DOC《910 kt/a冶炼烟气制酸系统挖潜改造及运行实践》

910 kt/a冶炼烟气制酸系统挖潜改造及运行实践 林锦富,丘逢杭,张衍训 (紫金铜业有限公司,福建上杭 364200) 摘要:介绍紫金铜业910 kt/a冶炼烟气制酸系统的挖潜改造主要内容和运行实践.

通过在转化工序应用预转化工艺、干吸工序补充生产发烟酸等,转化进气浓度由12%提升至15.89%,改造后系统运行平稳,平均转化率达99.9%以上,实践证明该制酸系统挖潜改造较为成功. 关键词:预转化;

烟气制酸;

发烟酸;

挖潜;

扩能 中图分类号:X701 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2017)11-0000-00 Transformation and Operation of Acid Production for

910 kt/a Smelting Flue Gas LIN Jing-Fu, QIU Feng-hang, ZHANG Yan-xun (Zijin Copper Co., Ltd., Shanghang 364200, Fujian, China) Abstract:Potential-tapping renovation and operation practice of sulfuric acid production for

910 kt/a smelting flue gas in Zijin Copper were introduced. Inlet concentration of conversion rises from 12% to 15.89% after applying pre-transformation in conversion process and supplement fuming acid in dry absorption process. System runs smoothly after transformation with average conversion rate of 99.9% above. Plant practice proves that potential-tapping renovation of acid making is comparatively successful. Key words:pre-conversion, acid making with flue gas;

fuming acid;

potential tapping;

capacity expansion 紫金铜业有限公司为进一步提升公司实力,在保留主工艺流程基础上,尽可能利用现有设备能力,将总产能提高到280 kt/a阴极铜规模,配套冶炼烟气制酸装置需由820 kt/a提升至910 kt/a(100%H2SO4),含100 kt/a(104.5%H2SO4).扩能改造自2015年1月组织实施,11月对接试生产,一次投料成功,运行一年以上,各项指标均达到甚至优于设计指标.

1 净化工序基础设计条件 年工作时间330 d,入口压力-50~50 Pa,入口烟气温度(280±20)℃,尘含量≤1 g/m3.表1为净化工序挖潜增效前后入口烟气参数. 表1 净化工序入口烟气参数 Table

1 Parameters of flue gas at inlet of purification process 类别 冶炼炉况 烟气量/(m3・h-1) 烟气成分/% SO3 SO2 N2 O2 CO2 H2O 挖潜增效前 FF 9.02*104 0.31 19.31 66.03 9.30 1.40 3.65 FF+CFS1 1.91*105 0.20 13.05 71.66 10.64 0.66 3.78 FF+CFS2 1.92*105 0.21 13.49 71.36 10.65 0.66 3.62 FF+CFB 1.92*105 0.21 13.25 71.87 10.86 0.66 3.16 挖潜增效后 FF 7.53*104 0.55 27.06 57.16 11.01 0.86 3.36 FF+CFS1 1.82*105 0.32 15.63 68.95 11.47 0.36 3.28 FF+CFS2 1.84*105 0.33 16.07 68.53 11.47 0.36 3.26 FF+CFB 1.86*105 0.32 15.89 68.75 11.71 0.35 2.98 注:CFB为转炉造,CFS1为转炉造渣一期,CFS2为转炉造渣二期,FF为闪速熔炼炉铜

2 挖潜增效工艺方案及改造内容

820 kt/a烟气制酸装置产能提升至910 kt/a,核心是通过挖潜改造提升现有设备能力,尽可能使技术和设备国产化,使生产装置达到国内同类工厂先进水平.根据挖潜改造前后烟气条件,进入硫酸系统的烟气量略有减少,但SO2浓度由13.25%提高至15.89%,进入硫酸系统的总SO2增加11%,经核算净化工序处理能力完全满足,不需要改造. 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:林锦富(1987-),男,福建龙岩人,助理工程师. 原系统转化采用ⅢⅠ-ⅣⅡ 3+1 二转二吸工艺,最高允许进气浓度不超过12%,若将挖潜增效后的烟气按此比例进行稀释,势必会增大进入转化器的总气量,经核算最大工况下SO2风机基本没有任何余量应对冶炼装置波动,同时转化系统部分换热设备也不能满足扩能需求,唯有采用高浓度SO2转化工艺方能解决上述问题[1-3].经全面考察和评估,结合原有硫酸系统的实际情况,紫金铜业决定采用部分稀释预转化工艺,图1为烟气制酸装置挖潜改造后工艺流程. 图1

910 kt/a烟气制酸装置工艺流程图 Fig.1 Flow chart of acid production for

910 kt/a smelting flue gas 2.1 净化工序 烟气净化工序采用动力波烟气洗涤净化技术,工艺流程为一级动力波洗涤器(设一段喷头)、气体冷却塔、二级动力波洗涤器(设二段喷头)、一级电除雾器、二级电除雾器.根据烟气条件核算,净化工序原有设备满足本次挖潜改造需求. 2.2 转化工序 转化工序是在原有 3+1 主转化的基础上采用了部分烟气预转化工艺.具体工艺过程如下,在Ⅲ冷热交换器壳程出口抽出约40%的烟气加入干燥后的空气,将SO2浓度调节至12%、氧硫比1.2进入预转化.控制预转化率约65%,预转化后的热烟气经过冷热交换器和余热锅炉回收热量后,再和其余60%的高浓度烟气混合后进入主转化器一层进行常规两转两吸双接触制酸流程. 工艺原理是经过预转化后的烟气中部分SO2转化为SO3,与主路高浓度烟气混合后SO2浓度可降低到常规转化的一层入口浓度,再加上有SO3的存在,使一层烟气出口温度稳定控制在630 ℃以内,不至于引起一段超温而影响触媒使用寿命[4].主要改造内容有: 1)进入转化系统的空气对水分要求较高,因此增加一套空气干燥系统,与原干吸系统干燥塔共用循环泵,干燥后的空气通过空气风机送至预转化系统.风量通过空气干燥塔入口调节阀和风机变频调速进行控制. 2)烟气进入预转化系统前需要先进行预热,达到反应温度后方能进行转化反应;

反应后出预转化器的高温烟气需进一步降低,以便参与后续反应.为维持转化系统的热平衡,必须增设冷热交换器和相应中温热回收余热锅炉. 3)对主转化器、换热器进行核算,最终确定原系统换热器满足挖潜改造需求,仅需将余热锅炉中压侧增设省煤器. 4)利用年度大修时间将触媒进行筛分,并根据筛分损耗和工艺核算相应补充. 5)开工炉及预热器的负荷已不能满足挖潜增效和转化系统的升温需求,为缩短升温时间,需要对开工炉系统的供油系统、烧嘴、燃烧风机及预热器、热风炉进行改造. 2.3 干吸工序 仍采用一级干燥、两级吸收、循环泵后冷却工艺与双接触转化工艺相对应.由于进入主转化的SO2增加,转化后SO3相应增加,经核算,干吸系统能满足扩能后的生产需求.为提高硫酸产品的竞争力,经市场调研,本次改造增设发烟酸生产系统.具体流程:经过一次转化后的含SO3烟气,在进入一吸塔前截流约15%的烟气进入发烟酸吸收塔下部,和自上而下喷淋的104.5%发烟酸充分接触,吸收烟气中的SO3形成发烟硫酸.根据经验发烟酸对SO3的吸收率较低,一般只有50%,所以从发烟酸吸收塔出来的烟气中仍含有一半SO3未被完全吸收,这部分烟气需要引回现有一吸塔,进一步吸收掉烟气中剩下的SO3.由于发烟酸进出口均引至一吸塔入口管道,通过在管道上设置阀门即可根据需求调节发烟酸产量,生产方式较为灵活[5-6].主要改造内容有: 1)在干吸工序现有空地增设发烟酸吸收塔、发烟酸循环酸槽,酸冷却器.为提升系统灵活性设置单独的发烟酸输送泵和成品酸冷却器. 2)根据发烟酸的产量设置烟酸贮罐、装酸地下槽、发烟酸装酸计量槽,并设计槽车装车点. 3)考虑系统的压降提升,原SO2风机压头不能满足改造后FF+FSF共同送风工况下的压降需求,因此在二吸塔出口增设大流量的接引风机. 2.4 废酸工序 挖潜增效前后硫酸系统的烟尘条件,进入废酸处理系统砷量增加,净化工序的外排废酸量增加,为此废酸处理系统需要增加一个硫化系列.主要改造内容有: 1)新增原液槽用于缓存净化工序产生的废酸. 2)新增一个硫化系列,经过工艺比选,首次采用赛恩斯与中南大学研发的气液强化硫化工艺代替传统硫化工艺.主要解决传统硫化工艺运行成本高、处理过程钠离子带入中水回用体系、硫化过程低空污染严重等问题. 3)新增一套硫化后污泥压滤装置,旨在应对废酸工序新增的砷滤饼产生量,解决国产压滤机检修频次高、水分高等问题.

3 运行情况 改造系统充分利用2015年中修时间进行对接,于2015年11月正式接受烟气,运行一年基本达到设计指标,部分运行指标优于设计值.改造后系统运行指标见表2. 表2

910 kt/a挖潜改造烟气制酸装置运行指标 Table

2 Operation index of acid production for

910 kt/a smelting flue gas 项目 设计指标 运行指标 风机出口水分 ≤0.1 g/m3 ........