耿 同， 孫子虎， 李兆宏， 欒劍峰， 張均杰

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銅冶煉煙氣制酸節(jié)能減排技術(shù)改造生產(chǎn)實(shí)踐

耿 同， 孫子虎， 李兆宏， 欒劍峰， 張均杰

介紹了針對(duì)6%～8%的低SO2濃度設(shè)計(jì)的制酸系統(tǒng)在SO2濃度提高到8%～10%后，制酸系統(tǒng)技改工藝流程、設(shè)備選型和生產(chǎn)實(shí)踐。

銅； 冶煉煙氣； 硫酸生產(chǎn)； 技術(shù)改造； 生產(chǎn)實(shí)踐

煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司是一家銅冶煉企業(yè)，始建于上世紀(jì)70年代?，F(xiàn)冶煉系統(tǒng)采用1臺(tái)側(cè)吹爐+2臺(tái)連續(xù)吹煉爐煉銅工藝，制酸凈化系統(tǒng)采用稀酸洗滌工藝，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)采用“2+2”二轉(zhuǎn)二吸工藝。2008年2月富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝代替鼓風(fēng)爐煉銅工藝投入運(yùn)行，由于入爐富氧濃度較低，環(huán)保效果及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與同行業(yè)先進(jìn)水平還有很大差距。為滿足新形勢(shì)下的節(jié)能減排要求，新上一套ZO- 3500/80型VPSA制氧裝置，將入側(cè)吹爐富氧濃度由38%提高到60%，制酸系統(tǒng)同步進(jìn)行配套改造。技改工程于2014年1月開(kāi)始籌備及訂貨，于2014年6月15日大修期間進(jìn)行改造，歷時(shí)一個(gè)月，7月15日投入試運(yùn)行。現(xiàn)將制酸技術(shù)改造與試生產(chǎn)情況介紹如下。

1 技改的思路

1.1 滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求

《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB25467-2010中規(guī)定，2012年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)執(zhí)行大氣污染物濃度排放限值400 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)。滿足環(huán)保要求是企業(yè)生存的根本，為應(yīng)對(duì)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，新建一套堿法尾氣吸收系統(tǒng)，尾氣經(jīng)吸收后達(dá)標(biāo)排放。為此，本次改造的首要任務(wù)是在進(jìn)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)SO2濃度大幅度提高的前提下，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。

1.2 改造的原則與思路

本次技改在產(chǎn)能增加的同時(shí)，達(dá)到能耗降低尾氣SO2排放量不增加的目的。因此，改造的原則與思路是以節(jié)能減排為主線，優(yōu)化工藝與設(shè)備，主要措施如下：

(1)污染物達(dá)標(biāo)排放。轉(zhuǎn)化進(jìn)氣二氧化硫濃度峰值達(dá)到11%，尾氣可達(dá)標(biāo)排放。

(2)滿足冶煉煙氣負(fù)壓要求。盡量降低干燥塔入口稀釋風(fēng)的補(bǔ)入量，保證3臺(tái)冶煉爐子需要的負(fù)壓。

(3)回收轉(zhuǎn)化余熱。回收SO2濃度滿足自熱平衡后的過(guò)剩熱量，生產(chǎn)低壓蒸汽。

(4)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)阻力優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、管道布置，確保增加設(shè)備，總阻力不增加，保持風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。

(5)選用先進(jìn)的設(shè)備。二吸塔絲網(wǎng)除霧器改為纖維除霧器，采用新型結(jié)構(gòu)的換熱器，轉(zhuǎn)化器采用不銹鋼材質(zhì)等。

2 工藝的選擇及特點(diǎn)

設(shè)計(jì)進(jìn)轉(zhuǎn)化煙氣風(fēng)量65 000 m3/h，煙氣SO2濃度10%，年運(yùn)行時(shí)間330天，產(chǎn)酸量22.5 kt/a，煙氣制酸裝置轉(zhuǎn)化入口煙氣條件見(jiàn)表1。

表1 22.5 kt/a煙氣制酸裝置轉(zhuǎn)化入口煙氣條件

由于SO2濃度提高到11%，原有“2+2”轉(zhuǎn)化工藝只適合處理SO2濃度在8%以下的煙氣，對(duì)于8%～11% SO2濃度煙氣，轉(zhuǎn)化工藝改造方案有三種選擇：a.增加一套預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，抽出一部分煙氣預(yù)轉(zhuǎn)化，預(yù)轉(zhuǎn)化后的氣體與原始煙氣混合后濃度降為8%以下送入原來(lái)的轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。b. “2+2”工藝改為“3+2”工藝，采用國(guó)產(chǎn)口觸媒。c.“2+2”工藝改為“3+1”工藝，采用進(jìn)口觸媒，采用熱管鍋爐回收余熱，生產(chǎn)低壓蒸汽。

經(jīng)過(guò)綜合比較，采用 “3+1”兩次轉(zhuǎn)化工藝，采用進(jìn)口觸媒，一、二吸收塔入口各設(shè)置一臺(tái)熱管鍋爐的改造方案，同時(shí)對(duì)干吸系統(tǒng)也進(jìn)行了配套改造。

3 改造方案

3.1 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的改造

原“2+2”轉(zhuǎn)化采用Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ- Ⅱ換熱流程， 而“3+1”轉(zhuǎn)化最常用的換熱流程有Ⅲ、Ⅰ- Ⅵ、Ⅱ換熱流程和Ⅵ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ換熱流程。采用后一種流程需增加一臺(tái)鍋爐，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配置，換熱器移位及煙氣配管工作量最少，施工期最短。因此，選用Ⅳ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ的換熱流程?！?+1”轉(zhuǎn)化Ⅳ、Ⅰ- Ⅲ、Ⅱ換熱流程工藝圖見(jiàn)圖1。

圖1 “3+1”轉(zhuǎn)化Ⅳ、Ⅰ—Ⅲ、Ⅱ換熱流程圖

煙氣走向?yàn)椋汗娘L(fēng)機(jī)出口的煙氣，依次經(jīng)過(guò)Ⅳ換熱器殼程、Ⅰ換熱器管程，與四段、一段出口的高溫SO3轉(zhuǎn)化氣換熱，溫度升至420 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段，經(jīng)一、二、三段催化轉(zhuǎn)化，三段出口SO3氣體經(jīng)Ⅲ換熱器換熱后再經(jīng)1#熱管鍋爐溫度降低到180 ℃進(jìn)入一吸塔。經(jīng)一吸塔吸收后的煙氣再依次經(jīng)Ⅲ、Ⅱ換熱器換熱，溫度升至425 ℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器第四段，經(jīng)四段轉(zhuǎn)化后，煙氣經(jīng)Ⅳ換熱器換熱后進(jìn)入2#熱管鍋爐降溫到180 ℃進(jìn)二吸塔。設(shè)計(jì)SO2總轉(zhuǎn)化率≥99.88%。轉(zhuǎn)化余熱由熱管鍋爐生產(chǎn)成低壓蒸汽，供生產(chǎn)系統(tǒng)使用。每臺(tái)換熱器均加裝了短路管線，轉(zhuǎn)化各段設(shè)置了溫度調(diào)節(jié)副線，采用電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)。

3.1.1 轉(zhuǎn)化器改造

(1)新建一臺(tái)轉(zhuǎn)化器。原有2臺(tái)φ7000碳鋼轉(zhuǎn)化器(一、二段為一臺(tái)，三、四段為一臺(tái))，一、二段轉(zhuǎn)化器因上部殼體變型嚴(yán)重，鋼材氧化，因此，對(duì)一、二段轉(zhuǎn)化器進(jìn)行了改造，一段采用不銹鋼，二段采用碳鋼。

(2)原有轉(zhuǎn)化器改造。原三、四段轉(zhuǎn)化器狀況良好可繼續(xù)使用。只是各段人孔和側(cè)面進(jìn)氣口整體抬高400 mm，以適應(yīng)觸媒填裝高度的增加。

3.1.2 轉(zhuǎn)化器觸媒的選型

銅冶煉行業(yè)的高氣濃硫酸生產(chǎn)實(shí)踐表明，進(jìn)口觸媒有著優(yōu)良的活性和耐高溫特點(diǎn)，適合于高SO2濃度生產(chǎn)。為適應(yīng)高SO2濃度，回收轉(zhuǎn)化余熱，降低尾氣SO2的排放，選用部分進(jìn)口觸媒。考慮經(jīng)濟(jì)性，一段、三段、四段全部用進(jìn)口觸媒，二段用原有國(guó)產(chǎn)觸媒，并補(bǔ)充部分新觸媒?！?+1”轉(zhuǎn)化觸媒裝填量見(jiàn)表2。

3.1.3 換熱器改造

分段轉(zhuǎn)化率為：一段65%，二段90%，三段96%，四段99.88%，換熱器參數(shù)計(jì)算表見(jiàn)表3。

舊換熱器共7臺(tái)，拆除3臺(tái)，利舊4臺(tái)。利舊方案如下：舊Ⅳa、Ⅳb換熱器不動(dòng)，作為Ⅳ換熱器使用；舊Ⅱc作為Ⅱ換熱器使用；舊Ⅱa換熱器移位作為Ⅲ換熱器使用。新增一臺(tái)Ⅰ換熱器，換熱管用縮放管，殼體進(jìn)氣口上環(huán)套采用304不銹鋼，管內(nèi)+管外壓降≤1 500 Pa，面積1 200 m2，三氧化硫進(jìn)氣管采用304不銹鋼材質(zhì)。

表2 “3+1”轉(zhuǎn)化觸媒裝填量表

表3 換熱器參數(shù)計(jì)算表

3.1.4 副線裝置改造

考慮到煙氣量和SO2濃度的波動(dòng)，保證轉(zhuǎn)化器各段進(jìn)口溫度，提高轉(zhuǎn)化率，副線設(shè)置如下：

(1)換熱器短路管線。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ換熱器均增加SO2煙氣短路管線。

(2)冷激副線。原一、二段副線保留，增加三、四段副線各一條，電動(dòng)閥門利舊。

3.1.5 轉(zhuǎn)化煙氣余熱的回收

在一、二吸收塔入口各設(shè)置一臺(tái)熱管鍋爐，回收煙氣余熱，生產(chǎn)0.5 MPa低壓蒸汽并入生產(chǎn)管網(wǎng)。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如下：1#熱管鍋爐將煙氣溫度由270 ℃降為180 ℃,鍋爐壓力降≤800 Pa，產(chǎn)汽量3.0 t/h。2#熱管鍋爐將煙氣溫度由210 ℃降為180 ℃,鍋爐煙氣壓力降≤600 Pa，產(chǎn)汽量0.8 t/h。

3.2 干吸系統(tǒng)的改造

隨著酸產(chǎn)量的提高，主要是一吸、二吸熱負(fù)荷加大，對(duì)降溫、冷卻、供水等設(shè)備進(jìn)行了改造。

3.2.1 一吸塔循環(huán)泵

由于采用泵后串酸，技改后串酸量增加，更換一臺(tái)循環(huán)酸泵，流量由360 m3/h增加到400 m3/h。

3.2.2 吸收酸冷卻系統(tǒng)

新上一臺(tái)一吸酸冷卻器，面積由230 m2加大到300 m2；原吸酸冷卻器替換二吸酸冷器；新上一臺(tái)酸冷器循環(huán)水泵，流量由1 250 m3/h增加到1 500 m3/h，給干燥、一吸、二吸酸冷器供水；新上一條DN600供水管線，原供水管線和回水管線并聯(lián)，做為回水管線用；增加200 t/h工業(yè)型冷卻塔2臺(tái)。

3.2.3 二吸塔捕沫層改造

為降低進(jìn)尾氣吸收塔的酸霧含量，二吸塔2層金屬絲網(wǎng)捕沫器改為國(guó)產(chǎn)立式纖維除霧器，共12支元件。

4 試生產(chǎn)情況

2014年7月15日變壓吸附制氧機(jī)投入生產(chǎn)，冶煉富氧濃度由38%提高到60%，冶煉投料量大幅度增加，很快轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行，制酸系統(tǒng)升溫、開(kāi)車接氣一次成功。

4.1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

改造前后硫酸電耗指標(biāo)大幅下降，由89.3 kWh/t下降到80.2 kWh/t，下降幅度為10.19%；改造后進(jìn)轉(zhuǎn)化SO2濃度增加，外排尾氣濃度降低。兩臺(tái)鍋爐總產(chǎn)汽量為2.5 t/h，供給電解車間和貴金屬生產(chǎn)車間使用。蒸汽價(jià)格按170元/t計(jì)算，年可節(jié)約300多萬(wàn)元。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表4(取改造前后6個(gè)月的平均數(shù)據(jù))。

表4 改造前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

4.2 出現(xiàn)的問(wèn)題

(1)三段入口溫度有時(shí)偏低。三段選用的是低溫觸媒，需保證入口溫度在400 ℃以上。當(dāng)冶煉系統(tǒng)停一臺(tái)吹煉爐時(shí)氣濃較低，三段入口溫度偏低，原因是Ⅱ換熱器面積過(guò)大，在Ⅱ換熱器SO2煙氣進(jìn)出口加裝DN1000短路管線及閥門后，該問(wèn)題得到解決。

(2)轉(zhuǎn)化率與設(shè)計(jì)比偏低。實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)氣濃度在8%～10%，轉(zhuǎn)化率在99.78%～99.88%范圍內(nèi)波動(dòng)，低于設(shè)計(jì)值99.88%。根據(jù)轉(zhuǎn)化溫度顯示數(shù)值，四段出口三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度高點(diǎn)與低點(diǎn)溫差在20 ℃。分析原因是四段副線氣體入口處設(shè)在二轉(zhuǎn)電爐出口，靠四段入口太近，副線打開(kāi)時(shí)，主管線內(nèi)的高溫氣體和副線送過(guò)去的低溫氣體混合不均勻，偏離了反應(yīng)的最佳溫度，造成這部分氣體轉(zhuǎn)化效果不好。解決方案是將四段副線由二轉(zhuǎn)電爐出口位置改在電爐進(jìn)口位置。

(3)鍋爐產(chǎn)汽量低。1#熱管鍋爐產(chǎn)汽量在2.0～3.0 t/h，2#熱管鍋爐產(chǎn)汽量在0.5 t/h左右，均低于設(shè)計(jì)值3.0 t/h和0.8 t/h，原因一是進(jìn)轉(zhuǎn)化平均SO2濃度為9%，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)值11%。二是一吸塔出口煙氣溫度比原設(shè)計(jì)高20 ℃。鍋爐出氣口氣室為長(zhǎng)方型結(jié)構(gòu)，施工時(shí)因場(chǎng)地限制，煙氣出口旋轉(zhuǎn)了90°，由長(zhǎng)方型的長(zhǎng)邊出口改到了短邊出口，而原氣體分布板沒(méi)有改動(dòng)，造成熱管內(nèi)氣體分布不均。擬在大修期間采用改動(dòng)氣體分布板或增加熱管面積的辦法解決。

以上(1)和(2)問(wèn)題在2014年10月冶煉小修時(shí)，制酸停車已改造完成。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于冶煉系統(tǒng)提高富氧濃度進(jìn)入制酸系統(tǒng)SO2濃度提高而煙氣量不變的工況條件， “2+2”轉(zhuǎn)化改為“3+1”轉(zhuǎn)化，選用進(jìn)口觸媒，新上2臺(tái)熱管鍋爐的技改方案技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。這次技改主要突出節(jié)能減排這條主線，與大修一起進(jìn)行，采用目前較先進(jìn)成熟的技術(shù)，僅一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成全部改造。改造后設(shè)備工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，沒(méi)增加人員，硫酸產(chǎn)量達(dá)到600 t/d，產(chǎn)出2.5 t/h低壓蒸汽，外排尾氣SO2濃度降低，節(jié)能減排效果明顯，取得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

歐盟鋰電池研究取得突破性進(jìn)展

受歐盟資助的“青獅”項(xiàng)目研究人員在鋰電池研究方面取得突破性進(jìn)展，這將有助于生產(chǎn)出價(jià)格更低、更安全、更環(huán)保的鋰電池。

與鎳氫電池等可充電電池相比，鋰電池具有充電時(shí)間短、儲(chǔ)能容量大等優(yōu)勢(shì)，因此一經(jīng)上市就吸引了電動(dòng)汽車制造商的注意。但是，鋰電池仍有一些缺陷需要改進(jìn)，如容易短路、起火等。此外，其造價(jià)也相對(duì)昂貴。

“青獅”項(xiàng)目研究人員開(kāi)發(fā)出更加環(huán)保的電池材料并減少了化學(xué)物質(zhì)的使用。其新成果包括：改進(jìn)生產(chǎn)流程，使用水系料漿生產(chǎn)電極，以減少電極生產(chǎn)成本和環(huán)境污染；推出新的裝配流程，如使用激光切割和高溫預(yù)處理等技術(shù)，減少生產(chǎn)電池所需的時(shí)間和成本；開(kāi)發(fā)出自動(dòng)化模塊和電池組裝配線，在提高產(chǎn)出量的同時(shí)降低成本；減輕電池模塊重量，使之便于組裝也便于拆解回收。此外，模塊化設(shè)計(jì)和新材料的使用還可使回收商更安全地回收舊電池材料，從而減少垃圾。

目前，項(xiàng)目研究人員已擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，在一些合作伙伴的試點(diǎn)生產(chǎn)線上測(cè)試這些創(chuàng)新工藝。項(xiàng)目合作伙伴大眾、西雅特等汽車品牌還將評(píng)估最終組裝好的鋰電池模塊，研究其是否符合電動(dòng)汽車的技術(shù)要求。

(煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司, 山東 煙臺(tái) 264002)

Energy saving and emission reduction technology transformation of acid-making with copper smelting flue gas and its production practice

GENG Tong, SUN Zi-hu, LI Zhao-hong, LUAN Jian-feng, ZHANG Jun-jie

This paper introduces technology transformation flow-sheet, equipment selection and production practice of acid-making system when the SO2concentration increased to 8%～10%, the acid-making system was originally designed according to low SO2concentration of 6%～8%.

copper; smelting flue gas; sulphuric acid production; technology transformation; production practice

耿 同(1974—)，男，山東煙臺(tái)人，工程師，主要從事安全環(huán)保工作。

2015- 02- 11

TF805.3

B

1672- 6103(2015)06- 0061- 04