侯馬北銅硫酸系統(tǒng)技術(shù)改造與運(yùn)行實踐

晉迎升

（侯馬北銅銅業(yè)有限公司，山西 侯馬 043010）

侯馬北銅銅業(yè)有限公司硫酸系統(tǒng)1996年開始動工興建，1999年9月進(jìn)行試車。由于熔煉系統(tǒng)因素生產(chǎn)初期頻繁停車，進(jìn)入硫酸系統(tǒng)的煙氣SO2濃度較低且不穩(wěn)定，直至2001年生產(chǎn)逐步轉(zhuǎn)入正常。至2016年5月共產(chǎn)出合格的工業(yè)硫酸190萬噸。配套的污酸污水處理站經(jīng)過逐步完善，處理后的回用水循環(huán)利用，實現(xiàn)零排放，中和渣全部返回熔煉生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)資源回收利用。

1 硫酸生產(chǎn)技術(shù)及裝備

1.1 生產(chǎn)規(guī)模

硫酸系統(tǒng)是利用奧斯麥特熔煉爐及奧斯麥特吹煉爐煙氣制造硫酸。兩爐煙氣經(jīng)余熱鍋爐及電收塵降溫收塵后，一并送入硫酸系統(tǒng)制造硫酸，年生產(chǎn)硫酸能力為15萬噸，生產(chǎn)92.5%H2SO4或98%H2SO4。污酸污水處理系統(tǒng)采用鈣鹽三段中和法處理工藝［1］，日處理酸性污廢水400m3。

1.2 設(shè)計條件及變化

1.2.1 硫酸系統(tǒng)

設(shè)計進(jìn)入制酸系統(tǒng)的煙氣條件：奧斯麥特熔煉爐加吹煉爐一周期煙氣SO2濃度7.0%，奧斯麥特熔煉爐加吹煉爐二周期煙氣SO2濃度8.91%。實際生產(chǎn)轉(zhuǎn)化器入口煙氣SO2濃度4%～7%，兩臺爐煙氣量由原設(shè)計66501m3／h增大到85000m3／h，生產(chǎn)初期轉(zhuǎn)化器觸媒熱平衡困難，需轉(zhuǎn)化電爐補(bǔ)熱，經(jīng)采取優(yōu)化工藝管線等技術(shù)措施后實現(xiàn)自熱平衡。

1.2.2 污酸污水處理系統(tǒng)

污酸污水處理站采用鈣鹽三段中和法處理工藝，日處理酸性污廢水400m3。由于近年來原料精礦成分復(fù)雜多變，造成污酸處理工藝操作困難。采取延長工藝流程、改進(jìn)設(shè)備性能、優(yōu)化操作參數(shù)等措施，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)對銅、鉛、砷等重金屬的去除能力。

1.3 生產(chǎn)流程

1.3.1 硫酸生產(chǎn)工藝

硫酸生產(chǎn)工藝圖見圖1。

圖1 制酸系統(tǒng)工藝流程簡圖

硫酸工藝設(shè)計采用稀酸洗滌，雙接觸流程。硫酸車間包括電收塵工序、凈化工序、干吸工序、轉(zhuǎn)化工序、觸媒篩分、SO2鼓風(fēng)機(jī)房、尾氣煙囪及酸庫。凈化工藝為空塔—填料塔—兩級電除霧器流程。干吸工藝選用泵后冷卻流程。轉(zhuǎn)化工藝采用“3+1”式，換熱流程 “ⅣⅠ—ⅢⅡ”。

1.3.2 污酸污水處理工藝

污酸污水處理站現(xiàn)設(shè)硫化工序和中和工序。工藝采用一級硫化、鈣鹽三段中和法處理流程。污酸污水處理工藝見圖2、圖3。

1.4 主要設(shè)備

硫酸設(shè)備配置較為先進(jìn)，控制系統(tǒng)采用美國霍尼韋爾公司先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備采用進(jìn)口設(shè)備，如凈化的稀酸板式換熱器為瑞典阿法拉伐公司，轉(zhuǎn)化器、濃酸冷卻器引進(jìn)加拿大凱米迪克斯公司［2］，干吸耐酸泵為美國路易斯泵，吸收塔柱狀捕沫器采用美國孟莫克公司產(chǎn)品。

主要設(shè)備規(guī)格及改進(jìn)措施見表1。

表1 主要設(shè)備規(guī)格及改進(jìn)

圖2 污水處理站硫化工序工藝流程簡圖

圖3 污水處理站中和工序工藝流程簡圖

1.5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

表2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2 技術(shù)改造措施

隨著產(chǎn)能的提升及安全環(huán)保日漸嚴(yán)格的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，原有設(shè)備設(shè)施不能滿足生產(chǎn)需求。針對生產(chǎn)過程出現(xiàn)的的各類問題，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，學(xué)習(xí)借鑒選用合適的新工藝、新材料及先進(jìn)的設(shè)備［3］，使硫酸生產(chǎn)及污酸污水處理逐漸適應(yīng)綠色發(fā)展的要求，近年來主要進(jìn)行了以下改進(jìn)。

2.1 電收塵工序

①陰極振打裝置改造。原設(shè)計傳動方式由頂部改為側(cè)部，強(qiáng)化了振打效果，大幅降低了石英管破損率，出口含塵滿足工藝要求，保證電收塵持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。②出灰裝置改造。因煙灰燒結(jié)頻繁，原氣化射流泵管道輸送裝置停用。采取刮板機(jī)部位增設(shè)檢修孔、減速機(jī)設(shè)置受力薄弱點 （減速機(jī)殼）、增設(shè)放灰溜槽及調(diào)整放灰頻次、汽車運(yùn)灰等措施，保證電收塵運(yùn)行正常。③增設(shè)雙道排空閥。增強(qiáng)原蝶閥裝置密閉性，降低正常生產(chǎn)時環(huán)保風(fēng)險。

2.2 凈化工序

①空塔殼體堵漏處理?？账んw為鋼襯鉛板、耐酸瓷磚、石墨磚。由于運(yùn)行時間長久，外殼出現(xiàn)滲漏點，底部較嚴(yán)重。采用蘭州中順石化專利堵漏材料，對殼體表面打眼注膠 （膠裝物的堵漏材料），處理后空塔殼體完好無漏點。

②稀酸泵過流部件改進(jìn)。由904L不銹鋼采用碳纖維材質(zhì)，較好適應(yīng)稀酸中高濃F、Cl離子的工況，并為國內(nèi)類似苛刻工況條件下酸泵材質(zhì)的選用，提供有益的借鑒。每年為公司節(jié)約備件費用50余萬元。

③凈化稀酸排放循環(huán)利用改造。通過加大沉降設(shè)施能力實現(xiàn)污酸分級循環(huán)利用，并較好滿足煙氣中高含塵工況。

④強(qiáng)化板式換熱器換熱效果。通過增加板式換熱器面積、水路切換裝置較好解決了板片堵塞嚴(yán)重問題，穩(wěn)定塔出口煙溫，實現(xiàn)低濃煙氣條件下全年98%酸的穩(wěn)定生產(chǎn)。全年可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益50萬元。

⑤電除霧絕緣箱冷風(fēng)改造。年可節(jié)約電量50萬kWh以上，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

⑥電除霧極線材質(zhì)更換。電除霧極線由高效合金芒刺線改為銅鉛扁刺極線，斷線率大為降低，除霧效果合格達(dá)標(biāo)。

2.3 干吸工序

1）干吸工序的自動串酸改造。對酸濃度儀、自動串酸閥及自動串酸模式進(jìn)行改造和改進(jìn)。經(jīng)過以上改進(jìn)措施后自動串酸控制運(yùn)行良好，穩(wěn)定了工藝控制參數(shù)，產(chǎn)出成品酸濃度合格穩(wěn)定并節(jié)省人力投入。

2）成品酸外觀質(zhì)量攻關(guān)。采取以下措施：①及時跟蹤熔煉系統(tǒng)柴油使用情況，當(dāng)凈化系統(tǒng)稀酸外觀變化時，及時協(xié)調(diào)聯(lián)系，保證煙氣合格后再進(jìn)入制酸系統(tǒng)；②對成品酸陽極保護(hù)冷卻器進(jìn)行了通酸使用，降低成品酸溫度；③成品酸脫氣塔投入使用，通過上述措施的，解決了外銷成品酸顏色時常有發(fā)黑發(fā)紅對成銷售造成影響。

3）干吸塔捕沫器改造。在干燥塔頂部增加一層絲網(wǎng)捕沫器，降低進(jìn)入干燥塔后序系統(tǒng)煙氣中的酸沫，一吸塔柱狀捕沫器長度增加0.6m，加強(qiáng)除霧能力，尾氣煙囪冒煙現(xiàn)象大為好轉(zhuǎn)。

2.4 轉(zhuǎn)化工序

①轉(zhuǎn)化升溫補(bǔ)熱管線改造。對轉(zhuǎn)化升溫補(bǔ)熱管線進(jìn)行了改造，取消了因工藝條件限制多年不用的一層冷副線和12#閥門，解決了轉(zhuǎn)化一層觸媒溫差過大、熱量無法平衡、頻繁啟動1#電爐補(bǔ)熱調(diào)整等不利局面；而且轉(zhuǎn)化率得到提高，尾氣排放濃度明顯下降。

②轉(zhuǎn)化器觸媒填裝更新改造。對轉(zhuǎn)化器觸媒量進(jìn)行了重新核算，轉(zhuǎn)化器四層選用了進(jìn)口巴斯夫觸媒，補(bǔ)充觸媒量36m3。改造后，制酸尾氣SO2濃度降低為原來的40%，年可減少尾氣排放含硫 （SO2）2000余噸，增加硫酸產(chǎn)量3500余噸，并可使轉(zhuǎn)化2#電爐節(jié)約耗電40%左右，年節(jié)約用電170萬kWh。

③轉(zhuǎn)化1#電爐更換改進(jìn)。由電熱管一體式電爐，更換為可拆卸檢修的電爐元件小車結(jié)構(gòu)電爐，延長了電爐的使用壽命。

④SO2鼓風(fēng)機(jī)變頻改造。SO2風(fēng)機(jī)調(diào)速由液力耦合器改為變頻，改造取得良好的效果，大大節(jié)省了設(shè)備的維修量，每月節(jié)電達(dá)20萬kWh。

2016年6月的時候“char siu”（叉燒）已被牛津詞典收錄（見例3），而12月的報道還使用了“char siew”，這樣容易使譯文讀者產(chǎn)生混淆。

2.5 酸庫工序

①干吸至酸庫輸酸管線改造。輸酸管線為碳鋼管更換為鋼襯玻璃管，消除了經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏現(xiàn)象，極大降低了安全、環(huán)保隱患，大大節(jié)省了維修量。

②酸庫汽車裝酸設(shè)施改造。原酸庫汽車裝酸罐容積過小，裝酸量不足10t，為此將原裝酸平臺延長，安裝高2.2m、長11m的臥式罐，裝酸量達(dá)60t，滿足汽車裝酸需求，消除了安全隱患。

2.6 污酸污水處理站

①污水處理回用水實現(xiàn)零排放改造。大力推進(jìn)車間節(jié)水減排，各工序生產(chǎn)用水實行了循環(huán)分級使用，排水實行了分類分流排放，加強(qiáng)車間現(xiàn)場沖洗用排水管理，做好初期雨水回收處理，嚴(yán)格控制污水來源；加強(qiáng)電收塵運(yùn)行管理，提高收塵效率，凈化稀酸含固量得到控制和減少；根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行情況，及時調(diào)整凈化稀酸排放濃度，及時調(diào)整污水處理系統(tǒng)生產(chǎn)。通過以上措施，月均回用水產(chǎn)生量下降了2000余噸，同時加強(qiáng)污水處理崗位與制酸凈化、熔煉水淬等崗位的協(xié)作配合，實現(xiàn)了回用水零排放。

②石灰乳制備增設(shè)化灰機(jī)改造。原石灰乳制備由于外購袋裝白灰粉含細(xì)小砂量太大，一般都達(dá)到20%左右，該砂粒細(xì)小，且硬度較大，極易沉積，工藝管道磨損、堵塞非常嚴(yán)重，中和槽葉輪葉片磨損嚴(yán)重，中和槽半個月被砂石沉積淤滿，嚴(yán)重影響污酸污水處理正常運(yùn)轉(zhuǎn)。改進(jìn)措施：原料改為塊狀石灰，增設(shè)加料漏斗、帶式輸送機(jī)及石灰消化機(jī)，通過加水、攪拌、分離。固體雜質(zhì)進(jìn)入渣坑由鏟車運(yùn)出，石灰乳揚(yáng)送到石灰乳大罐，輸送至污酸污水處理工序。改造后基本在化灰機(jī)中除去石灰乳中的砂石，為后續(xù)設(shè)備管線運(yùn)轉(zhuǎn)提供可靠保障，確保污酸污水處理工序正常運(yùn)行，大大降低了生產(chǎn)過程的勞動強(qiáng)度，改善操作環(huán)境。

③中和渣實現(xiàn)直接入倉回爐利用的技術(shù)改造。引進(jìn)芬蘭奧圖泰拉羅克斯立式全自動壓濾機(jī) （型號為LAROX PF12.6／12.6 M1.6 4 40），將中和渣含水率降至35%以下，利用中和渣主要成分硫酸鈣，代替熔煉爐熔劑石灰石的消耗，同時回收中和渣中的銅、硫、鈣等有價元素，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益二百余萬元，并且環(huán)境效益明顯。

④增設(shè)重金屬離子去除裝置。原工藝采用的石灰-鐵鹽法對污酸中的重金屬離子去除能力有限，處理后的回用水重金屬離子超標(biāo)嚴(yán)重，為保證回用水重金屬離子達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，利用部分原有設(shè)施，新增硫化反應(yīng)塔、OPR電位計等部分設(shè)備，改造增設(shè)硫化處理工序，提高重金屬回收能力。

⑤污水處理工藝高濃度泥漿法改造。污水處理生產(chǎn)時濃密機(jī)沉淀效果不良，上清液面保持在0～1m，經(jīng)常因濃密機(jī)上清液渾濁，無法滿足生產(chǎn)要求；因料漿濃度低，LAROX壓濾機(jī)運(yùn)行負(fù)荷大，濾餅薄，含水率高。為此，通過對濃密機(jī)回流管線改造，每班對料液進(jìn)行含固量測定，控制在規(guī)定范圍。該工藝可使石灰得到充分利用，年可節(jié)約石灰用量400t；濃密機(jī)沉淀效果明顯提高，底流泥漿含固量由12%提高至40%以上，可提高污水處理能力1倍以上；壓濾機(jī)過濾時架橋結(jié)構(gòu)快速形成，濾餅變厚，渣中游離水含量由15%降低至10%以下。

⑥LAROX壓濾機(jī)濾布、濾板國產(chǎn)化選型。設(shè)備運(yùn)行過程中，試用定型了與壓濾機(jī)配套的國產(chǎn)濾布、國產(chǎn)濾板，降低了運(yùn)行成本，年可節(jié)約成本30余萬元。

3 結(jié)語

3.1 產(chǎn)能及主要技術(shù)指標(biāo)

硫酸產(chǎn)量在投產(chǎn)的前幾年一直在10萬噸以內(nèi)，通過增加轉(zhuǎn)化觸媒量，更換電爐，加強(qiáng)系統(tǒng)查漏堵漏，提高硫利用率等措施的實施，于2005年硫酸產(chǎn)量突破15萬噸，達(dá)到設(shè)計值，酸／銅比完成3.42，制酸系統(tǒng)硫利用率達(dá)97%以上。

3.2 制酸系統(tǒng)實現(xiàn)雙轉(zhuǎn)雙吸操作

由于煙氣中SO2濃度低未達(dá)到設(shè)計值，轉(zhuǎn)化器熱平衡困難，通過增添觸媒量、更換外熱交轉(zhuǎn)化電爐、末段使用德國巴斯夫低溫觸媒等措施，制酸系統(tǒng)實現(xiàn)了低SO2濃度煙氣條件下的雙轉(zhuǎn)雙吸操作。

3.3 污水處理回用水實現(xiàn)零排放

通過循環(huán)分級使用、分類分流排放及節(jié)水減排措施，污水處理后的回用水全部回用于生產(chǎn)，實現(xiàn)了回用水零排放。

3.4 中和渣返爐實現(xiàn)資源回收利用

通過引進(jìn)立式全自動壓濾機(jī)，產(chǎn)出的中和渣由于含水率低，可代替熔煉爐熔劑石灰石，全部返回熔煉生產(chǎn)系統(tǒng)，同時回收中和渣中的銅、硫、鈣等有價元素，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。