銅冶煉煙氣制酸系統擴能改造

于明飛，初長青，唐甜甜，孫立民

（山東恒邦冶煉股份有限公司，山東煙臺264109）

山東恒邦冶煉股份有限公司（以下簡稱恒邦股份）于2016年籌建1套氰化尾渣處理裝置，并配套了1套450 kt/a的硫酸生產裝置。項目于2018年投產運行，截至2020年5月，公司濕法冶金氰化尾渣已全部處理完畢。為了符合國家的產能及節能減排政策，提高公司經濟效益，恒邦股份將現有裝置進行了擴能改造，并將配套硫酸裝置升級至500 kt/a，筆者對硫酸裝置擴能改造情況進行總結。

1 改造前裝置運行情況

制酸系統采用技術先進、經驗成熟的絕熱蒸發、稀酸冷卻凈化、二轉二吸制酸工藝。凈化工序選擇絕熱蒸發、稀酸冷卻流程，利用稀酸板式換熱器移走系統熱量，具體流程為：一級高效洗滌器—氣體冷卻塔—二級高效洗滌器—一級導電玻璃鋼電除霧器—二級導電玻璃鋼電除霧器。轉化工序設計采用了ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”兩次轉化換熱工藝流程。干吸工序采用低位、高效、泵后冷卻流程。循環酸系統按干吸塔—循環槽—循環泵—板式換熱器—干吸塔進行循環。制酸尾氣脫硫選擇雙氧水吸收脫硫工藝，吸收液返回干吸工序作為補水，減少清水用量，尾氣直接經煙囪外排。

1.1 煙氣量及組成

干燥塔入口煙氣量及組成見表1。

1.2 存在的問題

該制酸系統自2018年10月投產至2020年5月擴能改造以來共發現以下問題：

表1 干燥塔入口煙氣量及組成

1）氰化尾渣已處理完畢，原系統擬用來處理復雜金精礦和銅精礦，根據設計部門的核算，原有的熔煉煙氣管路(φ1 620 mm)直徑過小，煙氣管路阻力過大，阻力達到了2 500 Pa左右，嚴重增加了轉化風機負荷。

2）二級高效洗滌器作用發揮不理想，塔直徑小，動力波洗滌器噴頭投入使用后系統阻力降升高，阻力達到1 500 Pa左右，氣速過快，煙氣在塔內停留時間短，達不到降溫除塵的效果。煙氣中大量砷被帶入電除霧器以及轉化風機，砷在電除霧器內結垢，導致電除霧器除霧效果不好，砷進入轉化風機，將風機葉輪包裹，造成風機運轉不正常，電耗增多。

3）一吸塔和二吸塔原本使用的是陶瓷散堆填料，在運行過程中因煙氣和循環酸沖擊，散堆填料會產生大量碎屑，堵塞填料空隙，造成煙氣流動阻力降較大，在系統運行一段時間后，阻力降繼續緩慢升高，影響裝置的生產能力。因該套制酸系統制酸煙氣為熔煉爐煙氣和脫雜爐煙氣，受脫雜爐生產周期影響，煙氣量及濃度不穩定，當脫雜爐進行篩爐操作時，一吸塔阻力降一般都在4 kPa 左右，二吸塔阻力降在2 500 Pa左右，轉化風機只能被動增加負荷，裝置能耗提高。

4）一吸塔循環酸泵循環量不足，當脫雜爐進行篩爐操作時，煙氣二氧化硫濃度高，當φ(SO2)超過9.5%后，就會出現冒煙的情況，這時需通過開大補氧孔，降低二氧化硫濃度，但如此操作煙氣量就會升高，為了保證系統足夠的負壓，只能提高轉化風機的頻率，導致系統的能耗增加。

5）日常停車檢修時，針對轉化催化劑進行取樣化驗，發現催化劑粉化嚴重，且因砷大量后移，催化劑砷中毒嚴重，一段催化劑結塊嚴重，脫雜爐篩爐操作時，僅一段催化劑阻力降大約在5 kPa左右。

2 擴能改造簡述

針對系統運行以來發現的問題，技術人員從更換熔煉煙氣管路、更換二級高效洗滌塔、更換一吸塔和二吸塔填料、更換一吸塔循環泵、更換轉化催化劑5個方面入手，對系統進行了擴能改造。

2.1 更換主煙氣管路

根據提產后熔煉系統投礦量由85 t/h提升至95 t/h，S質量分數25%計算，主煙氣管路加粗至φ2 020 mm，并且在熔煉電收塵器出口增加沉降室，減輕電收塵器出口管路積灰問題，對降低系統阻力起到了較好的作用，擴能改造投產以來，原電除塵器出口到動力波洗滌器阻力降在同等負荷下在2 500 Pa，改造后降低到700 Pa左右，阻力降下降1 800 Pa左右，改造前熔煉分支煙氣調節閥是全開狀態，擴能擴能改造后需通過閥門來調整平衡熔煉爐與脫雜爐的負壓。

2.2 更換二級高效洗滌塔

將原二級高效洗滌器拆除，更換為填料塔，并且對主風機前纖維除霧器濾芯進行更換，減輕了電霧除器的負荷。從電除霧器積砷情況和風機出口檢測砷含量來看，風機出口ρ(As)一般在1.2～1.5 mg/m3。

2.3 更換一吸塔和二吸塔填料

根據考察，陶瓷波紋板規整填料具有比表面積大、壓降低的特點，當介質流經填料時，能垂直地從上到下進行流動，不會改變煙氣的流動方向，煙氣阻力小，且煙氣分布更均勻，吸收效果較好，另外填料在塔內呈有序堆積，填料不易破損，不會堵塞填料空隙，填料孔隙率大，提高了煙氣流動速率，降低阻力降。

在選用了150Y和250Y陶瓷波紋板規整填料后，從運行效果來看，當脫雜爐進行篩爐操作時，一吸塔阻力降降低約2 500 Pa、二吸塔阻力降降低約1 500 Pa；轉化風機負荷由擴能改造前95%降低至84%，統計95 t/h投礦量下的系統電費消耗由原 250 000 kWh/d 降到 220 000 kWh/d 左右，降低30 000 kWh/d，可降低電費 590 萬元 /a左右。

2.4 更換一吸塔循環泵

原一吸塔循環泵為1 200 m3/h，擴能改造將循環泵更換為1 500 m3/h，從5個月的運行狀況來看，更換后φ(SO2)可以提升至11%，沒有冒煙的現象，效果比較顯著。

2.5 更換轉化催化劑

原轉化器一段上部的異型梅花銫催化劑全部更換為新催化劑，一段下部以及二段和三段催化劑進行篩分和部分舊催化劑淘汰后，補充了接近40%的新S101異型梅花催化劑，四段上部S108異型梅花催化劑更換一部分為異型梅花銫催化劑，下部篩分后補充一部分S108異型梅花催化劑。同時各段在更換及篩分后另外各增添10%，使催化劑的總裝填量滿足500 kt/a硫酸生產裝置的要求。

催化劑裝填方案見表2。

表2 500 kt/a硫酸生產裝置轉化催化劑裝填方案

3 改造后裝置運行技術指標

擴能改造后裝置運行技術指標見表3。

表3 擴能改造后裝置運行技術指標

4 系統存在的問題及下步計劃

4.1 存在問題

1）系統自擴能改造投產后，轉化率一直維持在99.5%～99.7%，未能達到預期效果，雙氧水消耗量沒有得到有效減少。經檢查發現：因催化劑表面煙氣量波動，轉化器二段和三段進口位置的催化劑被吹至遠端，轉化器內催化劑呈波浪狀分布，導致煙氣分布不均，有“短路”的現象。

2）干燥塔填料仍為散堆填料，受煙氣中氟的影響，干燥塔阻力降仍然較大。

3）系統改造完成投產運行一段時間后發現，一級動力波洗滌器噴頭壓力由剛投產時的100 kPa左右降至50～60 kPa，經過分析發現是因為熔煉爐投礦砷含量提高，大量砷在凈化工序被去除，導致一級動力波洗滌器內污酸中砷含量較高，固含量提高，稀酸密度增大，導致一級動力波循環泵揚程損失較大，當污酸經過板式換熱器降溫后到達動力波洗滌器噴頭時壓力不足。

4.2 下步計劃

1）針對催化劑問題，利用日常檢修時間，將轉化器二段和三段催化劑攤平，并在催化劑層上方增加316L鋼絲網，然后鋼絲網上方鋪設60 mm瓷球，壓住催化劑層。

2）重點做好一級動力波洗滌器噴頭的壓力控制工作，增加凈化壓濾機處理量和排污次數，及時將砷排出系統，同時備料車間注意配礦時原料的砷含量，在收砷系統未投產時及時調整原料，保證系統穩定運行。

3）對風機出口每天進行砷、氟的檢測，出現指標異常及時查找原因。

4）做好電除霧器的運行維護，每班進行沖刷，保證電除霧器送電正常。

5）對風機前纖維除霧器每月進行濾芯部分更換，保證除塵效率。

6）硅酸鈉根據稀酸氟的化驗數據以及風機出口的氟含量進行添加，降低氟對催化劑和干吸塔填料的影響，為下一步更換干燥塔填料做好準備工作。

5 結語

恒邦股份通過更換熔煉煙氣管路、更換二級高效洗滌塔、更換一吸塔和二吸塔填料、更換一吸塔循環泵、更換轉化催化劑5個方面成功將450 kt/a硫酸裝置升級為500 kt/a，經過5個月的運行證明：此次擴能改造是成功的，不僅系統得到了有效的提產，而且硫酸生產成本由原來的84元/t降低至75元/t。在生產過程中仍然需要技術人員和生產人員不斷發現問題，摸索最佳工藝路線和工藝參數，進而發揮裝置的最大生產能力，為公司不斷創造效益。