 段4 4 5 、4 段4 3 0 、 5 段4 2 5 ；出口烟气温度平均值 ℃ 1 段5 9 2 、 2 段5 2 8 、3 段4 5 5 、4 段4 3 5 、5 段4 3 8 。 由于铅熔炼采用富氧底吹工艺，生产连续稳定， 烟气氧硫比和S O 浓度高，转化完全达到自热平衡。 为避免一段出口温度超标和尾气超标，从脱吸塔补 充空气稀释烟气S O 浓度。 触媒装填定额4 1 2L ／ t d 体现了项目注重环 保的设计理念。在进转化S O 。气浓达到9 ．9 8 ％的 条件下，进转化烟气氧硫比仍大于1 ．4 5 ，有利于达 到高转化率，系统转化率稳定在9 9 ．8 5 ％以上，尾气 万方数据 2 0 1 6 年第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 1 S O 浓度2 0 0m g ／m 3 以下，优于国家标准口] 。 2 绝热温差 根据生产数据，进转化S O 气浓9 ．9 8 ％的条件 下，转化总温差2 7 1 ℃。按保温系统温度损失3 0 ℃ 计算，系统在9 ．9 8 ％气浓条件下烟气绝热温升达到 3 0 1 ℃。根据作者冶炼烟气制酸经验，8 ％～1 0 ％气 浓条件下，冶炼烟气转化总温差比硫铁矿烟气制酸 高3 0 ℃左右。 3 系统阻力 在稳定生产阶段，转化系统阻力非常稳定，证明 净化指标良好。但投产至今仍多次打开一段人孔扒 松触媒。2 0 1 5 年初，在风量1 58 0 0m 3 ／h 、正常生产 负荷9 0 ％的条件下，进转化压力达到设计值2 2 ～2 4 k P a 。近年铅金属市场景气度差，铅冶炼生产开停 车频繁，是转化系统阻力上涨的主要原因。 4 转化换热器 运行过程中换热器阻力无明显上涨，正常生产 时，Ⅲ、V 换热器没有冷凝酸产生，各段转化温度在 指标范围内。 本装置采用的3 2 转化工艺和空心环缩放管 管壳式换热器投资适中、运行费用低，转化率高，在 国内硫酸装置中得到广泛应用[ 1 “n ] ，是立足国内的 成熟先进工艺流程和装备。 1 ．4 干吸工序 1 ．4 ．1 设计特点 采用泵后冷却流程，干燥、一吸、二吸均配置2 台循环泵，一开一备、联锁控制。循环酸冷却采用国 产3 1 6 L 不锈钢阳极保护管壳式酸冷器。分酸装置 采用L S B 材质管式酸分布器，单位面积分酸点数2 7 个／m 2 。于吸塔操作气速～o ．8m ／s ，喷淋密度2 2 ．5 m 3 ／ I T l 2 h 。干吸塔塔顶设抽屉式波浪形3 1 6 L 金属丝网除沫器，捕集酸沫，降低酸沫对下游硫酸风 机、换热器和触媒的影响。干吸塔烟气进口采用倒 U 型设计，以防止循环酸从塔底倒流进入转化换热 器。干燥、一吸、二吸均单独设置循环槽，干吸循环 泵出口设酸浓自动检测仪，纳入D C S 控制系统。主 要设备如表5 所示。 表5 干吸工序主要设备 T a b l e5 E q u i p m e n t so fd r y i n ga n da b s o r p t i o np r o c e s s 1 ．4 ．2 运行情况 干燥塔循环酸浓控制在9 3 ％～9 4 ％，进转化烟 气水分含量0 ．1g ／m 3 以下。一吸、二吸循环酸浓度 控制9 8 ．0 ％～9 8 ．5 ％，吸收率≥9 9 ．9 7 ％，由于进转 化S O 。气浓较高，干燥塔进塔烟气温度4 0 ℃仍能保 证干吸循环酸浓度。 本装置浓酸循环泵一开一备，干吸泵故障时 D C S 控制自动切换，最大限度避免了浓酸循环泵故 障导致的系统停车。酸温控制在工艺指标范围内， 阳极保护管壳酸冷器未出现瓷环堵塞或漏酸现象。 管式分酸器布酸均匀、气液相接触良好，干燥效果和 吸收率均达到指标要求。未出现干吸塔循环酸溢流 进入换热器现象。一吸、二吸单独设置循环槽，避免 了S O 随一吸循环酸串入二吸循环槽、进入尾气影 响转化率。 干吸工序的设计和设备选型立足国内、注重环 保，平面布置和工艺配置合理实用，对保证系统稳定 运行和保证转化率等各项工艺指标起重要作用。 1 ．5 尾气吸收 二吸塔后设尾气吸收塔，制酸系统开停车或设 备故障时，启动尾气吸收系统，保证尾气S O z 排放达 标。系统正常生产时可保证尾气S O z 达标排放。 1 ．6D C S 自动化控制 制酸系统设D C S 控制系统，采用集中和现场控 制两种方式，设置D C S 中心控制室和净化、干吸、转 化现场仪表控制室。D C S 系统主要对转化器各段 温度控制、副线阀门开度等重要工艺参数进行自动 控制，监测二氧化硫风机电流、温度、干吸循环酸浓， 控制干吸泵故障自动切换，二氧化硫风机越限报警、 自动停机等，降低了劳动强度，确保生产安全、环保。 万方数据 6 2 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 6 年第1 期 2 扩产潜力分橇 随着生产工艺的成熟完善，氧气底吹炉炼铅生 产能力可达到8 0k t ／a ，需要提高制酸能力，满足铅 冶炼配套要求。根据核算，除转化系统外，收尘及制 酸系统主要设备具备3 3 ．3 ％以上的扩产潜力，产酸 能力可达到8 0k t ／a 以上，满足氧气底吹炉铅冶炼 配套要求。原设计参数、扩产推荐参数嘲和数据分 析见表6 。 表6 主要设备扩产潜力分析 T a b l e6 C a p a c i t ye x p a n s i o np o t e n t i a la n a l y s i so fm a j o re q u i p m e n t s 制酸装置的主要瓶颈有一是转化系统阻力偏 高；二是受一段出口温度控制低于6 0 0 ℃限制，不能 通过提高气浓提高产量；三是换热面积不足。 扩产瓶颈可通过以下方案解决 1 引进进口环装或菊花状低温触媒，降低一段 进口温度，提高进转化器气浓，在相同气量条件下提 高转化系统生产能力∞] 。适当增加触媒装填量，部 分采用进口触媒条件下，建议触媒装填定额不低于 3 6 0L ／ t d 。环装或菊花状触媒可提高触媒容尘 和抗板结能力，稳定转化生产。 2 冶炼烟气制酸的烟气条件相对差，系统开停 车频繁，对S O 风机运行造成不利影响[ 3 ] ，并带来设 备腐蚀和触媒阻力上涨等问题。对中小型冶炼烟气 制酸企业，以罗茨风机为S O 风机，有利于稳定制酸 系统生产。 3 为保证高气浓条件下的转化率，并解决换热 面积偏小问题，可采用预转化技术对转化系统进行 改造‘8 ，1 2 。13 。。 3结语 投产以来，广西某冶炼厂6 0k t ／a 氧气底吹炉 铅冶炼烟气制酸装置产酸量达到1 6 0 ～1 9 0t ／d ，转 化率稳定达到9 9 ．8 5 ％以上，尾气S O 。浓度控制在 2 0 03 5 0m g ／m 3 ，酸雾排放浓度1 0 ～1 5m g ／m 3 ，指 标达到设计要求，运行稳定、性能可靠，生产工艺和 主要设备体现了国内先进水平，主要设备有适当余 量，给装置扩产改造、满足铅冶炼扩产配套要求打下 了良好基础。 参考文献 [ 1 3 张梁勤．优化艾萨炉冶炼铅烟气制酸流程提升硫酸生产 能力[ J ] ．云南冶金，2 0 0 9 ，3 8 增刊1 5 1 5 5 ． [ 2 ] 安剑刚．富氧底吹炼铅技术的工业实践I - J ] ．有色金属 冶炼部分 ．2 0 1 3 1 2 4 - 7 ． [ 3 ] 虞钰初，于永生．硫酸工艺设计手册[ M ] ．南京化工部 硫酸工业信息站，1 9 9 4 8 0 3 0 8 ． [ 4 ] 纪鹿鸣．电除尘设备对稀酸净化工序长周期稳定运行的 保证[ J ] ．硫酸工业，2 0 1 4 6 5 7 6 0 ． [ 5 ] 武乔章，林敏，纪鹿鸣．铜铅冶炼电除尘器进I Z l 烟气温度 的选择和出口含尘量指标的确定[ J 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