冶炼烟气制酸系统一吸塔烟气酸雾含量高的处理实践

仝瑞玺

（铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司，安徽铜陵244000）

铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司奥炉厂区（以下简称金冠奥炉）阴极铜产能达200 kt/a，冶炼系统采用奥炉熔炼-智能数控吹炼炉吹炼工艺，冶炼烟气制酸工艺采用“一级动力波洗涤器—填料洗涤塔—二级动力波洗涤器—两级电除雾器”稀酸洗涤净化、ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”二转二吸的常压接触法制酸工艺，w(H2SO4)100%硫酸产量达760 kt/a，于2018年5月投产。

制酸系统干吸工序一吸塔采用w(H2SO4)98.5%硫酸吸收SO3烟气后，需用纤维除雾器除去烟气中夹带的硫酸雾，使烟气在进行二次转化时硫酸雾达到标准，因为高浓度酸雾会腐蚀后面工序的烟气管道、热交换器，甚至降低催化剂活性及机械强度[1]。金冠奥炉根据一吸塔出口烟气管道焊缝渗酸及其他异常现象，判断出一吸塔出口烟气酸雾浓度偏高，采取系统的排查方法，逐个分析排除干扰因素，最终查明酸雾浓度偏高的原因，整改后问题得以彻底解决，系统恢复正常。

1 系统异常现象

2019年3 月，一吸塔出口烟气管道先后出现2次焊缝砂眼渗酸现象，管道材质为碳钢，主要输送SO2干烟气，正常情况下管道不会腐蚀，最初出现焊缝砂眼时金冠奥炉怀疑是因为烟气中酸雾浓度增加造成管道腐蚀。

通过一吸塔塔顶视镜观察，由于酸雾遮挡无法看到花板，于是在Ⅳ换热器壳程进口处用木棒测试酸雾，结果木棒发黑，Ⅳ换热器壳程有冷凝酸排出，每5 d排出冷凝酸约25 L。因此表明一吸塔出口烟气酸雾浓度高是造成出口烟气管道焊缝砂眼漏酸的主要原因。

2 烟气酸雾浓度增加的原因

为查明酸雾浓度高的原因，金冠奥炉除检修外，还进行了2轮系统性停产排查，一次是利用同年4月短期停产月修排查，另一次是利用6月年度停产大修排查。

2.1 第一次排查

金冠奥炉利用月修排查纤维除雾器纤维床、排酸管、花板及分酸槽等，月修投产后测试了纤维除雾器阻力、SO2风机出口烟气漏点、热管锅炉烟气进出口水分及观测视镜等。

2.1.1 纤维除雾器纤维床

纤维除雾器内侧原先靠近上部的碳化物消失，其原因是与被碳化物捕获的酸雾形成酸流冲刷带走。2018年9月，当时一吸塔花板上的积酸较少，一吸塔除雾器内部有碳化物。一吸塔纤维除雾器采用的是玻璃纤维，玻璃纤维在制造过程中会挂上浸润剂有机物，该有机物在一吸塔内被浓硫酸碳化。一吸塔除雾器内侧的碳化物仍然存在，表明一吸塔内酸雾量不大，因为如果一吸塔内酸雾量大的话，这些碳化物就会被冲刷带走。

ES型除雾器采用纤维带大角度缠绕而成，不易产生二次夹带，但含有酸沫的烟气在一吸塔烟气出口下沿有冲刷痕迹，说明纤维除雾器可能存在二次夹带，分析其原因可能是一吸塔内酸雾产量过大或纤维除雾器排酸不畅。

2.1.2 排酸管

进入一吸塔检查排酸管和密封杯，未发现排酸管脱落或密封杯腐蚀现象，拆下2支疑似问题纤维除雾器检查，发现密封杯内的酸泥较少，表明排酸畅通，且无烟气短路现象。

2.1.3 分酸器

一吸塔分酸器未发现分酸器喷酸或分酸槽漫酸。检查时发现捕集填料表面较为湿润，与以往打开干吸塔时捕集填料表面基本干燥不同，由此凭经验判断，一吸塔内酸沫夹带量可能增加，安排检修人员疏通分酸器全部落酸管。

2.1.4 一吸塔纤维除雾器

在抽样检查一吸塔纤维除雾器时，检查2支ES型疑似问题纤维除雾器，发现纤维床较为饱满，内层玻纤布腐蚀不明显，之前观察到的黑色漏洞实为碳化物。用水冲洗纤维除雾器，冒出大量红棕色烟雾，判断是NOx。若冶炼烟气含有一定量NOx，轻者容易导致除雾器排酸不畅，重者造成亚硝基硫酸（NOHSO4）结晶，如果在一吸塔除雾器纤维床上聚集，除雾器压降会上升，当吸收塔上塔酸温度提高到80 ℃时，80%的亚硝基硫酸可随除雾器捕集酸从纤维床中排出。

2.1.5 花板及纤维除雾器法兰

清理一吸塔纤维除雾器上端的花板酸泥，发现焊缝未腐蚀，拆开纤维除雾器上端的法兰垫片，发现垫片有轻微冲刷痕迹，但腐蚀程度不足以导致酸雾量大而引起管道腐蚀。

2.1.6 烟气量大导致气速过快

自2019年1月起，奥炉投料量逐步增加，最高时达135 t/h，制酸系统产量已达设计值，金冠奥炉怀疑是否存在冶炼烟气量过大导致气速过快、酸雾夹带严重、纤维除雾器除雾能力下降的问题，故将花板上原先预留的5支纤维除雾器安装孔安装上新纤维除雾器，加上更换原有的1支纤维除雾器，共安装6支纤维除雾器。

2.1.7 一吸塔分酸器捕集填料

通常，装填分酸器捕集填料时，捕集填料顶部距分酸槽底部留有一定距离，目的是降低捕集填料顶部气速，从而减少塔内雾沫夹带量。

排查时一吸塔内分酸器捕集填料堆放高度已超过分酸槽下沿，由于分酸槽占据塔截面积，导致捕集填料顶部气速上升，经测算，发现捕集填料装填过高造成捕集填料顶部空塔气速增加近40%。

2.1.8 SO2风机出口水分

日常生产测定，烟气中ρ(H2O)为 100～120 mg/m3，略高于控制指标100 mg/m3，但一直相对稳定，说明干燥塔干燥效果不是导致此次酸雾含量高的原因。

2.1.9 热管锅炉出口水分

采用干燥称量法测量热管锅炉进出口烟气水分。取样时，烟气因冷却形成冷凝酸，酸雾过滤棉、干燥剂管均出现严重碳化现象，烟气中ρ(H2O)高达40 g/m3，冷凝酸对结果干扰过大，无法测出真实值。考虑到热管锅炉运行正常，若烟气水含量较大，易出现冷凝酸腐蚀锅炉壳体现象，因而判断一吸塔进口烟气水分含量不高，不是形成酸雾的原因。

2.2 第一次排查结果分析及措施

电除雾器经整改，投产2周后，转化工序Ⅳ换热器冷凝酸量呈减少趋势，但又过了2周，冷凝酸量增加，一吸塔出口酸雾高的原因仍未彻底查清。金冠奥炉再次分析原因发现：

1）一吸塔出口酸雾高是导致管道腐蚀的主要原因。形成的冷凝酸导致后续换热器腐蚀，因此在Ⅳ换热器壳程定期排出冷凝酸，避免设备腐蚀。

2）烟气进入纤维除雾器前，所夹带的酸雾量已增大，形成酸雾主要发生在一吸塔瓷环填料段，金冠奥炉计划利用年度大修，降低捕集填料高度，缩短与分布槽底部间距，降低捕集填料段气速；在分酸器T型管增加分布孔，提高分酸效果。

3）确认是否存在漏点导致烟气短路。利用大修之际将密封杯全部拆下检查，清理花板酸泥后再次检查焊缝，将纤维除雾器上端法兰垫片紧固。

2.3 第二次排查

金冠奥炉利用2019年6月年度大修，采用烟饼试验、扒填瓷环、T型分酸管改造等多项措施，降低一吸塔出口酸雾含量。

2.3.1 烟饼试验

燃烧烟饼，在一吸塔内制造烟雾模拟生产工况，检查51支纤维除雾器是否存在烟气短路。经检查，发现有3支纤维除雾器存在短路现象。

将3支纤维除雾器密封杯灌满酸，重新进行烟饼试验，3支纤维除雾器均未短路漏烟，可能密封杯存在故障。将短路的纤维除雾器吊装拆下，检查密封杯并试漏，密封杯及纤维床状况良好，无异常。初步判断是这3支密封杯酸液位过低，无法起到密封作用，导致烟气短路。

2.3.2 T型分酸管

优化改造一吸塔分酸槽T型分酸管，增开分布孔，减缓分酸管流速，进一步保证分酸槽液位平稳。整改后分酸槽液面更平稳、落酸更均匀，避免因分酸不均引起喷淋覆盖率减小，从而增加酸雾产生量。

2.3.3 一吸塔瓷环扒填

将一吸塔耐酸瓷环装填高度降低至分酸槽底部以下，并在分酸槽正下方用小瓷环填满，降低分酸槽处的烟气流速，减少烟气酸雾夹带量。

2.4 第二次排查结果分析

大修结束投产，通过一吸塔顶视镜观察纤维除雾器花板，发现花板清晰，无明显酸雾，另外转化Ⅳ换热器壳程排冷凝酸，几乎无冷凝酸排出，说明一吸塔出口烟气酸雾问题得以解决。

1）纤维除雾器密封杯液位低，无法密封管口，烟气不经纤维床就可直接通过密封杯管口，无法起到除雾作用，将密封杯重新灌满后漏烟问题得以解决，说明密封杯酸液位低是导致一吸塔出口烟气酸雾含量高的主要原因。

2）耐酸瓷环装填高度在分液槽底部以上，烟气只能在分酸槽之间孔隙通过，气速过大，酸雾夹带量也随之增加，纤维除雾器除雾效率变化不大时，通过纤维床的酸雾量也随之增加，这是一吸塔出口酸雾高的次要原因。

3）通过一吸塔顶视镜观察花板以及观察Ⅳ换热器壳程排出冷凝酸2种方法，可直观判断出一吸塔出口烟气酸雾。在生产过程中，应持续、定期落实。

4）停产状态下，烟饼试验可直观地判断纤维床或密封杯是否短路。此外利用检修完成还未投产之际，确保密封杯灌酸足量，仅仅封住管口是不够的，因为一旦通烟气就会吹开，起不到密封作用，就会发生烟气短路。

3 结语

一吸塔出口酸雾高对后续设备危害较大、容易造成腐蚀，酸温度、酸浓度、浓硫酸循环量、烟气流速、烟气短路和纤维除雾器除雾效率是较为确定的原因，但有时原因并不单一，而是由多种因素共同导致，需逐一排查，缩小范围。吸收塔内呈浓酸环境，给检修排查工作带来较大困难，严重时甚至停产。排查工作首先要有耐心，此外要果断决策，务必查实每个因素。