銅冠冶化硫鐵礦制酸節(jié)能環(huán)保技術(shù)回顧與總結(jié)

徐潔書，林天云

（銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司，安徽銅陵 244001）

銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司（以下簡稱銅冠冶化）成立于2005年10月，是國內(nèi)首批循環(huán)經(jīng)濟試點單位之一。該公司按照“資源循環(huán)利用，能源梯級利用”的循環(huán)經(jīng)濟理念，綜合利用銅陵有色內(nèi)部礦山的硫鐵資源。銅冠冶化擁有2套400 kt/a硫鐵礦制酸裝置，分別于2007年和2009年建成投產(chǎn)。投產(chǎn)后，該公司為充分利用資源，節(jié)約能耗，減少對環(huán)境的影響，在生產(chǎn)實踐中不斷對工藝及設(shè)備進行優(yōu)化改造，取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

1 主要技術(shù)改造

1.1 開車升溫技術(shù)改進

硫鐵礦制酸系統(tǒng)在開車初期要給沸騰爐加熱升溫，待爐內(nèi)溫度達到物料的反應(yīng)溫度后才能投入物料生產(chǎn)。投料后通過物料燃燒所釋放出的熱量維持反應(yīng)所需要的溫度，使反應(yīng)能夠持續(xù)進行下去。

大型沸騰爐開車一般將細黃砂作為鋪爐底料，采用燃燒柴油的方式進行升溫。升溫時，先點燃1個主油槍，然后根據(jù)升溫的需要逐個增加點燃主油槍的數(shù)量，直至4個主油槍全部點燃；在點主油槍時盡量對稱點燃，使爐內(nèi)溫度盡可能保持均勻。待爐床溫度升至400 ℃后，每2 h做一次大風量翻騰，使沸騰爐流態(tài)化，整個爐內(nèi)開工底料受熱均勻，每次翻騰的時間為5～10 min。當沸騰爐爐床溫度升至600 ℃后，向爐床內(nèi)插入10支輔助小油槍。輔助油槍燃燒穩(wěn)定后開始少量投料生產(chǎn)，待溫度呈上升趨勢后逐漸增加投料量；當爐床溫度升至750 ℃以上時可逐步熄滅油槍，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

升溫技術(shù)改進后，技術(shù)人員用硫鐵礦燒渣取代黃砂作為開工底料。由于燒渣比黃砂更為干燥，能減少升溫過程中水分蒸發(fā)帶走的熱量，提高前期升溫效率。同時，由于底料燒渣為硫鐵礦焙燒后的產(chǎn)物，對生產(chǎn)初期的硫酸燒渣品質(zhì)沒有影響。當沸騰爐爐床溫度升至400 ℃后，向爐底微量送風，爐底送風閥開度在5%左右，使爐內(nèi)上部底料緩緩流動，在不會造成大量熱量損失的情況下提高底料的均勻性。由于硫磺燃點比硫鐵礦燃點低得多，可考慮在投料初期時摻入少量硫磺，通過燃燒硫磺為點燃硫精砂提供熱源，使投料溫度點降低。經(jīng)實踐證明，采用摻入少量硫磺投料后，投料溫度點可降至500℃，縮短了升溫時間，減少了柴油的消耗。改進前后升溫情況對比見表1。

表1 改進前后升溫情況對比

1.2 增加Ⅳb換熱器

轉(zhuǎn)化工序主要設(shè)備為轉(zhuǎn)化器和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ換熱器及主副線煙氣管道。轉(zhuǎn)化器采用全304不銹鋼制作，規(guī)格為φ10 500 mm×17 600 mm，分為四段。轉(zhuǎn)化器殼體由殼體、內(nèi)部支柱、橫梁、格柵、隔板等組成。換熱器采用空心環(huán)縮放管式換熱器，殼體材料均采用Q235鋼。Ⅰ換熱器換熱管材料采用304不銹鋼，其余換熱器換熱管采用20G材料，其中Ⅱ換熱器換熱管進行滲鋁處理。系統(tǒng)投入運行后，受一吸塔出塔煙氣硫酸霧夾帶的影響，轉(zhuǎn)化工序Ⅳ換熱器殼程內(nèi)部逐步發(fā)生列管腐蝕，Ⅳ換熱器換熱情況逐步惡化。技術(shù)人員對腐蝕破損管束進行封堵后導致有效換熱面積減少，換熱效率下降。

為解決Ⅳ換熱器換熱能力不足，降低出塔煙氣硫酸霧對換熱器的腐蝕，考慮在Ⅳ換熱器前增加1臺換熱器Ⅳb。該換熱器采用全316L不銹鋼材料制作，與原Ⅳ換熱器（現(xiàn)稱Ⅳa）串聯(lián)。出塔煙氣先經(jīng)Ⅳb換熱器管程，再進入Ⅳa換熱器殼程，換熱后進入到轉(zhuǎn)化器四段進行二次轉(zhuǎn)化，煙氣中硫酸霧主要在Ⅳb換熱器中發(fā)生冷凝，匯集于換熱器底部，檢修時排出清理。

1.3 增加催化劑裝填量

單臺轉(zhuǎn)化器催化劑裝填量是中國瑞林工程技術(shù)有限公司按照400 kt/a硫酸裝置規(guī)模設(shè)計的。催化劑采用國外某公司催化劑，裝填系數(shù)為223 L/（t·d），SO2總轉(zhuǎn)化率按 99.80% 設(shè)計，催化劑裝填總量為267.6 m3。運行一段時間后，SO2總轉(zhuǎn)化率經(jīng)常達不到設(shè)計值。檢修時，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)催化劑粉化嚴重。

大修期間，技術(shù)人員對各段床層原有催化劑進行篩分并回填后，添加另一國外公司催化劑，重新調(diào)整裝填系數(shù)，優(yōu)化各層催化劑的分布并適當增加催化劑的裝填量，確保裝置達到較高的轉(zhuǎn)化率。調(diào)整后催化劑裝填情況見表2。

表2 調(diào)整后催化劑裝填情況

1.4 保溫噴涂技術(shù)的應(yīng)用

保溫技術(shù)主要應(yīng)用在設(shè)備的外表面，減少設(shè)備本體與外部的熱量傳遞。銅冠冶化公司轉(zhuǎn)化工序原采用硅酸鋁保溫棉作為保溫材料，表面用鋁板作為防水層。由于保溫鋁板易脫落，造成保溫材料受潮損壞，降低了設(shè)備保溫效果。2018年裝置大修時，該公司引進保溫噴涂技術(shù)[1]，將專用纖維噴涂棉與配套的膠黏劑經(jīng)專用噴涂設(shè)備均勻噴涂于設(shè)備表面，經(jīng)自然干燥后形成具有一定強度和厚度的無接縫、整體穩(wěn)定密閉的噴涂層。該噴涂層具有較好的黏著性。改用噴涂材料后，保溫層牢固性及防水性較好，運行近兩年時間未發(fā)現(xiàn)保溫脫落的現(xiàn)象，檢修時保溫材料的局部拆除或恢復(fù)操作簡單，保溫效果較好。

1.5 鈉堿法脫硫+電除霧器

目前，低濃度SO2煙氣處理工藝有10多種。在前期考察交流的基礎(chǔ)上，銅冠冶化公司對各種煙氣脫硫工藝的優(yōu)缺點進行分析，并按照一次性投資、10年期總運行費用進行對比，綜合考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及關(guān)鍵指標，認為鈉堿法具有設(shè)備投資低、工藝流程簡單、占地面積小等優(yōu)點，且產(chǎn)生的脫硫廢液可送至后期建設(shè)的焦亞硫酸鈉項目，作為產(chǎn)品對外銷售[2]。該公司最終選擇鈉堿法作為脫硫工藝。

2018年底，硫酸行業(yè)超低排放相關(guān)政策出臺。在該標準下，鈉堿法脫硫裝置在工況變化時存在排放氣體硫酸霧超標的風險。為確保硫酸尾氣在各種條件下實現(xiàn)超低排放，2019年3月技術(shù)人員在硫酸尾氣脫硫塔后新增1臺電除霧器，降低尾氣中硫酸霧及含塵量。改造后，ρ(SO2)從188 mg/m3左右降到50 mg/m3左右，酸霧(ρ)從100 mg/m3左右降到20 mg/m3左右，達到了超低排放要求。

2 運行情況

改造后，裝置生產(chǎn)成本得到了有效控制，資源利用率得到提升，產(chǎn)品電耗、油耗降低。硫酸裝置主要指標設(shè)計值及2019年實際值見表3。

3 結(jié)語

銅冠冶化公司不斷進行節(jié)能環(huán)保技術(shù)改造，充分利用資源，挖掘生產(chǎn)潛能，優(yōu)化工藝配置，降低各種輔材的消耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益，將“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”付諸實際行動。實踐證明，低能耗、低污染、低排放的節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟模式是最具競爭力的經(jīng)濟模式，也是一條實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

表3 主要相關(guān)指標設(shè)計值及2019年實際值對比