硫酸裝置節(jié)能降耗的應(yīng)用實踐

鄭 明， 常海鋒

(河南豫光金鉛股份有限公司， 河南濟(jì)源 459000)

節(jié)能與余熱回收

硫酸裝置節(jié)能降耗的應(yīng)用實踐

鄭 明， 常海鋒*

(河南豫光金鉛股份有限公司， 河南濟(jì)源 459000)

介紹了河南豫光金鉛股份有限公司熔煉廠硫酸裝置改造情況及產(chǎn)生的效益。技術(shù)人員對電除霧器冷風(fēng)裝置、制酸尾氣脫硫工藝及高效洗滌器噴頭進(jìn)行改造。改造后硫酸耗電指標(biāo)由109.73 kWh/t降低到107.90 kWh/t，提高硫酸產(chǎn)品的利潤空間，提高了裝置節(jié)能降耗水平。

硫酸生產(chǎn) 節(jié)能 降耗 雙氧水法 脫硫 技術(shù)改造 電除霧器

河南豫光金鉛股份有限公司(以下簡稱豫光金鉛)熔煉廠現(xiàn)有2套70 kt/a鉛冶煉煙氣制酸裝置,處理φ(SO2)在7%～10%煙氣。當(dāng)前國家對于環(huán)保生產(chǎn)高度重視，鉛冶煉企業(yè)生存面臨嚴(yán)峻考驗。豫光金鉛熔煉廠一直非常重視硫酸生產(chǎn)中的節(jié)能降耗。該廠通過一系列的設(shè)備創(chuàng)新改造，最終實現(xiàn)硫酸裝置平穩(wěn)運(yùn)行，水、電能耗及環(huán)保數(shù)據(jù)指標(biāo)得到優(yōu)化。

1 技改目標(biāo)

根據(jù)硫酸裝置工藝及設(shè)備特點，確定以下改造目標(biāo)：① 電除霧器冷風(fēng)改造，節(jié)約電資源；② 硫酸尾氣綜合治理，達(dá)到尾氣達(dá)標(biāo)排放；③ 硫酸高效洗滌器整體噴頭改造，實現(xiàn)成本節(jié)約。以創(chuàng)新增效、節(jié)能降耗為方法提升硫酸產(chǎn)品的利潤空間，增強(qiáng)硫酸產(chǎn)品的市場競爭力。

2 技改內(nèi)容

2.1 電除霧器冷風(fēng)裝置

查閱相關(guān)資料，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電除霧器陰極吊掛箱干燥絕緣方式有新方法，對電除霧器陰極吊掛箱干燥絕緣方式進(jìn)行技改。電除霧陰極吊掛箱干燥絕緣是為防止吊掛箱內(nèi)潮濕接地，影響電除霧設(shè)備正常運(yùn)行。該廠現(xiàn)使用電加熱絕緣方式。

2.1.1 電除霧器的工作原理

電除霧器工作原理是將50～55 kV的直流高壓電引入電除霧器內(nèi)電暈極線上，使其產(chǎn)生電暈放電，維持一個足以使氣體電離的靜電場，把電極間部分氣體電離成正負(fù)離子，塵、霧等顆粒碰到離子而帶電。按照同性相斥、異性相吸的原理，帶電的塵、霧顆粒向電極性相反的電極移動，正離子向電暈極移動，而電子和負(fù)離子則移向沉淀電極。分散在氣體中的塵、霧與帶負(fù)電離子相碰而荷電，在電場的作用下，帶電的酸霧顆粒移向沉淀極內(nèi)壁上，靠自重順壁而下，落入電除霧器的下封頭內(nèi)，使SO2煙氣得到凈化[1]。

2.1.2 電除霧器絕緣方式改造

陰極吊掛絕緣箱的作用是吊掛陰極系統(tǒng)，將高壓陰極系統(tǒng)與設(shè)備本體(陽極系統(tǒng))隔離開，起絕緣的作用。若絕緣效果達(dá)不到要求，電除霧設(shè)備就會出現(xiàn)電壓低或接地故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，目前電除霧器的絕緣式應(yīng)用方式有以下三種：

1) 電加熱絕緣方式。這是在每個絕緣箱內(nèi)部安裝一組電加熱器進(jìn)行加熱，然后通過溫度自控系統(tǒng)，控制絕緣子溫度保持在110～150 ℃，使其不結(jié)露，從而保證了高壓電能順利進(jìn)入電場，此方式在國內(nèi)被廣泛應(yīng)用。

2) 熱風(fēng)清掃裝置。這是在每個絕緣箱內(nèi)部安裝風(fēng)道，由外部提供干燥的熱風(fēng)(一般是由空氣加熱箱和鼓風(fēng)機(jī)組成)，由熱風(fēng)吹掃絕緣子表面，控制溫度及風(fēng)量，使其不結(jié)露，以此來達(dá)到高壓絕緣的目的。

3) 冷風(fēng)封閉裝置[2]。這是通過高壓電場推動潮濕氣流的上升從而起到封閉的作用，另外冷風(fēng)風(fēng)幕保證石英管不結(jié)露，實現(xiàn)絕緣的目的。

基于北方干燥氣候的特點和生產(chǎn)效益，豫光金鉛熔煉廠選擇使用“冷風(fēng)封閉裝置”替代原“電加熱絕緣方式”。冷風(fēng)封閉裝置與電加熱絕緣方式相比

具有以下優(yōu)點：

1) 節(jié)能。1臺電除霧器有4臺絕緣箱，每個絕緣箱的功率為6.0 kW，1臺電霧器配備功率為24 kW。按年工作時間330 d，每天工作時間70%計算，電加熱絕緣需耗電1.33×105kWh。

2) 該裝置無維修費用。免去了每年對電加熱箱，加熱管，溫度自控系統(tǒng)的維修保養(yǎng)。

3) 保持了電除霧器的除霧效率。原電加熱絕緣方式電加熱管損壞后，絕緣降低，除霧效率下降。

4) 該裝置無需保溫。

2.2 雙氧水煙氣脫硫

原制酸尾氣用堿液吸收，該裝置存在以下問題：① 運(yùn)行費用高，尾氣吸收后污水需進(jìn)一步處理；② 管道及吸收塔內(nèi)吸收液易結(jié)晶，噴頭管易堵塞，噴淋效果差，影響排放尾氣指標(biāo)；③ 每次檢修需進(jìn)入吸收塔內(nèi)進(jìn)行清理，費時費力。該廠技術(shù)人員決定采用雙氧水法對制酸尾氣進(jìn)行脫硫。

2.2.1 雙氧水尾氣脫硫優(yōu)點

雙氧水法煙氣脫硫工藝的優(yōu)點：① SO2吸收效率高，可達(dá)到 97%，脫硫后尾氣中SO2質(zhì)量濃度小于 20 mg/m3;② 副產(chǎn)物為稀硫酸，可以作為干吸工序的補(bǔ)充水回收;③ 沒有新的“三廢”、 CO2排放，屬于典型的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù);④ 系統(tǒng)阻力小，管道及吸收塔內(nèi)沒有結(jié)晶堵塞現(xiàn)象[3]。

2.2.2 雙氧水煙氣脫硫改造

2015年6月，豫光金鉛熔煉廠硫酸尾氣雙氧水法脫硫裝置安裝調(diào)試成功，投入運(yùn)行。經(jīng)過近2年時間，尾氣脫硫裝置運(yùn)行良好，排放指標(biāo)達(dá)到環(huán)保要求。脫硫裝置改造前后對比見表1。

表1 脫硫裝置改造前后對比

2.3 高效洗滌器整體噴頭改造

硫酸系統(tǒng)凈化工序高溫SO2煙氣主要通過逆噴塔內(nèi)四氟噴頭噴淋進(jìn)行降溫除塵凈化。由于高效洗滌器四氟噴頭處在w(H2SO4)30%的稀硫酸環(huán)境中，經(jīng)常出現(xiàn)噴頭固定螺絲腐蝕、噴頭脫落等情況，影響整個制酸系統(tǒng)正常運(yùn)行。噴頭固定螺絲先后嘗試襯塑螺栓、316L、2205、哈氏合金及鈦合金等材質(zhì)，效果均不理想，改造前使用的鈦螺栓使用壽命在45 d左右。

技術(shù)人員改變噴頭固定結(jié)構(gòu)，制作整體噴頭固定在洗滌器的外殼上，使噴頭固定螺栓與高效洗滌器內(nèi)的酸性環(huán)境相隔離?？紤]到長1 100 mm的噴頭支管易被腐蝕，技術(shù)人員采用鋼管做骨架、內(nèi)襯PO、外糊玻璃鋼做噴頭支管，制作F4噴頭與噴頭支管進(jìn)行裱糊，12 mm厚的玻璃鋼將兩者裱糊包裹制作成一體式結(jié)構(gòu)，于2016年裝置大修期間對其進(jìn)行改造。該噴頭及支管改造后使用效果良好，徹底解決其腐蝕脫落的問題，保證硫酸生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

3 效益分析

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1 電除霧器冷風(fēng)改造效益

2套硫酸系統(tǒng)4臺電除霧器冷風(fēng)改造年節(jié)約用電532 224 kWh，電單價按0.57元/kWh計算。原電除霧器陰極吊掛絕緣裝置每年備件、儀表等維修維護(hù)費用約8 000元。則改造后年節(jié)約費用31.14萬元。

硫酸耗電指標(biāo)由改造前109.73 kWh/t降低到改造后107.90 kWh/t，噸酸電耗降低了1.83 kWh。

3.1.2 雙氧水煙氣脫硫改造效益

1) 改造前每月消耗費用。2015年1—5月裝置使用堿液折合純堿，平均每月消耗44.41 t，除去煙化爐尾氣消耗9 t左右，硫酸尾氣每月消耗堿液35 t左右。純堿不含稅價2 460元/t，則每月消耗堿液86 100元。尾氣每月補(bǔ)充水量按850 m3計算，每月需消耗水費5 100元。每月產(chǎn)生140 t污水處理費用6 860元。改造前，除去動力消耗費用外，每月需消耗9.81萬元。

2) 改造后每月消耗費用。2015年6月10日投產(chǎn)至今，目前雙氧水使用量每月在40 t左右，尾氣補(bǔ)充水量在500 m3。每月產(chǎn)生w(H2SO4)98%酸(折算后)30 t，產(chǎn)生150 m3溶液作為干吸槽補(bǔ)水使用。除動力消耗外，改造后實際費用為4.24萬元。

年節(jié)約成本約64.06萬元，該改造項目投資28萬元，即6個月左右就可收回全部成本。

3.1.3 高效洗滌器整體噴頭改造效益

每個高效洗滌器上下兩層6個噴頭，每個噴頭有8條固定螺栓，鈦合金螺栓使用壽命按45 d，單價按200元/套，則兩套硫酸高效洗滌器年耗螺栓費用15.36萬元。對噴頭及支管改造后可節(jié)約該費用，同時可減少噴頭螺栓腐蝕后脫落對洗滌器內(nèi)部造成的撞擊傷損，及噴頭脫落后其他噴頭水壓過大導(dǎo)致的洗滌器內(nèi)襯防腐層燒損現(xiàn)象。

3.2 間接效益

尾氣脫硫改造前，排放尾氣ρ(SO2)基本控制在150～200 mg/m3，ρ(NOx)基本控制在200～220 mg/m3。改造后，排放尾氣ρ(SO2)基本控制在50 mg/m3以下，ρ(NOx)基本控制在50～130 mg/m3。尾氣指標(biāo)較原來有了較大提升，且設(shè)計200 L/h雙氧水泵流量開啟僅為50 L/h，為底吹爐增產(chǎn)提供了較大空間。

4 結(jié)語

硫酸系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)已得到充分的利用和發(fā)展，對豫光金鉛經(jīng)濟(jì)效益的提高產(chǎn)生了不可忽視的作用。整個改造項目投資少，工期短，技術(shù)創(chuàng)新改造分期進(jìn)行，沒有影響整個系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。該改造項目為豫光金鉛今后的各類設(shè)備進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、可行的改造，提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗。豫光金鉛熔煉廠硫酸裝置水耗、電耗及成本指標(biāo)均走在同行業(yè)的前列。此次技術(shù)創(chuàng)新改造的成功，在同行業(yè)中具有一定的推廣價值。

[1] 張元慶.高效電除霧器的研制和應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2006(1)：14-17.

[2] 曾培輝，黃可龍，余國珍.管式電除霧器的改造實踐[J].中國有色冶金，2005，34(3)：42-44.

[3] 張恒昌，尚小科.雙氧水法硫酸尾氣脫硫?qū)嵺`[J].硫酸工業(yè)，2016(2)：36-39.

Applicationpracticeofsavingenergyandreducingconsumptionofsulphuricacidplant

ZHENGMing,CHANGHaifeng

(Henan Yuguang Gold and Lead Co., Ltd.， Jiyuan Henan， 459000, China)

Sulphuric acid plant transformation and the benefits achieved in Henan Yuguang Gold and Lead Co., Ltd. are described. Technical staff transformed the cold air device of electric mist eliminator, acid tail gas desulphurization process amd efficient scrubber nozzle. After transformation, the power consumption index of sulphuric acid reduced from 109.73 kWh to 107.90 kWh by producing one tonne sulphuric acid, increasing the profit margin of the sulphuric acid product and realizing the energy saving and consumption reduction of the plant.

sulphuric acid; energy saving; consumption reduction; hydrogen peroxide method; desulphurization; technical transformation; electrostatic precipitator

2017-08-24。

鄭明，男，河南豫光金鉛股份有限公司熔煉廠設(shè)備主管，長期從事設(shè)備管理工作。

*通訊聯(lián)系人： 常海鋒。電話:13949693756;E-mail:changhf1977@126.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)11-0015-03

司爾特公司250kt/a硫鐵礦制硫酸項目試產(chǎn)2017年10月9日，司爾特公司250 kt/a硫鐵礦制硫酸項目一次性試車成功，進(jìn)入試生產(chǎn)階段。250 kt/a硫鐵礦制硫酸項目依托皖南區(qū)域盛產(chǎn)硫鐵礦、硫金砂的優(yōu)勢及原已建成投產(chǎn)硫酸裝置的原料儲存干燥、成品硫酸的儲存設(shè)施，新建硫酸主裝置、配套余熱發(fā)電裝置、循環(huán)水站等，硫酸工藝采用沸騰焙燒、煙氣稀酸封閉循環(huán)洗滌、“3+1”二轉(zhuǎn)二吸轉(zhuǎn)化的經(jīng)典制酸流程。余熱回收方面，在裝置中設(shè)置了強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐、熱管鍋爐、省煤器等，分別回收了高溫、中溫和低溫?zé)崮?，副產(chǎn)中壓過熱蒸汽用于發(fā)電，發(fā)電后的低壓蒸汽送各肥料生產(chǎn)車間使用。尾氣脫硫系統(tǒng)采用有機(jī)胺離子液脫硫工藝，脫硫率可達(dá) 90%，并能回收尾氣中的二氧化硫。

(http://www.ccin.com.cn/ccin/news/2017/10/11/366324.shtml)