铜冶炼烟气制酸系统扩能改造

于明飞，初长青，唐甜甜，孙立民

（山东恒邦冶炼股份有限公司，山东烟台264109）

山东恒邦冶炼股份有限公司（以下简称恒邦股份）于2016年筹建1套氰化尾渣处理装置，并配套了1套450 kt/a的硫酸生产装置。项目于2018年投产运行，截至2020年5月，公司湿法冶金氰化尾渣已全部处理完毕。为了符合国家的产能及节能减排政策，提高公司经济效益，恒邦股份将现有装置进行了扩能改造，并将配套硫酸装置升级至500 kt/a，笔者对硫酸装置扩能改造情况进行总结。

1 改造前装置运行情况

制酸系统采用技术先进、经验成熟的绝热蒸发、稀酸冷却净化、二转二吸制酸工艺。净化工序选择绝热蒸发、稀酸冷却流程，利用稀酸板式换热器移走系统热量，具体流程为：一级高效洗涤器—气体冷却塔—二级高效洗涤器—一级导电玻璃钢电除雾器—二级导电玻璃钢电除雾器。转化工序设计采用了ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”两次转化换热工艺流程。干吸工序采用低位、高效、泵后冷却流程。循环酸系统按干吸塔—循环槽—循环泵—板式换热器—干吸塔进行循环。制酸尾气脱硫选择双氧水吸收脱硫工艺，吸收液返回干吸工序作为补水，减少清水用量，尾气直接经烟囱外排。

1.1 烟气量及组成

干燥塔入口烟气量及组成见表1。

1.2 存在的问题

该制酸系统自2018年10月投产至2020年5月扩能改造以来共发现以下问题：

表1 干燥塔入口烟气量及组成

1）氰化尾渣已处理完毕，原系统拟用来处理复杂金精矿和铜精矿，根据设计部门的核算，原有的熔炼烟气管路(φ1 620 mm)直径过小，烟气管路阻力过大，阻力达到了2 500 Pa左右，严重增加了转化风机负荷。

2）二级高效洗涤器作用发挥不理想，塔直径小，动力波洗涤器喷头投入使用后系统阻力降升高，阻力达到1 500 Pa左右，气速过快，烟气在塔内停留时间短，达不到降温除尘的效果。烟气中大量砷被带入电除雾器以及转化风机，砷在电除雾器内结垢，导致电除雾器除雾效果不好，砷进入转化风机，将风机叶轮包裹，造成风机运转不正常，电耗增多。

3）一吸塔和二吸塔原本使用的是陶瓷散堆填料，在运行过程中因烟气和循环酸冲击，散堆填料会产生大量碎屑，堵塞填料空隙，造成烟气流动阻力降较大，在系统运行一段时间后，阻力降继续缓慢升高，影响装置的生产能力。因该套制酸系统制酸烟气为熔炼炉烟气和脱杂炉烟气，受脱杂炉生产周期影响，烟气量及浓度不稳定，当脱杂炉进行筛炉操作时，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，转化风机只能被动增加负荷，装置能耗提高。

4）一吸塔循环酸泵循环量不足，当脱杂炉进行筛炉操作时，烟气二氧化硫浓度高，当φ(SO2)超过9.5%后，就会出现冒烟的情况，这时需通过开大补氧孔，降低二氧化硫浓度，但如此操作烟气量就会升高，为了保证系统足够的负压，只能提高转化风机的频率，导致系统的能耗增加。

5）日常停车检修时，针对转化催化剂进行取样化验，发现催化剂粉化严重，且因砷大量后移，催化剂砷中毒严重，一段催化剂结块严重，脱杂炉筛炉操作时，仅一段催化剂阻力降大约在5 kPa左右。

2 扩能改造简述

针对系统运行以来发现的问题，技术人员从更换熔炼烟气管路、更换二级高效洗涤塔、更换一吸塔和二吸塔填料、更换一吸塔循环泵、更换转化催化剂5个方面入手，对系统进行了扩能改造。

2.1 更换主烟气管路

根据提产后熔炼系统投矿量由85 t/h提升至95 t/h，S质量分数25%计算，主烟气管路加粗至φ2 020 mm，并且在熔炼电收尘器出口增加沉降室，减轻电收尘器出口管路积灰问题，对降低系统阻力起到了较好的作用，扩能改造投产以来，原电除尘器出口到动力波洗涤器阻力降在同等负荷下在2 500 Pa，改造后降低到700 Pa左右，阻力降下降1 800 Pa左右，改造前熔炼分支烟气调节阀是全开状态，扩能扩能改造后需通过阀门来调整平衡熔炼炉与脱杂炉的负压。

2.2 更换二级高效洗涤塔

将原二级高效洗涤器拆除，更换为填料塔，并且对主风机前纤维除雾器滤芯进行更换，减轻了电雾除器的负荷。从电除雾器积砷情况和风机出口检测砷含量来看，风机出口ρ(As)一般在1.2～1.5 mg/m3。

2.3 更换一吸塔和二吸塔填料

根据考察，陶瓷波纹板规整填料具有比表面积大、压降低的特点，当介质流经填料时，能垂直地从上到下进行流动，不会改变烟气的流动方向，烟气阻力小，且烟气分布更均匀，吸收效果较好，另外填料在塔内呈有序堆积，填料不易破损，不会堵塞填料空隙，填料孔隙率大，提高了烟气流动速率，降低阻力降。

在选用了150Y和250Y陶瓷波纹板规整填料后，从运行效果来看，当脱杂炉进行筛炉操作时，一吸塔阻力降降低约2 500 Pa、二吸塔阻力降降低约1 500 Pa；转化风机负荷由扩能改造前95%降低至84%，统计95 t/h投矿量下的系统电费消耗由原 250 000 kWh/d 降到 220 000 kWh/d 左右，降低30 000 kWh/d，可降低电费 590 万元 /a左右。

2.4 更换一吸塔循环泵

原一吸塔循环泵为1 200 m3/h，扩能改造将循环泵更换为1 500 m3/h，从5个月的运行状况来看，更换后φ(SO2)可以提升至11%，没有冒烟的现象，效果比较显著。

2.5 更换转化催化剂

原转化器一段上部的异型梅花铯催化剂全部更换为新催化剂，一段下部以及二段和三段催化剂进行筛分和部分旧催化剂淘汰后，补充了接近40%的新S101异型梅花催化剂，四段上部S108异型梅花催化剂更换一部分为异型梅花铯催化剂，下部筛分后补充一部分S108异型梅花催化剂。同时各段在更换及筛分后另外各增添10%，使催化剂的总装填量满足500 kt/a硫酸生产装置的要求。

催化剂装填方案见表2。

表2 500 kt/a硫酸生产装置转化催化剂装填方案

3 改造后装置运行技术指标

扩能改造后装置运行技术指标见表3。

表3 扩能改造后装置运行技术指标

4 系统存在的问题及下步计划

4.1 存在问题

1）系统自扩能改造投产后，转化率一直维持在99.5%～99.7%，未能达到预期效果，双氧水消耗量没有得到有效减少。经检查发现：因催化剂表面烟气量波动，转化器二段和三段进口位置的催化剂被吹至远端，转化器内催化剂呈波浪状分布，导致烟气分布不均，有“短路”的现象。

2）干燥塔填料仍为散堆填料，受烟气中氟的影响，干燥塔阻力降仍然较大。

3）系统改造完成投产运行一段时间后发现，一级动力波洗涤器喷头压力由刚投产时的100 kPa左右降至50～60 kPa，经过分析发现是因为熔炼炉投矿砷含量提高，大量砷在净化工序被去除，导致一级动力波洗涤器内污酸中砷含量较高，固含量提高，稀酸密度增大，导致一级动力波循环泵扬程损失较大，当污酸经过板式换热器降温后到达动力波洗涤器喷头时压力不足。

4.2 下步计划

1）针对催化剂问题，利用日常检修时间，将转化器二段和三段催化剂摊平，并在催化剂层上方增加316L钢丝网，然后钢丝网上方铺设60 mm瓷球，压住催化剂层。

2）重点做好一级动力波洗涤器喷头的压力控制工作，增加净化压滤机处理量和排污次数，及时将砷排出系统，同时备料车间注意配矿时原料的砷含量，在收砷系统未投产时及时调整原料，保证系统稳定运行。

3）对风机出口每天进行砷、氟的检测，出现指标异常及时查找原因。

4）做好电除雾器的运行维护，每班进行冲刷，保证电除雾器送电正常。

5）对风机前纤维除雾器每月进行滤芯部分更换，保证除尘效率。

6）硅酸钠根据稀酸氟的化验数据以及风机出口的氟含量进行添加，降低氟对催化剂和干吸塔填料的影响，为下一步更换干燥塔填料做好准备工作。

5 结语

恒邦股份通过更换熔炼烟气管路、更换二级高效洗涤塔、更换一吸塔和二吸塔填料、更换一吸塔循环泵、更换转化催化剂5个方面成功将450 kt/a硫酸装置升级为500 kt/a，经过5个月的运行证明：此次扩能改造是成功的，不仅系统得到了有效的提产，而且硫酸生产成本由原来的84元/t降低至75元/t。在生产过程中仍然需要技术人员和生产人员不断发现问题，摸索最佳工艺路线和工艺参数，进而发挥装置的最大生产能力，为公司不断创造效益。