DOC《331 kt/a冶炼烟气制酸装置的设计和运行实践》

331 kt/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 133300) 摘要:介绍了某公司331 kt/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2015年9月投产,2016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99.85%以上,系统产能达520 kt/a以上,制酸尾气SO2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:X701 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2017)11-0000-00 Design and Operation of Acid Production Device for

331 kt/a Smelting Flue Gas LIU Chang-dong, LU Zong-sheng, ZHANG Jian (Jilin Zijin Copper Co. Ltd., Hunchun 133300, Jilin, China) Abstract:Design and operation of sulfuric acid production device for

331 kt/a smelting flue gas were introduced. Purification process applies two-stage power wave purification and two-stage electric fog. Conversion process applies 3+2 conventional conversion process and imported catalyst. Tail gas treatment applies large-scale dry active coke desulfurization. The sulfuric acid production device was put into operation in september 2015. Since 2016, the total conversion rate has been maintained at 99.85% above with system capacity of

520 kt/a above by adjusting part of equipment and conversion catalyst against growing of side-blown smelting furnace. SO2 concentration is controlled within reasonable range for activated coke desulfurization device, to ensure normal smelting production. Keywords:smelting flue gas;

acid generator;

technical transformation;

practice 某公司

1 150 t/d多金属复杂金精矿综合回收项目 于2015年建成投产,冶炼配置为侧吹炉熔炼+PS转炉吹炼,配套331 kt/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2015年9月中旬投入试生产,并逐步实现了冶炼与制酸之间的烟气平衡.2016年以来,熔炼系统侧吹熔炼炉的投料量增加到70~80 t/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50%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.

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孔喷嘴,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50%~100%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[1-2]. 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]. 收稿日期:2017-06-27 基金项目:福建省中科院STS计划配套项目(2016T3033) 作者简介:刘长东(1971-),男,内蒙古赤峰人,助理工程师. 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SO2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93%酸. 1.3 转化工序 转化工序为Ⅲ3+2 常规转化流程,采用进口催化剂,设计转化进口SO2浓度11%.转化气-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99.85%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[4-5]. 采用 3+2 常规转化流程还可以适应较高浓度的SO2转化,可以通过在转化一层上部装填含铯催化剂,把转化一层进口温度降低到390 ℃左右,从而把转化一层底部温度控制在635 ℃以内,上述常规转化流程可处理的最高SO2浓度近14%. 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SO2浓度较高,转化一层底部温度很容易突破600 ℃,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600 ℃以上,从而导致反应后移和Ⅰ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620 ℃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120 m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SO2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SO2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100%达标.

2 运行情况 上述冶炼烟气制酸装置于2015年9月投入试运行,并于2016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6

200 mm.干燥塔设计主填料压降为1 kPa,金属丝网捕沫器压降0.5 kPa.实际运行中最大压降达6.2 kPa,制酸装置SO2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,投产以后干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SO3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SO2进口温度上升,从而导致Ⅰ换SO3出口温度即二层进口温度上升. 4)在PS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PS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SO2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SO2含量仅为3%左右,总转化率大幅下降. 5)转化一层催化剂........