煙氣制酸凈化工序酸泥處理系統優化改造及應用

劉永龍,鄭小娜,武逸云,王明得

(白銀有色集團股份有限公司,甘肅 白銀 730900)

0 引言

白銀有色集團股份有限公司銅業公司(簡稱白銀銅業)煙氣制酸系統中凈化工序,主要任務是對冶煉產生的煙氣進行除塵、除霧、降溫除熱,除去煙氣中對制酸有害的雜質。凈化指標與煙氣量、煙氣雜質含量、凈化工藝、設備選型等因素有關。因此,應綜合考慮上述因素,根據不同的煙氣條件選擇合適的凈化工藝與設備。

1 煙氣制酸凈化工藝流程及其設備簡介

目前,白銀銅業煙氣制酸凈化系統采用動力波泡沫洗滌煙氣凈化技術,該技術已在國內應用并國產化,其基本流程為:收塵系統中260 ℃左右的冶煉煙氣進入凈化工序,該煙氣首先在一級動力波洗滌器逆噴管中被絕熱冷卻和洗滌并除去雜質,隨后煙氣與洗滌液進入氣液分離槽進行氣液分離,氣體進入氣體冷卻塔冷卻,分離槽中的洗滌液大部分循環使用,少部分進入斜板沉降槽與圓錐沉降槽進行液固分離,上清液部分自流至一級動力波洗滌器,大部分由泵打入事故高位槽,事故高位槽再溢流回一級動力波洗滌器,小部分送至SO2脫吸塔,脫除SO2后自流至原液貯槽,再由廢酸泵送至廢酸處理工序。斜板沉降槽與圓錐沉降槽的底流定期由泵送至鉛壓濾機。冷卻塔出來的煙氣進入二級動力波洗滌器進一步洗滌,凈化工序補充水由此加入,洗滌的煙氣再進入一級和二級電除霧器,除去酸霧后送往干吸工序。從二級動力波洗滌器出來的煙氣中絕大部分煙塵、砷及氟等雜質已被清除,同時煙溫度降至40 ℃左右,再進入兩級管式電除霧去除酸霧,使煙氣中的酸霧含量降至5 mg/Nm3以下,煙氣中夾帶的少量砷、塵等雜質也進一步被清除,將凈化后的煙氣送往干吸工序。

凈化工序中的一級動力波洗滌器、氣體冷卻塔、二級動力波洗滌器均有單獨的稀酸循環系統。氣體冷卻塔的循環酸通過板式換熱器進行換熱,將熱量移出系統。稀酸采取由稀向濃、由后向前的串酸方式。根據廢酸中含砷、含氟、含塵量從一級動力波洗滌器中抽出一定量送至圓錐沉降槽、斜板沉降槽沉降。通過圓錐沉降槽、斜板沉降槽底流泵送至現有的鉛泥壓濾機固液分離,產生的副產品鉛濾餅可外售,其濾后液自流至原液貯槽,通過廢酸泵送至廢酸處理工序進一步處理,其工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 凈化工藝流程圖

2 現狀及存在的問題

2.1 系統阻力大

由于前段冶煉系統煙氣含塵量隨爐況的變化而變化,煙氣制酸凈化工序一級動力波洗滌器中抽出的廢酸量也隨之變化?，F白銀銅業加大銅產出量,故煙氣含塵量增加,易造成廢酸的密度增大,導致系統阻力快速上漲,增加了SO2風機電能消耗,影響系統的穩定運行。

2.2 設備及其管道積酸泥

由于煙氣含塵量增加,導致沉降槽廢酸處理量加大,同時后段廢水處理的處理量無法增大,故凈化設備及其管道易積酸泥,往往不易處理,造成設備設施的損壞,如管道法蘭處常漏酸;鉛泥壓濾機進料不暢,引起噴料;泵的啟停次數增多,造成機封使用周期短。時間越長,積物越多、越硬,需要每季度定期停機清理疏通,勞動強度大,耗時長,導致設備使用壽命減少。

2.3 廢酸排放指標不穩定

冶煉系統煙氣含塵量波動較大,經凈化工序處理后的廢酸排放量及其雜質含量、廢酸濃度不穩定,造成后續廢水處理工序的處理難度,影響排放指標。

3 改進措施

3.1 改造方案

冶煉系統煙氣含塵量變化大,煙氣制酸凈化工序一級動力波洗滌器中抽出的廢酸量也隨之變化,經過沉降槽沉降后的底流液體變化大,需頻繁開停泵,鉛泥壓濾機的進料量也不斷變化,最終導致濾后液的雜質含量超過指標。設備設施長期處于這種變化較大的工況下,不易控制工藝指標,且容易造成設備設施的損壞。因此,在凈化工序處理廢酸的過程中實現自動控制液體流量裝置尤為重要。

此次方案利用變頻恒壓供液原理進行改造,通過測得的管道壓力,經變頻器的內置PID 調節器運算后,調節輸出頻率,實現管道的恒壓供液。為防止管道流速產生較大變化,泵的啟停將聯動相應出口閥門。

經多次分析和現場試驗,在目前的現場條件下,利用原有設備進行改造。首先將圓錐沉降槽和斜板沉降槽的底流泵改為變頻泵并采用變頻控制,通過調節底流泵轉速從而調節其流量。其次在鉛泥壓濾機進料閥處增設壓力控制器,通過安裝于進料管道上的壓力變送器將管道壓力轉換成0～24 V 的電信號,控制進料閥及變頻泵的聯鎖控制。此外,防止自動控制系統出現故障時,配備了外圍輔助電路,可通過人工調節方式維持系統運行。其流程圖如圖2 所示。

圖2 改造流程圖

3.2 自動控制

在進料閥處增加一個壓力控制器,將其遠傳接點信號進PLC,經過整理后,通過PLC 統一發給變頻器變頻調速信號。PLC 通過PID 控制可判斷實際壓力值與設定值的偏差后,延時10s 后控制進料閥的開關,同時控制變頻器輸出相應設定的頻率,使得變頻泵達到所需頻率運轉,從而實現變頻恒壓供液的功能?？刂屏鞒虉D如圖3 所示。其中r(t)為壓力設定值,y(t)為壓力實際值,e(t)為壓力實際值與設定值的偏差,u(t)為PID 控制器的輸出函數,從而調節變頻器的輸出。

圖3 控制流程圖

3.3 改造實施

改造實施步驟主要包括:(1)圓錐沉降槽、斜板沉降槽底流泵改為變頻泵,并配備相應變頻器;(2)調節型電動閥更換;(3)現場以及PLC 控制柜內接線;(4)程序編制及調試等。

4 效果及效益

本文通過對煙氣制酸凈化工序存在問題的改造,取得了良好效果。(1)徹底解決了管道內物料阻力大、易積酸泥堵塞設備管道的問題,減少設備機械故障,保證了酸泥處理系統的穩定性;(2)減少了對鉛泥壓濾機的進料管道及隔膜的損壞,過濾后的鉛濾餅含水量低,完全達到工藝指標;(3)能根據進料壓力實現進料量的自動控制,進料量合理可控,過濾均勻,濾后液的雜質含量得到了改善,保證了設備設施的使用壽命;(4)通過優化改造,不僅提高了酸泥的產出量,同時也節約了凈化工序的補水量,減少了后續中和廢酸所需的石灰用量,大大節約了成本,提高了效益。