1 200 kt/a冶煉煙氣制酸系統(tǒng)設(shè)計與運行總結(jié)

朱興榮，張文岐

(河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南三門峽 472000)

生產(chǎn)實踐

1 200 kt/a冶煉煙氣制酸系統(tǒng)設(shè)計與運行總結(jié)

朱興榮，張文岐

(河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南三門峽 472000)

介紹了中原黃金1 200 kt/a冶煉煙氣制酸的工藝流程與主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)?？偨Y(jié)并分析了冶煉煙氣制酸裝置的運行情況。裝置采用孟莫克公司先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，高濃度預(yù)轉(zhuǎn)化+“3+2”二轉(zhuǎn)二吸與低溫位熱回收技術(shù)，提高了裝置的轉(zhuǎn)化率與熱回收率，主要設(shè)備采用行內(nèi)優(yōu)秀產(chǎn)品，確保了制酸生產(chǎn)的開車率、硫利用率、尾氣SO2達(dá)標(biāo)排放。

硫酸生產(chǎn) 冶煉煙氣 預(yù)轉(zhuǎn)化 低溫?zé)峄厥?離子液脫硫 設(shè)計 生產(chǎn)

河南中原黃金冶煉有限責(zé)任公司(以下簡稱中原黃金)1 200 kt/a冶煉煙氣制酸系統(tǒng)采用高濃度預(yù)轉(zhuǎn)化+“3+2”二轉(zhuǎn)二吸工藝，利用省煤器、廢熱鍋爐、蒸汽過熱器回收熱能，同時利用低溫位熱回收系統(tǒng)(HRS系統(tǒng))回收SO3一次吸收過程中產(chǎn)生的低溫位熱能，尾氣采用有機胺離子液法SO2吸收技術(shù)，處理后排放的尾氣SO2濃度遠(yuǎn)低于國家與地方排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1 工藝流程

中原黃金1 200 kt/a制酸系統(tǒng)為單系列裝置，采用底吹爐熔煉與閃速爐吹煉產(chǎn)生的煙氣為原料，煙氣經(jīng)過凈化、w(H2SO4)96%硫酸干燥、高濃度預(yù)轉(zhuǎn)化+“3+2”轉(zhuǎn)化、HRS吸收、離子液脫硫處理生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品。制酸系統(tǒng)引進(jìn)美國孟莫克公司高濃度預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與HRS系統(tǒng)。離子液脫硫工藝采用國內(nèi)先進(jìn)的專利技術(shù)。1 200 kt/a冶煉煙氣制酸系統(tǒng)工藝流程見圖1。

1.1 凈化工序

對來自熔煉爐與吹煉爐產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行濕法洗滌凈化，采用絕熱蒸發(fā)工藝將煙氣中的煙塵與有害物質(zhì)進(jìn)行洗滌，減少煙氣中的粉塵、砷、氟含量，保障后續(xù)工藝穩(wěn)定運行。進(jìn)入凈化工序的煙氣量共約2×105m3/h，φ(SO2)約為23%，煙氣通過凈化一級動力波洗滌器降溫除塵，再進(jìn)入氣體冷卻塔(填料塔)進(jìn)一步降溫(低于39 ℃)，進(jìn)入二級動力波洗滌器除塵，最后進(jìn)入2級電除霧器除霧后煙氣送SO2干燥塔。

圖1 1 200 kt/a冶煉煙氣制酸系統(tǒng)工藝流程

1.2 干吸工序

生產(chǎn)系統(tǒng)采用孟莫克預(yù)轉(zhuǎn)化工藝技術(shù)，干燥塔分別有SO2干燥塔和空氣干燥塔。凈化煙氣通過SO2風(fēng)機抽入SO2干燥塔除去煙氣中的水分。稀釋空氣通過空氣風(fēng)機吹入空氣干燥塔除去空氣中的水分?？諝怙L(fēng)機屬于塔前風(fēng)機，故空氣風(fēng)機不需要做防腐措施。SO2干燥塔處理煙氣量大，干燥酸進(jìn)陽極保護酸冷卻器溫度高(70 ℃左右)，為保護陽極保護酸冷器運行安全，工藝生產(chǎn)時干燥酸選用w(H2SO4)96%硫酸。

HRS系統(tǒng)由HRS熱回收塔(塔槽一體)、HRS循環(huán)泵、HRS鍋爐、HRS稀釋器、HRS加熱器、HRS預(yù)熱器組成。HRS塔粗當(dāng)于二轉(zhuǎn)二吸工藝中的一吸塔，該塔由2級分酸進(jìn)行吸收，底部一級由HRS稀釋器稀釋后的w(H2SO4)99%硫酸進(jìn)行分酸逆流吸收，頂部二級由二吸酸串酸的w(H2SO4)98%硫酸進(jìn)行分酸逆流吸收，一級為主吸收段，二級為除酸霧段。煙氣經(jīng)吸收段后由孟莫克除霧器除掉酸霧后送二次轉(zhuǎn)化。中原黃金HRS系統(tǒng)特點在于設(shè)有1個HRS熱回收塔、2個HRS鍋爐、2個HRS稀釋器、1個HRS加熱器、1個HRS預(yù)熱器。HRS熱回收塔一級、二級吸收酸全部匯集于底部泵槽內(nèi)，經(jīng)過HRS循環(huán)泵將高濃度w(H2SO4)99.5%硫酸，輸送到HRS鍋爐進(jìn)行換熱冷卻，鍋爐出口酸分成兩部分，大部分酸送至HRS稀釋器與稀釋水與干燥串酸混合后成為濃度為w(H2SO4)99%的硫酸返回HRS熱回收塔一級分酸繼續(xù)吸收SO3。其余酸送入HRS加熱器和HRS預(yù)熱器換熱冷卻后送入干燥酸槽或二吸酸槽進(jìn)行串酸[2]。

來自層間冷熱交換器的SO3煙氣進(jìn)入二吸塔底部，塔內(nèi)w(H2SO4)98%硫酸由上往下與煙氣逆流接觸后吸收煙氣中的SO3，吸收后的煙氣通過塔頂部設(shè)置的孟莫克除霧器除掉酸霧后送入尾氣脫硫裝置。下塔酸濃為w(H2SO4)98.5%硫酸，二吸酸循環(huán)槽通過干燥串酸與補加稀釋水控制酸濃，大部分經(jīng)過二吸酸陽極保護酸冷卻器換熱冷卻后，送入二吸塔分酸器再循環(huán)吸收SO3，小部分串酸至HRS塔二級分酸器除霧,或者產(chǎn)出酸進(jìn)入成品酸槽。

中原黃金制酸系統(tǒng)只能產(chǎn)w(H2SO4)98%硫酸，但考慮冬天氣溫低(0 ℃以下)時，為保障輸送酸與裝酸時不發(fā)生結(jié)凍，w(H2SO4)93%的硫酸在成品酸地下槽加稀釋水，用成品酸泵輸送到板式換熱器降溫循環(huán)后產(chǎn)出。

1.3 轉(zhuǎn)化工序

采用孟莫克預(yù)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)工藝，其工藝流程為：φ(SO2)約為23%的煙氣經(jīng)干燥塔干燥，由SO2風(fēng)機送至Ⅲ換熱器升溫；此處分為2部分煙氣，大部分煙氣與來自空氣干燥塔的稀釋空氣混合，部分送入Ⅰ換熱器升溫，進(jìn)入預(yù)轉(zhuǎn)化器反應(yīng)生成SO3并產(chǎn)生大量反應(yīng)熱。預(yù)轉(zhuǎn)化器出口煙氣進(jìn)入1#余熱鍋爐進(jìn)行冷卻降溫后，與剩余的煙氣混合后送入轉(zhuǎn)化器一段繼續(xù)反應(yīng)生成SO3并產(chǎn)生大量反應(yīng)熱。出轉(zhuǎn)化器一段煙氣分為2部分，一部分送入2#余熱鍋爐冷卻降溫后再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段；一部分送入Ⅰ換熱器冷卻降溫后再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段；兩部分煙氣在轉(zhuǎn)化器二段中混合繼續(xù)反應(yīng)生成SO3，轉(zhuǎn)化器二段出口煙氣進(jìn)入層間熱熱換熱器冷卻降溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器三段反應(yīng)生成SO3；三段出口煙氣進(jìn)入Ⅲ換熱器冷卻降溫再進(jìn)入省煤器進(jìn)一步冷卻后，進(jìn)入HRS熱回收塔與w(H2SO4)99%的硫酸逆流接觸，進(jìn)行SO3第一次吸收。

經(jīng)過HRS熱回收塔進(jìn)行一次吸收的煙氣進(jìn)入層間冷熱換熱器升溫，再進(jìn)入層間熱熱換熱器進(jìn)一步升溫后達(dá)到起燃溫度(410 ℃)，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段反應(yīng)生成SO3，四段出口煙氣進(jìn)入蒸汽過熱器冷卻降溫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器五段反應(yīng)生成SO3，五段出口煙氣進(jìn)入層間冷熱換熱器冷卻降溫后，進(jìn)入二吸塔與w(H2SO4)98%硫酸逆流接觸進(jìn)行SO3第二次吸收。

1.4 蒸汽系統(tǒng)

中原黃金制酸系統(tǒng)產(chǎn)生2種不同規(guī)格的蒸汽：HRS系統(tǒng)產(chǎn)生的1.0 MPa低壓蒸汽；余熱鍋爐回收SO2轉(zhuǎn)化熱產(chǎn)生的5.2 MPa中高壓蒸汽。脫鹽水進(jìn)入HRS預(yù)熱器內(nèi)與濃硫酸換熱升溫到95 ℃送入除氧器，并通入少量低壓蒸汽升溫到104 ℃，由低壓鍋爐給水泵給HRS鍋爐供水，高壓鍋爐給水泵給轉(zhuǎn)化余熱鍋爐供水。低壓鍋爐給水送入HRS加熱器加熱到170 ℃再進(jìn)入HRS鍋爐，與高溫濃硫酸換熱產(chǎn)生1.0 MPa低壓蒸汽供管網(wǎng)蒸汽用戶加熱使用。高壓鍋爐給水送入省煤器加熱到240 ℃再進(jìn)入轉(zhuǎn)化余熱鍋爐，與高溫轉(zhuǎn)化煙氣換熱產(chǎn)生5.2 MPa飽和蒸汽，再經(jīng)過蒸汽過熱器進(jìn)一步升溫到400 ℃，產(chǎn)生過熱蒸汽供余熱發(fā)電。

1.5 脫硫系統(tǒng)

為保障二轉(zhuǎn)二吸制酸尾氣達(dá)標(biāo)排放，提高總硫利用率，出二吸塔的制酸尾氣進(jìn)入脫硫吸收塔處理，吸收塔內(nèi)部為2段吸收，底部為離子液吸收段，主要吸收煙氣中的SO2，上部為回收段，主要回收夾帶在煙氣中的離子液。離子液吸收法是利用有機胺離子液對氣態(tài)SO2具有低溫吸收與高溫解吸性能的脫硫工藝。離子液可循環(huán)使用，脫硫效率高，可確保制酸尾氣SO2含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 主要設(shè)備選型

2.1 SO2風(fēng)機與空氣風(fēng)機

SO2風(fēng)機為德國西門子透平機械設(shè)備公司生產(chǎn)的離心式風(fēng)機，風(fēng)機由恒速電機通過齒輪箱驅(qū)動，風(fēng)量調(diào)節(jié)通過可調(diào)前導(dǎo)向葉片實現(xiàn)。風(fēng)機運行有防喘振保護系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)機運行相關(guān)數(shù)據(jù)達(dá)到聯(lián)鎖值時，風(fēng)機會自動跳機進(jìn)行設(shè)備保護。該風(fēng)機在實際運行中運行穩(wěn)定，操作方便，質(zhì)量可靠，有效保障了生產(chǎn)開車率。

空氣風(fēng)機為國產(chǎn)離心式風(fēng)機，風(fēng)機裝有可調(diào)入口導(dǎo)向葉片調(diào)節(jié)裝置。風(fēng)機運行有防喘振保護系統(tǒng)。喘振壓力高，操作系統(tǒng)自動接管開啟放空閥進(jìn)行減壓?？諝怙L(fēng)機配置選用一用一備。SO2風(fēng)機與空氣風(fēng)機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 SO2風(fēng)機與空氣風(fēng)機技術(shù)參數(shù)

2.2 余熱鍋爐

轉(zhuǎn)化工序1#余熱鍋爐和2#余熱鍋爐為露天布置的臥式煙管鍋爐。余熱鍋爐設(shè)計成雙鍋殼共用1個汽包結(jié)構(gòu)，高溫?zé)煔鈴?#余熱鍋爐和2#余熱鍋爐的進(jìn)口煙箱進(jìn)入，經(jīng)過2個鍋爐管程后分別從出口煙箱引出。設(shè)備主要由2套鍋殼、1套汽包、2套進(jìn)出口煙箱和2套管系大部件組成。鍋爐設(shè)計蒸汽壓力5.2 MPa、蒸汽溫度265 ℃，產(chǎn)汽量為50 t/h。

2.3 HRS系統(tǒng)

HRS系統(tǒng)需在200 ℃、w(H2SO4)99%的嚴(yán)苛條件下運行操作，采用的是孟莫克公司提供的特殊不銹鋼材質(zhì)。該材質(zhì)主要用在HRS熱回收塔、HRS鍋爐、HRS加熱器、HRS預(yù)熱器、酸管制造。HRS稀釋器由多部件組成，呈L型法蘭連接，不銹鋼殼體內(nèi)襯特殊材料。HRS循環(huán)酸泵采用路易斯泵，采用路密特合金制造，適用于溫度達(dá)200 ℃的濃硫酸。酸閥采用路易斯公司生產(chǎn)的高溫耐酸閥門。

2.4 干吸系統(tǒng)

干燥酸管與二吸酸管采用的國產(chǎn)特殊不銹鋼，該不銹鋼可耐100 ℃濃硫酸腐蝕。實際運行中，干燥循環(huán)酸泵出口管、二吸酸出口管、干吸塔下塔酸管使用特殊不銹鋼。

干燥塔與二吸塔采用鋼襯合金鋼加耐酸瓷磚。干燥塔內(nèi)部采用管槽式分酸器，頂部加金屬絲網(wǎng)除沫器。二吸酸塔內(nèi)部采用管槽式分酸器，頂部加纖維除霧器。

2.5 轉(zhuǎn)化器

轉(zhuǎn)化器與預(yù)轉(zhuǎn)化器采用不銹鋼材質(zhì)制成。預(yù)轉(zhuǎn)化器運行中段出口溫度達(dá)630 ℃，需單獨制造放置。轉(zhuǎn)化器自下而上分別為一、二、三、四、五段布置。使用孟莫克公司提供的高轉(zhuǎn)化率催化劑。

2.6 脫硫系統(tǒng)

尾氣脫硫吸收塔處理煙氣量2×105m3/h，工藝管路使用不銹鋼材質(zhì),板式換熱器使用特種不銹鋼材質(zhì)板片。

3 工藝運行特點

中原黃金1 200 kt/a制酸系統(tǒng)提高了制酸生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化熱與吸收熱的利用率，有效回收整體制酸熱能，并且做到了節(jié)能降耗，系統(tǒng)在熱能回收中引入了轉(zhuǎn)化鍋爐系統(tǒng)與HRS系統(tǒng)。在尾氣SO2減排方面，采用離子液吸收技術(shù)，運行穩(wěn)定，操作可靠。

3.1 熱能回收率高

HRS系統(tǒng)回收SO3吸收熱生產(chǎn)蒸汽，相比普通制酸系統(tǒng)將SO3吸收熱通過陽極保護酸冷卻器循環(huán)水的工藝，具有能源利用率高、生產(chǎn)運行成本低的優(yōu)點。在正常生產(chǎn)情況下，HRS系統(tǒng)可產(chǎn)出0.37 t/t，1.0 MPa低壓蒸汽，高效回收熱能。

轉(zhuǎn)化余熱回收系統(tǒng)回收高濃度SO2煙氣產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化熱，系統(tǒng)在正常負(fù)荷運行下，可產(chǎn)出0.21 t/t的5.2 MPa高壓過熱蒸汽。該蒸汽可送至余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，做到變廢為寶，達(dá)到能源綜合利用的目的。

3.2 尾氣SO2排放低

為滿足制酸尾氣SO2達(dá)標(biāo)排放，二吸塔出口布置了尾氣脫硫吸收塔，利用離子液吸收尾氣中SO2，離子液吸收法達(dá)到了SO2吸收和富集目的，尾氣中ρ(SO2)可降至50 mg/m3。離子液解吸后可產(chǎn)生φ(SO2)為99%的氣體送至制酸系統(tǒng)回收硫資源。離子液在系統(tǒng)中循環(huán)使用，減少了常規(guī)煙氣脫硫工藝脫硫劑的消耗，降低了生產(chǎn)成本[3]。

4 運行總結(jié)

中原黃金1 200 kt/a制酸系統(tǒng)為單系列制酸裝置，在國內(nèi)屬于較大規(guī)模的運行裝置。該裝置于2015年6月帶料試車，4個月時間完成試生產(chǎn)期，3個月時間完成達(dá)產(chǎn)運行期，未滿1年完成試生產(chǎn)期到正式生產(chǎn)的過渡，通過對系統(tǒng)的性能考核和對比，該裝置運行穩(wěn)定，工況負(fù)荷設(shè)計要求，各項工藝指標(biāo)和產(chǎn)能滿足生產(chǎn)要求，主要運行技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表2。

表2 1 200 kt/a煙氣制酸系統(tǒng)主要經(jīng)濟指標(biāo)

由表2可以看出：系統(tǒng)主要實際經(jīng)濟指標(biāo)與設(shè)計值相比能達(dá)到預(yù)期，尤其在尾排指標(biāo)上更突出；在項目建造時，使用的主要設(shè)備都是經(jīng)過論證后的行內(nèi)優(yōu)秀產(chǎn)品，故系統(tǒng)一次開車成功，開車率與主要指標(biāo)達(dá)到生產(chǎn)要求，目前裝置運行平穩(wěn)，環(huán)保指標(biāo)與經(jīng)濟指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段該裝置受處理礦量限制未達(dá)到最大生產(chǎn)能力，若能增加產(chǎn)量，將有利于制酸成本的降低。

5 結(jié)語

該裝置1年的生產(chǎn)實踐表明：裝置運行率高，成品酸可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，尤其是HRS系統(tǒng)、高濃度預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、離子液脫硫系統(tǒng)等先進(jìn)工藝技術(shù)在生產(chǎn)中逐漸消化并優(yōu)化操作，確保裝置更好更優(yōu)地節(jié)能降耗、降本增效運行。

[1] 楊德露，茍彥軍.1 600 kt/a銅冶煉煙氣制酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的運行實踐[J].硫酸工業(yè)，2014(4)：7-8.

[2] 丁華.帶HRS預(yù)轉(zhuǎn)化工藝在煙氣脫硫中的應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2011(6)：15-18.

[3] 艾新橋，楊德鑫，楊晶麗，等.離子液脫硫技術(shù)在冶煉煙氣制酸中的應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2016(4)：31-34.

Design and operation of 1 200 kt/a sulphuric acid plantbased on off-gas

ZHUXingrong，ZHANGWenqi

(Henan Zhongyuan Goldsmelter Co.,Ltd.，Sanmenxia，Henan，472000，China)

Process flow and main technical parameters of 1 200 kt/a sulphuric acid plant based on off-gas are introduced. Operation situation of the equipment are described. MECS’ advanced sulphuric acid technology, high concentration pre-conversion and “3+2” double-absorption arrangement and low-level heat recovery system were applied in the plant, improving conversion rate and heat recovery rate.Main device consisted of inter-industry leading products , thus ensuring high operation rate, sulphur utilization, and low SO2emission during sulphuric acid production.

sulphuric acid production;smelter off-gas；pre-conversion；low-temperature heat recovery；ionic liquid desulphurization；design；production

2017-05-07。

朱興榮，男，河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司化工中級工程師，主要從事冶煉煙氣制酸生產(chǎn)與研究工作。電話：13419837373；E-mail：zhuxingrong45@126.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)07-0016-04