冶炼烟气制酸净化系统生产指标优化调控研究.pdf

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 5 年第9 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 5 ．0 9 ．0 1 8 冶炼烟气制酸净化系统生产指标优化调控研究 艾新桥，杨德鑫，赵阳，杨晶丽 广西金川有色金属有限公司，广西防城港5 3 8 0 0 2 摘要通过改进动力波喷淋逆喷管压力，循环洗涤液流量、电除雾器电压、固氟剂的加入方式等措施，得 出了1 6 0 万t ／a 冶炼烟气制酸净化系统最佳调控参数，烟气净化后，酸雾≤3m g ／m 3 、F ≤0 ．2 5m g ／m 3 、 A s ≤0 ．6m g ／m 3 。 关键词铜冶炼；烟气制酸；净化；优化调控 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 5 0 9 0 0 6 4 0 3 I n d e xO p t i m i z a t i o na n dR e g u l a t i o no nP u r i f i c a t i o nS y s t e mo f O f f - g a sA c i d m a k i n g A IX i n q i a o ，Y A N GD e x i n g ，Z H A 0Y a n g ，Y A N GJ i n g l i G u a n g x iJ i n c h u a nN o n f e r r o u sM e t a l sC o ．，L t d ，F a n g c h e n g g a n g5 3 8 0 0 2 ，G u a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t T h eo p t i m i z a t i o na n dr e g u l a t i o np a r a m e t e r so fp u r i f i c a t i o ns y s t e mo fo f f g a sa c i d m a k i n gw i t h c a p a c i t yo f16 0 0k t ／aw e r eo b t a i n e db yi m p r o v e m e n t so np r e s s u r eo fd y n a m i cw a v es p r a yi n v e r s en o z z l e ， f l o wr a t eo fc i r c u l a t i o nw a s h i n gs o l u t i o n ，v o l t a g eo fe l e c t r i cm i s tp r e c i p i t a t o r ，a n df e e d i n gm o d eo ff l u o r i n e r e t e n t i o na g e n t ．T h ei n d e x e sa f t e rp u r i f i c a t i o ni n c l u d ea c i dm i s t ≤3m g ／m 3 ，F ≤0 ．2 5m g ／m 3 ，a n dA s ≤0 ．6 m g ／m 3 ． K e yw o r d s c o p p e rs m e l t i n g ；o f f g a sa c i d m a k i n g ；p u r i f i c a t i o n ；o p t i m i z a t i o na n dr e g u l a t i o n 冶炼烟气中含有许多杂质，特别是一些挥发性 物质和重金属r 1 ] ，利用有色金属烟气制酸，需要对烟 气进行净化，将这些杂质除去。首先要提高电除尘 器的效率，减少随气体进入净化工序的杂质数量，烟 气在洗涤装置中进行充分有效的净化，同时应特别 提高除雾效率，使挥发性金属亚微粒子等杂质与酸 雾一道从气体中去除。通常，从制酸系统原料气中 杂质的危害角度来看，炉气净化程度越高，也就是说 炉气净化后杂质的含量越低越好，提高净化指数，会 带来诸多好处，如设备使用寿命增长、工艺管道堵塞 现象减轻、触媒活性下降程度减轻、钒的损失减小、 各设备与管道阻力的上升速度减慢等。广西金川有 色金属有限公司1 6 0 万t ／a 硫酸项目烟气净化系统 收稿日期2 0 1 5 - 0 4 0 9 作者简介艾新桥 1 9 8 4 一 ，男，湖南邵阳人，硕士，工程师 主要采取动力波洗涤器 高效电除雾器手段进行调 控，在洗涤过程中加入除氟剂进行除氟，本文对系统 运行过程中指标的优化与调控进行阐述。 1 烟气净化原理 1 ．1动力波洗涤器工作原理及特点 气体自上而下高速进入动力波洗涤管，洗涤液 通过特殊结构的喷嘴自底部向上逆向喷人气流，二 者发生逆流碰撞，当达到平衡状态时，形成一个高度 湍动的泡沫区，气液两相接触表面积很大，而且这些 接触表面不断地得到迅速更新，达到高效洗涤净化 效果，除尘效果一般能达到8 5 ％以上，除砷效果 7 0 ％以上。动力波洗涤器具有捕尘率高、允许烟气 万方数据 2 0 1 5 年第9 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 量波动范围大、污酸排放量小、电除雾器负荷小、捕 集效率高、操作简单等特点心1 。逆喷管良好的喷淋 效果、循环烯酸液的更新、循环烯酸流量的持续稳定 是保证洗涤效果的根本，广西金川有色金属有限公 司1 6 0 万t ／a 项目的动力波洗涤流程见图1 。 一级动力波泵气体冷却塔泵二级动力波泵 图1动力波净化洗涤工艺流程 F i g ．1 P r o c e s so fd y n a m i cw a v ew a s h i n g 1 ．2 悬浮颗粒及酸雾的去除 在某温度下硫酸蒸气的过饱和度达到并超过了 临界值后就会产生酸雾。烟气中悬浮的颗粒 例如 炉气中的灰尘 成为雾凝结的核心，从而大大降低临 界过饱和度。通常，未被洗涤系统净化下来的细小 固体颗粒物基本溶于酸雾中，所以细小颗粒物的净 化去除在实际调控过程中落到除酸雾操作上，因此， 酸雾的去除，是炉气湿法净化的一大特点。 利用电除雾器进行酸雾的深度清除是硫酸生产 上的主要除雾手段，工艺过程控制上，可以根据烟气 量、气体速度来调节电压，从而较好达到较好的除雾 效果。 有色冶炼烟气制酸系统中烟气净化制酸工艺流 程可分为三部分净化、干吸和转化，净化工序除去 残余的砷、尘和酸雾等杂质，使烟气质量达到制酸工 艺要求，同时也产生了高重金属的污酸[ 3 ] 。烟气净 化工序虽然操控看似简单，但却是关键工序，现在越 来越多的人认识到前端烟气净化的重要性，广西金 J I I 有色金属有限公司1 6 0 万t ／a 硫酸制酸系统炉气 净化工序的控制指标相当严格，大大超过国家标准， 具体指标如下二级电除雾酸雾0 ．0 0 3g ／m 3 ；二氧 化硫风机出口水分0 ．1 0 0g ／m 3 ；二级电除雾出口 氟、砷、尘含量分别为0 ．2 5m g ／m 3 、0 ．6 0m g ／m 3 、 0 ．0 0 1g ／m 3 。 2 指标优化调控 2 ．1 烟气含尘、含砷的优化调整 根据广西金川有色金属有限公司1 6 0 万t ／a 制 酸项目试生产实践，烟气净化效果波动较大，根据杂 质成分、运行设备设施以及工艺的具体情况，我们认 为主要原因是洗涤动力波效果不足、喷淋流量波动 大、固氟剂加入方式及量、电除雾器高压电压不稳 等，在进行优化调控过程中，主要是针对以上几个方 面开展。 通过改变动力波喷淋逆喷管压力，得到不同压 力下的烟气含砷、含尘情况。当动力波逆喷管压力 分别为1 1 0 、1 3 0 、1 5 0k P a 时，烟气含砷分别为 0 ．9 2 、0 ．4 2 、0 ．6 7m g ／m 3 ；烟气含尘分别为1 ．5 5 、 0 ．1 3 、1 ．2 9m g ／m 3 。 可以看出，改变逆喷管压力，实际是调节了逆喷 管的喷淋效果，实践表明，动力波逆喷管压力在1 3 0 k P a 时，含尘、含砷达到最低，说明此状况下，除尘、 除砷效果最佳，砷反应成三氧化二砷被稀酸带走。 调整净化洗涤循环液上塔流量、烟气含尘和含 砷的情况。当洗涤液流量分别为13 0 0 、15 0 0 、 17 0 0m 3 ／h 标态，下同 时，烟气含砷分别为1 ．1 5 、 0 ．5 0 、0 ．6 1m g ／m 3 ；烟气含尘分别为1 ．5 5 、0 ．7 6 、 0 ．6 8m g ／m 3 。 可见，循环洗涤液的流量大小对烟气中含尘及 含砷有较大影响，流量较低时 13 0 0m 3 ／h ，烟气中 含尘、砷明显升高，但当到达一定值 15 0 0m 3 ／h 后，再增加流量，对除尘、除砷并不会有明显的利好 作用，同时还增加的电耗。 2 ．2 烟气含氟的优化调整 广西金川公司1 6 0 万t ／a 硫酸项目的净化工 序，洗涤系统设置2 座到动力波的洗涤塔，根据接触 烟气先后顺序，本文分别定为18 塔，28 塔。烟气中 的氟被洗涤液吸收转移到液相，目前制酸系统行之 有效的除氟方法主要是通过加入除氟剂硅酸钠，与 烟气中的氟反应生成N a S i F 。络合物[ 4 ] 。生成的络 合物在稀酸中溶解较少，通过外排污酸的形式形成 开路移走，以二级电除雾出口烟气含氟为目标，主要 开展了除氟剂硅酸钠的加入方式及加入量来进行优 化控制。 在除氟剂总量一定的情况下，方式1 表示1 8 塔、28 塔各加5 0 ％；方式2 表示18 塔加7 0 ％、28 塔 加3 0 ％；方式3 表示14 塔加3 0 ％、28 塔加7 0 ％。 试验结果表明，上述3 种加入方式时，二级电除雾出 口烟气氟含量分别为0 ．3 0 、0 ．4 0 、0 ．1 5m g ／m 3 。可 以看出，在加入相同数量除氟剂的前提下，通过调整 加入方式可以达到不同的除氟效果，其中方式3 的 除氟效果最好，这可能跟净化工序的洗涤特点有关， 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 5 年第9 期 根据设置的洗涤塔来看，2 8 塔的杂质含量，包括氟 离子，应该是最低，这样在相对较低浓度氟离子的洗 涤液中加入较多的除氟剂硅酸钠，能达到较好的整 体除氟率。 当除氟剂硅酸钠的加入量与氟含量的比分别为 1 6 、1 3 、1 2 时，烟气含氟分别为0 ．3 5 、 0 ．2 3 、0 ．2 2m g ／m 3 ，达到了排放标准。 2 ．3 酸雾指标的优化调整 净化电除雾器主要承担着酸雾颗粒及细微固体 颗粒物的去除功能，调节的方式主要是在保证正常 运行的前提下，调整电除雾器的电压大小来调控二 级电除雾出口酸雾含量。当电除雾器的电压分别为 5 0 、6 0 、7 0k V 时，二级电除雾出口酸雾含量分别为 5 ．0 5 、4 ．1 5 、2 ．1 3m g ／m 3 。可以看出，电压越高，二 级电除雾出口烟气含酸雾越低，除酸雾效果越好，但 在酸雾含量低于3m g ／m 3 的情况下，没有必要再通 过提高电压以追求酸雾的下降，因为在如此低浓度 的酸雾条件下，不会对后续工序造成任何不利损害， 反而增加了电耗。 3结果分析与讨论 净化工序是制酸系统的第一道工序，为了减少 对下游工序的影响，以便更好地组织生产，产出高品 质的硫酸产品。广西金川公司1 6 0 万t ／a 硫酸系统 炉气净化工序的控制指标相当严格，采用高效动力 波洗涤技术，设置三个塔，分别为一级洗涤器、气体 冷却塔、二级洗涤器，冶炼烟气依次流经上述三塔， 其中一级洗涤器设一段动力波洗涤，二级洗涤器设 两端动力波洗涤，气体冷却塔为填料塔，串酸采取从 后往前的方式。整个洗涤系统形成了两大特点一 是酸度依次递增，二是相关杂质含量从前往后依次 递减。烟气经过洗涤后，进人高效电除雾器，进一步 除去细小微尘及酸雾，氟及其化合物是一种危害较 大的物质，在制酸系统中也是公认的有害杂质，如果 控制不好其含量，氟及其化合物将被引入转化、干吸 工序，严重腐蚀相关设施设备，并有可能引起触媒中 毒。本文从除氟剂的加入方式及加入量着手，重点 研究其对除氟效果的影响，最终可以通过调整控制 将二级电除雾出口的氟含量降至极低状态，达到除 氟目的。根据我们生产实践的数据，随着除氟剂加 入量的增加，二级电除雾出口烟气中的氟含量逐渐 减少，但并不成线性关系，并且在烟气量及其氟含量 一定的情况下，硅酸钠的用量达到一定值后再继续 增加时，氟的指标含量下降的趋势并不明显，这就说 明，当二级电除雾出口的氟含量在规定的控制指标 以下时，继续追求烟气含氟量的降低显得没有必要， 反而会增加工艺控制的难度以及药剂成本。烟气含 尘及砷的控制主要是加强动力波洗涤系统的操控， 特别是一级洗涤器的动力波洗涤状况，将烟气中的 砷及尘较好地洗涤下来，再通过净化工序外排污酸 形成开路，进入废酸废水处理站。针对1 6 0 万t ／a 冶炼烟气制酸系统，需要注意的是，由于铜原料的含 砷波动较大，导致洗涤液中砷含量波动也较大，从增 加了因夹带而进入下游工序的砷超标的风险，因此， 必须及时排走洗涤液中大量的砷，但为了降低砷含 量而加大排酸量的同时，必须综合考虑酸度等其他 因素，采取电除雾器去除烟气中的酸雾是制酸系统 一种比较成熟的做法，只是需要根据酸雾指标调控 好电除雾器的电压即可。 4结论 根据广西金川公司1 6 0 万t ／a 冶炼烟气来源的 杂质波动状况，合理调整各项工艺指标，可以使冶炼 烟气得到高效净化，达到外排标准，并对整个制酸的 平稳运行起到积极作用。 参考文献 [ 1 ] M AY o n g - 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