淺析鉛冶煉煙氣制酸系統硫酸透明度提升

李辰寅，鄭 明，孔令友，趙 濤

（河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟源 459000）

某鉛鋅冶煉廠現有3條采用富氧底吹工藝的煉鉛生產線，生產w(H2SO4)98%硫酸236 kt/a。該廠處理各類含鉛物料510 kt/a左右，其中包括大量含有ZnO、Au、Ag、Cu、Sb、Bi等有價元素的高富含鉛礦。近年來該廠著力發展循環經濟，擴大再生鉛產業，目前可穩定回收鉛酸蓄電池中鉛膏150 kt/a[1-2]。另外，該廠鋅冶煉系統及鉛熔煉深加工系統返回到原料工序參與重新配料的各類中間物料每個月在5 000 t以上。2019年，隨著公司逐步開展效益化生產，各種低品位礦粉和渣類物料投用量同比提升約30%，直接影響了二氧化硫煙氣中的雜質含量并最終對硫酸透明度造成了影響。

煙氣制酸的工藝流程中，對硫酸透明度影響較大的因素主要是凈化工序，該工序將固態或液態懸浮顆粒從氣體中分離出來[3-4]，而氣體分離的基本原理是利用氣體自身的熱運動規律，采取液體吸收和固體吸附等方法，將雜質從被分離的氣體中分離出來[5]。

目前該廠采用的凈化工序工藝流程是經收塵后的煙氣首先經過動力波洗滌器，填料塔的稀酸洗滌降溫，然后氣體經兩級電除霧器進一步除塵、除霧，為下一工序提供合格的煙氣。鑒于此，該廠設計了提高硫酸透明度的改進方向。

1 降低制酸原料含硫煙氣中的雜質含量

該廠控制含硫煙氣中雜質含量的主要設備是電收塵器，但運行一段時間以后，電收塵器運行狀況變差，主要表現為陰極振打瓷轉軸頻繁斷裂，陰極振打無法正常工作，電場內積灰嚴重，最終致使電場內電暈電壓不斷下降，頻繁跳閘無法正常工作，電場收塵效率下降嚴重。收塵效率的降低又直接影響了含硫煙氣中雜質含量，加大了硫酸裝置煙氣凈化工序的負擔。因此，如何解決陰極振打瓷轉軸頻繁斷裂、趴灰的問題，是該廠首先要面對的一個難關。

通過查閱資料，對比分析，該廠對上述問題分析如下：

1）目前電收塵器陰極振打瓷轉軸直接處于收塵器箱體內部，瓷轉軸與煙氣直接接觸，未進行隔離，未配套熱風吹掃裝置，易凝露，易吸附灰塵，易發生污閃，易斷裂。

2）煙塵中一些小金屬熔點低，在高溫煙氣中融化后在無有效防護或隔離情況下極易黏附在瓷轉軸表面，依靠現有的振打力度及振打方式難以振落積灰，且含有金屬的煙灰導電性增強，灰塵的堆積使瓷轉軸絕緣降低，電場電壓降低，進而引起瓷轉軸爬電擊穿。

以此為著手點，該廠制定了如下設備改造措施：

1）購置熱風吹掃裝置，在電收塵器本體外部配置熱風管道并保溫。

2）將陰極振打軸加長，“95”[技術指標組成：w(Al2O3)95%]瓷轉軸引出電收塵器本體，對陰極絕緣箱中的側板進行開孔，用熱風向“95”瓷軸進行吹掃，杜絕爬灰以及后續的斷軸現象。

改造完成后，瓷轉軸斷裂更換頻率大幅降低，電收塵器運行更趨于穩定，收塵效率也得到了明顯提高，有效改善了二氧化硫煙氣中雜質含量較高的情況。

2 提升硫酸凈化工序的處理效率

2.1 改善凈化工序中板式換熱器堵塞情況

技術人員經過研究分析決定在板式換熱器酸路進口閥門后面增加三通，在三通底部安裝閥門。這樣在生產過程中，將酸路進口閥門關閉，打開三通底部排污閥，使稀酸水從板式換熱器的出口閥門進入，逆向沖洗板式換熱器，污水從排污閥處排至地溝內，形成反向沖洗板式換熱器，進而減少堵塞的現象。

改造完成后，技術人員進行了多次試驗性運行，試驗結果表明：該改造方案可以實現反沖洗的預期效果，且堵塞效果明顯降低，但受制于生產硬件限制，存在以下負面影響：

初步方案中，反沖洗板式換熱器的稀酸水全部外排，造成填料塔液位快速下降，即便補充一次水，也無法保證液位正常，導致反沖洗板式換熱器的時間無法保持穩定，運行一段時間后影響效果。

技術人員又結合生產現狀，提出了新的解決方案，重新規劃反沖洗污水線路，將反沖洗后的污水重新回流至填料塔內，保證其液位，進而實現延長沖洗時間，減少堵塞效率的效果。新的解決方案如下：

1）將原反沖洗管道的排水管增加三通與填料塔補水口相連，使反沖洗水可以直接排至地溝，也可以回流至循環槽內。

2）當反沖洗時，先開啟通向地溝的閥門，將雜物排至地溝后關閉閥門，之后反沖洗水通過補水管道流進填料循環槽內，保證液位穩定，避免因循環槽內液位快速下降無法長時間沖洗的弊端。

重新對設計方案進行改良后，之前存在的負面影響也有效得到了解決，沖洗時間可以根據工藝控制情況及時進行調整，有效保證了工業化條件下的運行效果。

2.2 減少接地線斷裂對電除霧系統的影響

接地線是電除霧系統的重要設備，該廠的原接地線材質為鉛合金，長時間使用后容易腐蝕斷裂，造成電除霧器短路停用。同時，凈化電除霧器接地線是由PVC焊條焊接固定在氣室板上，焊接部位容易開裂，電除霧器內部濕度較大，如果在開裂處焊接，帶來很大難度，內部需要接移動電源，人員無法靠近處理，直接導致電除霧系統帶病工作，影響其除霧效率，進而影響硫酸的透明度。

為減少電除霧器因接地線材質問題產生的斷裂現象，該廠通過市場調研，將接地線材質由鉛合金更換為鈦合金，有限延長了接地線的使用壽命，提高了電除霧系統的作業率。

為減少接地線的斷裂頻次，技術人員提出了新的固定連接方式，即從陽極管與氣室板的連接位置打孔，使用鉛線將接地線捆綁固定，提高其使用強度。

該連接方式有較避免了焊接連接方式容易在酸性條件下腐蝕斷裂的弊端，可有效延長電除霧系統正常作業時間。

連接方式革新后，技術人員繼續對問題進行挖掘，發現原有的布局方式為S形走向，如圖1所示，不僅線路總長增加且與酸、塵等接觸面積較大，不利于其正常使用壽命的保持。

圖1 “S”形電除霧器接地線布局

通過對內部線路進行清理，技術人員聯合廠家對整個接地線進行了重新布局，如圖2所示，直線布局的方式不僅減少了涉酸接觸面積，對后期的修理維護工作也很有利。

圖2 “直線”形電除霧器接地線布局

3 干吸設備內部酸泥清理

3.1 干燥循環槽清理

干燥循環槽的主要作用是通過w(H2SO4)93%硫酸吸收煙氣中水分，經過凈化后的煙氣中仍含有一部分雜質，在循環槽底部沉積。這部分雜質富集到一定程度后，在進行日常串酸作業時，含雜質較高的這部分酸在往一吸循環槽串酸操作時，直接影響一吸循環酸的質量。

為解決該問題，該廠結合自身實際情況，制定了定期清理干燥循環槽內部酸泥的操作規程，減少這部分雜質沉積后對一吸循環酸的影響。

3.2 循環塔內磁環清理

循環塔內磁環主要分布在干燥塔和吸收塔內部，所起到的作用主要有2個方面：一是保證塔內氣體分布均勻；二是延長煙氣和吸收酸的接觸時間。在正常生產中，循環槽內的部分雜質可能會附著在磁環表面，在系統停車檢修開啟循環泵時，伴隨酸液大量沖刷的過程，會將磁環內部分附著的雜質隨酸液帶入一吸循環槽中。目前，該廠采取的措施是按照項修的計劃安排，掏挖、清洗、回填磁環，減少雜質附著。

4 改造后效果

改造前后的硫酸透明度變化情況見表1。

從表1中可以明顯看出，在改造完成后的樣品取樣中，該廠硫酸透明度由之前的50 mm左右提升到目前的112 mm左右，有效提高了硫酸產品的透明度指標。

表1 改造前后硫酸透明度對比

5 結語

該廠通過一年多的實踐驗證，熔煉系統電收塵器作業率由之前的89%提升至目前的98%，除塵效率也有了大幅提升。與此同時，硫酸系統根據自身作業特點，充分發揮主觀能動性，實施了凈化板式換熱器反沖洗的優化改造，同時更換了電除霧器接地線的材質、固定方式、布局等提升電除霧系統整體的作業率和除塵效果。在此基礎上，該廠充分利用檢修、項修的時間，對干吸工序循環槽、循環塔內磁環進行了清理，有效減少了一吸酸中的雜質含量。通過上述措施，該廠硫酸透明度由之前的50 mm左右，提升至改造后的112 mm左右，達到行業先進水平，有效提高了該廠硫酸的質量口碑，在行業內亦具有積極的推廣價值。