高含塵冶煉煙氣對制酸系統(tǒng)的影響及應(yīng)對措施

姜子燕，彭國華，楊 會，潘從強(qiáng)

（金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌 737100）

金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠主要采用奧托昆普的閃速爐冶煉工藝及富氧頂吹熔池熔煉工藝生產(chǎn)高鎳锍，鎳冶煉煙氣通過余熱鍋爐降溫冷卻后送至收塵系統(tǒng)除塵，再由排煙機(jī)輸送至制酸系統(tǒng)。鎳冶煉廠現(xiàn)有的2 套冶煉煙氣制酸裝置均為與鎳火法冶煉配套的環(huán)保裝置，生產(chǎn)規(guī)模分別為480 kt/a和700 kt/a。冶煉煙氣經(jīng)凈化工序降溫除塵、除去有害雜質(zhì)后進(jìn)入干燥塔，經(jīng)w(H2SO4)93%硫酸除去水分后通過SO2鼓風(fēng)機(jī)送往轉(zhuǎn)化工序，SO2轉(zhuǎn)化為SO3，采用w(H2SO4)98%硫酸進(jìn)行兩次吸收產(chǎn)出成品酸，尾氣處理達(dá)標(biāo)后排放。

冶煉系統(tǒng)與制酸系統(tǒng)的匹配程度直接影響到制酸裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性、環(huán)保達(dá)標(biāo)與否及經(jīng)濟(jì)效益。近兩年，冶煉系統(tǒng)原料較為復(fù)雜，加之收塵系統(tǒng)老化，導(dǎo)致制酸煙氣塵含量頻繁超標(biāo)，凈化系統(tǒng)入口煙氣含塵(ρ)最高值達(dá)6.15 g/m3，高于設(shè)計限值0.5 g/m3，凈化工序的酸性廢水含固量增加，系統(tǒng)工藝參數(shù)波動大，難以維持制酸系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 高含塵煙氣對制酸系統(tǒng)的影響

1.1 煙氣管道積塵增加

煙氣管道積塵增加會產(chǎn)生以下問題：①煙氣通道面積減小，煙氣輸送能力降低，煙道壓損增加；②風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，使風(fēng)機(jī)電流上漲，增加系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；③造成系統(tǒng)負(fù)壓偏低，火法爐窯排煙不暢，大量煙氣從爐口溢出，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，不符合環(huán)保要求。煙氣管道積塵情況見圖1。

圖1 煙氣管道積塵情況

1.2 設(shè)備堵塞

凈化工序煙氣降溫主要通過板式換熱器將熱量帶出，煙氣塵含量的增加導(dǎo)致循環(huán)酸含固量增加，不僅極易堵塞凈化塔內(nèi)噴頭，還會在洗滌塔和收水器內(nèi)形成積泥，造成洗滌塔內(nèi)壓損增加，填料和板式換熱器堵塞，凈化除塵和降溫效率降低。板式換熱器酸道淤泥結(jié)垢后，可能造成上塔循環(huán)酸量不足，換熱效率下降，使二段電除霧器出口煙氣溫度升高，致使煙氣含水量增加，干燥效率降低。洗滌塔填料和板式換熱器積泥情況分別見圖2 和圖3。

圖2 洗滌塔填料積泥情況

1.3 電除霧器除霧效率下降

凈化換熱效率降低，造成塵泥后移，冶煉煙氣會夾帶大量酸泥進(jìn)入電除霧器，致使電除霧器積泥嚴(yán)重。電除霧器內(nèi)部的陽極管、陰極線及鉛錘長期積泥，使電除霧器陰極線受力過大發(fā)生斷裂或脫落，導(dǎo)致電除霧器頻繁出現(xiàn)接地故障；二次電壓低，兩段電除霧器除霧效率降低，嚴(yán)重影響制酸系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。電除霧器積泥情況見圖4。

圖3 板式換熱器積泥情況

圖4 電除霧器積泥情況

1.4 轉(zhuǎn)化段壓降增大

煙塵進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序，會覆蓋在催化劑表面，使催化劑結(jié)疤，嚴(yán)重的會使催化劑層發(fā)生板結(jié)，活性下降；轉(zhuǎn)化率降低的同時還會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器催化劑床層阻力增大[1-2]。催化劑板結(jié)情況見圖5。

圖5 催化劑板結(jié)情況

480 kt/a 硫酸裝置運(yùn)行過程中曾出現(xiàn)轉(zhuǎn)化器一段壓降由2.5 kPa 上升至約10 kPa，分析其原因?yàn)椋簾煔鈮m含量過高，造成電除霧器積泥嚴(yán)重，除霧效率降低，以致塵泥后移進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序，覆蓋于催化劑表面，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化段壓降增加，轉(zhuǎn)化率降低，尾吸耗堿量增加。

1.5 運(yùn)行成本增加

目前2 套制酸系統(tǒng)均配置了壓濾機(jī)對湍沖塔凈化循環(huán)稀酸進(jìn)行過濾，將酸性水中的泥移除。壓濾機(jī)出口的濾液和湍沖塔稀酸性狀分別見圖6 和圖7。

圖6 壓濾機(jī)出口的濾液

圖7 湍沖塔稀酸

由圖6 和圖7 可見：壓濾機(jī)出口的濾液和經(jīng)壓濾機(jī)壓濾后的湍沖塔稀酸仍然十分渾濁，說明湍沖塔中還有大量塵泥存在。

制酸系統(tǒng)凈化工序用稀酸洗滌塵含量高的煙氣，會使酸性水的塵含量升高。為達(dá)到煙氣凈化效果，必須增加電除霧器的沖洗頻次和壓濾機(jī)的卸泥頻次，同時加大酸性廢水的排放量將酸泥帶出凈化系統(tǒng)，額外增加了酸性廢水的處理費(fèi)用。因此，冶煉煙氣塵含量過高會大大增加制酸系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2 減少高含塵煙氣對制酸系統(tǒng)影響的措施

2.1 固液分離技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)礦塵粒徑的不同，采用兩級除塵工藝，通過物理沉降和過濾，除去直徑大于等于2.5 μm 的顆粒物。湍沖塔循環(huán)稀酸經(jīng)湍沖塔底流泵進(jìn)入脫氣塔，利用系統(tǒng)負(fù)壓，脫除酸性水中SO2氣體，脫氣后利用高度差自流進(jìn)入酸性水緩沖罐進(jìn)行粗過濾，后經(jīng)壓濾泵輸送至板框壓濾機(jī)進(jìn)行精過濾，壓濾清液回湍沖塔，產(chǎn)生的濾餅重回火法系統(tǒng)冶煉，進(jìn)而將制酸系統(tǒng)內(nèi)部酸性水含有的泥移除，達(dá)到除泥效果。

隨著煙氣塵含量的增加，為滿足制酸系統(tǒng)的除泥需求，采取以下措施對現(xiàn)有裝置進(jìn)一步優(yōu)化：

1）增加壓濾設(shè)備。為防止煙氣含有的塵后移進(jìn)入電除霧器及轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，在洗滌塔及冷卻塔底部出口各增加1 臺壓濾機(jī)，提高系統(tǒng)的壓濾能力，將煙氣中的塵通過稀酸洗滌壓濾后帶出凈化系統(tǒng)，達(dá)到除塵目的。

2）連通管加裝閥門。當(dāng)煙氣塵含量高時，關(guān)閉各塔連通管閥門，防止循環(huán)稀酸互串造成塵含量高的循環(huán)稀酸串入洗滌塔和冷卻塔。

3）新增渣漿罐。由于循環(huán)稀酸從酸性水緩沖罐上部進(jìn)液，酸泥不能有效沉降，即從溢流口流出返回湍沖塔。為此在酸性水緩沖罐底部增加渣漿罐，酸性水緩沖罐底流閥定時打開，可對過濾器進(jìn)行反沖洗，反沖洗漿液進(jìn)入渣罐，待壓濾機(jī)入口流量降低至一定值、壓力升高至一定值時，渣罐中的泥漿由泵送入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，清液進(jìn)入清液罐。清液分兩路運(yùn)行，一路經(jīng)板式換熱器降溫后返回湍沖塔；另一路進(jìn)入絕熱塔，經(jīng)絕熱降溫后返回湍沖塔，達(dá)到除泥降溫的效果。

2.2 實(shí)施效果

通過運(yùn)用上述固液分離技術(shù)，及時將冶煉煙氣含有的塵從制酸系統(tǒng)帶出，改善了系統(tǒng)指標(biāo)：凈化泵運(yùn)行電流由453.7 A 下降至427.9 A；洗滌塔壓降由2.3 kPa 降低至1.6 kPa；二段電除霧器出口顆粒物(ρ)濃度為100 mg/m3，出口溫度監(jiān)測全時段達(dá)標(biāo)；電除霧器電壓穩(wěn)定，沖洗頻次減少，每月最多沖洗1 次即可，大大減少了酸性水排放量，有效降低了系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷及運(yùn)行成本。

3 結(jié)語

通過對冶煉煙氣制酸裝置凈化系統(tǒng)升級改造，基本解決了凈化系統(tǒng)工藝參數(shù)波動大、制酸裝置難以長期穩(wěn)定運(yùn)行的問題，為高含塵煙氣的處理提供了有效方法。但一味地靠增加設(shè)備、擴(kuò)大流程不是長久之計，冶煉系統(tǒng)和制酸系統(tǒng)應(yīng)充分結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從源頭遏制煙氣高含塵，進(jìn)而為冶煉系統(tǒng)與制酸系統(tǒng)的匹配化生產(chǎn)及設(shè)備設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有利保障。