700 kt/a硫酸裝置循環水系統技術改造實踐

柴瑾瑜，劉 歡，遲棧洋

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌737100）

金川集團股份有限公司鎳冶煉廠鎳冶煉爐窯配套建有2套冶煉煙氣制酸裝置，硫酸生產能力分別為 700 kt/a 和 480 kt/a，其中 700 kt/a 硫酸裝置配套處理鎳富氧頂吹爐及其轉爐、沉降電爐的煙氣。近年來700 kt/a 硫酸裝置的冶煉煙氣來源發生了很大變化，2015年銅熔煉自熱爐煙氣引入700 kt/a硫酸裝置，2016和2017年鎳富氧頂吹爐系統進行干燥窯改造，提高了渣料配比，進入700 kt/a硫酸裝置的煙氣溫度、水分及氟、氯等雜質激增[1]。循環水系統運行效果差，導致硫酸裝置移熱能力難以滿足生產要求。

1 存在問題及現狀

鎳冶煉廠循環水系統現運行2臺5 500 m3/h循環水冷卻塔（涼水塔），擔負著700 kt/a硫酸裝置凈化工序和干吸工序循環水的冷卻降溫任務，自2008年投運至今已運行10余年。隨著冶煉系統原料和煙氣來源的變化，硫酸裝置熱負荷明顯增加，循環水降溫效果未達設計要求的上塔水溫38 ℃、下塔水溫28 ℃、溫降10 ℃等指標。循環水基礎水溫高，導致換熱設備移熱效果差，硫酸裝置凈化工序二級電除霧器出口煙氣溫度和干吸酸溫長期處于超高狀態。尤其是夏季高溫季節，凈化工序二級電除霧器出口的煙氣溫度最高可達46.5 ℃，帶入干吸工序的水分和熱量明顯增加，干燥酸w(H2SO4)頻繁低于控制下限92.5%。煙氣干燥效果變差，系統熱量高，設備設施腐蝕速率加快。循環水系統換熱效果變差，導致硫酸裝置凈化工序出口煙氣溫度過高、水分超標，干吸工序熱量不平衡，后續設備設施腐蝕，嚴重影響了硫酸裝置的穩定生產，對火法冶煉系統的安全穩定運行也帶來極大挑戰[2]。

2 原因分析

硫酸裝置循環水系統主要包括涼水塔、集水池、循環水泵和輸送管線。循環水通過泵、管道輸送至換熱設備，用作工藝介質的冷卻水，通過稀酸板式換熱器移除凈化稀酸的熱量，通過陽極保護冷卻器移除干吸濃硫酸的熱量。在換熱過程中，工藝介質溫度下降，循環水溫度上升，經涼水塔進行降溫后，實現循環使用。

700 kt/a硫酸裝置循環水系統采用逆流式機械通風涼水塔，是在軸流風機的驅動下，空氣從冷卻塔周圍依次通過進風口、淋水填料、配水系統、收水器進入風筒，最后又將空氣輸送到大氣中。風機高速旋轉形成負壓蒸發水分，氣液相變實現循環水降溫。

經技術人員分析，目前循環水系統存在的問題有：①塔體混凝土柱體及墻體腐蝕嚴重；②噴淋管銹蝕脫層嚴重，噴頭脫落；③爬梯、走廊等鋼結構件嚴重銹蝕；④風扇輪轂銹蝕，冷卻水量小、耗電量大、飄水率高、收水率低；⑤塔壁、塔頂等部位易結冰；⑥聚乙烯填料出現塑化變形，在水沖擊作用下撕裂，細小碎片隨著循環水流動至下游設備，造成板式換熱器、濃硫酸冷卻器等換熱設備堵塞；⑦涼水塔風扇晃動嚴重，輪轂重度銹蝕，嚴重影響了冷卻風扇的正常運行，降低了涼水塔的冷卻效率。

3 改造前循環水系統運行狀況

改造前循環水系統溫度數據見表1。

表1 改造前循環水系統溫度數據

由表1可見：循環水系統溫度普遍較高，循環水干管溫度最低也達到了32.4 ℃。

4 采取的改進措施

4.1 調整涼水塔內部結構

對涼水塔的內部結構進行如下調整：

1）采用容積散質系數較高的斜梯波型薄膜淋水填料代替原有TU-12C填料。斜梯波型薄膜淋水填料為改性PVC全自動真空吸塑成型，具有熱力性能高、阻力低等優點，大大提高了水流的通過性。斜梯波型薄膜淋水填料結構見圖1。

圖1 斜梯波型薄膜淋水填料結構

2）采用全新的逆流式涼水塔專用收水器代替原有MC-75型收水器。該收水器飄水率僅為循環水量的0.000 5%，同時該收水器特定的角度設計具有低阻力的優點，滿足了塔內空氣流場的流暢性，并且可利用原收水器支撐直接鋪設。逆流式涼水塔專用收水器結構見圖2。

圖2 逆流式涼水塔專用收水器結構

3）在不改變目前涼水塔大梁的結構下，制作Ω型托架，將托架均勻平鋪于大梁上，這樣就在相鄰2個Ω型托架中形成填料支撐，搭建出第二層填料層，增加了填料高度，提升涼水塔換熱效率。

4）調整風扇葉片角度可改變風速和出風量，氣流通過葉片做功被提升到動壓回收段。按照氣體流場均化理論設計動壓回收段對氣流進行導流擴散，可有效降低風筒氣流動壓損失，確保風扇的冷卻效果。

5）采用全新的倒立下垂式噴頭和邊墻式灑水噴頭。倒立下垂式噴頭噴出的水流形成拋物曲面狀，將水量向下均勻噴灑。邊墻式灑水噴頭可靠墻安裝，噴出的水呈半拋物狀，兩種噴頭的結合使用，確保了塔內噴灑均勻，同時也避免了對塔體的沖擊及腐蝕，延長了塔體使用壽命。

4.2 重新配置循環水過濾網

循環水池濾網孔徑為6 mm，孔徑偏小。循環水系統長時間的運轉造成Ca2+，Mg2+不斷富集，并且鈣鎂鹽結垢后堵塞過濾網，不斷擠壓濾網支撐梁，長期累積之后，循環水池過濾網支撐梁已經不堪重負，即將塌陷。鎳冶煉廠將循環水池積泥和結垢物清理干凈后，整體更換循環水池過濾網和支撐，將孔徑增大至8 mm，避免鈣鎂結垢繼續堵塞過濾網。

5 運行效果

經過里外密封修補后塔體四周各處漏點已不再滲漏。改造后涼水塔的上下塔溫差由原來的4 ℃升高到10 ℃，二級電除霧器出口煙氣溫度降至38 ℃。在沒有改變涼水塔塔體高度和大梁的情況下，采用Ω型托架將填料高度由原來的0.75 m增加到1.5 m。原來2臺斜流水泵并聯運行變為單臺運行，且運行時長由原來的4個月延長至10個月，可節約電費647.8萬元/a。

6 結語

隨著火法爐窯的能力提升，對硫酸裝置匹配化生產的要求也越來越高。鎳冶煉廠通過對循環水系統的改造，保證了硫酸裝置和火法冶煉系統的安全穩定運行。同時，硫酸裝置二級電除霧器出口煙氣溫度和水含量指標得到有效控制。技術改造后硫酸裝置熱負荷大大降低，困擾700 kt/a硫酸裝置的水平衡和熱平衡問題得到有效解決。