郎學(xué)云，戚永輝

(易門銅業(yè)有限公司，云南易門651100)

冶煉煙氣制酸轉(zhuǎn)化工序余熱利用改造與實(shí)踐

郎學(xué)云，戚永輝

(易門銅業(yè)有限公司，云南易門651100)

介紹了120 kt/a銅冶煉煙氣制酸轉(zhuǎn)化余熱利用的改造情況。通過(guò)在轉(zhuǎn)化器一段出口加裝過(guò)熱器，優(yōu)化轉(zhuǎn)化換熱器設(shè)置，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱蒸汽發(fā)電。蒸汽發(fā)電量達(dá)到200 kWh/t，較飽和蒸汽發(fā)電量120 kWh/t增加了80 kWh/t，全年按330 d計(jì)算，每年蒸汽發(fā)電量較飽和蒸汽增加9.5×106kWh。

冶煉煙氣 硫酸生產(chǎn) 余熱利用 轉(zhuǎn)化 過(guò)熱器 技術(shù)改造

易門銅業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱易門銅業(yè))冶煉煙氣制酸裝置的設(shè)計(jì)能力為120 kt/a，于2006年11月建成投運(yùn)，煙氣來(lái)源為“鼓風(fēng)爐+轉(zhuǎn)爐”混合煙氣，采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝。2014年，易門銅業(yè)進(jìn)行銅冶煉中試基地項(xiàng)目改造，采用富氧熔池底吹爐熔煉替代鼓風(fēng)爐，煙氣SO2濃度大幅提升，硫酸產(chǎn)能提高到213 kt/a。該技改項(xiàng)目通過(guò)在轉(zhuǎn)化器一層出口增加過(guò)熱器、加大Ⅲ換熱器面積，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化工序的余熱利用。

1 硫酸現(xiàn)狀說(shuō)明

1.1 硫酸系統(tǒng)改造前后煙氣條件

易門銅業(yè)的“鼓風(fēng)爐+轉(zhuǎn)爐”冶煉煙氣采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸制酸，冶煉中試基地采用“富氧熔池底吹爐+轉(zhuǎn)爐”工藝對(duì)冶煉系統(tǒng)進(jìn)行改造后，其脫硫率大幅提升，冶煉煙氣成分有較大變化。改造前后的煙氣條件如表1和表2。

1.2 改造前轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝流程

改造前轉(zhuǎn)化工序采用“3+1”、ⅢⅠ-ⅣⅡ二次轉(zhuǎn)化換熱流程。工藝流程如圖1所示。

銅冶煉系統(tǒng)技改后，煙氣SO2濃度大幅提高，轉(zhuǎn)化工序熱量富余量大，需對(duì)轉(zhuǎn)化各換熱器面積進(jìn)行重新核算并調(diào)整后方可滿足工藝要求。

1.3 轉(zhuǎn)化富余熱量測(cè)算

利用表2煙氣設(shè)計(jì)條件對(duì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算，得到改造后所需換熱面積情況如表3。

改造后一吸塔進(jìn)口煙氣溫度將達(dá)到274 ℃，一般一吸塔進(jìn)口煙氣溫度控制在175 ℃，富余熱量約為103 49 MJ/h，需增加省煤器或其他方式移除。

表1 改造前進(jìn)凈化的煙氣成分及煙氣量(混合煙氣最大量)

表2 改造后進(jìn)凈化的煙氣成分及煙氣量(混合煙氣最大量)

圖1 硫酸裝置轉(zhuǎn)化工藝流程

項(xiàng) 目Ⅰ換熱器/m2Ⅱ換熱器/m2Ⅲ換熱器/m2Ⅳ換熱器/m2一吸塔進(jìn)口煙氣溫度/℃改造前926102435403890173改造后測(cè)算1383131117283772274

2 工藝改造方案

2.1 帶過(guò)熱器的轉(zhuǎn)化工序工藝流程

轉(zhuǎn)化工序余熱通常采用省煤器、三氧化硫冷卻器等方式移除，通過(guò)對(duì)冶煉系統(tǒng)蒸汽量、轉(zhuǎn)化工序富余熱量進(jìn)行測(cè)算，提出在轉(zhuǎn)化器一層出口加裝過(guò)熱器對(duì)富氧熔池熔煉底吹爐生產(chǎn)的飽和蒸汽過(guò)熱后發(fā)電、轉(zhuǎn)化器一層出口溫度由580 ℃下降到503 ℃的技改方案[1-2]。改造后的工藝流程圖如圖2。

圖2 帶過(guò)熱器的轉(zhuǎn)化工序工藝流程

2.2 設(shè)置過(guò)熱器后轉(zhuǎn)化換熱面積

轉(zhuǎn)化器一層出口加裝過(guò)熱器后，對(duì)轉(zhuǎn)化Ⅰ，Ⅲ換熱器影響大，轉(zhuǎn)化器一層出口煙氣部分熱量用于過(guò)熱蒸汽。重新核算各換熱器的換熱面積如下表4。

表4 加裝過(guò)熱器后轉(zhuǎn)化所需換熱面積 m2

由表4可見(jiàn)：在一層出口加裝過(guò)熱器后，通過(guò)調(diào)整Ⅲ換熱器的換熱面積，進(jìn)一吸塔煙氣溫度可以有效控制。因此，采用在轉(zhuǎn)化器一層出口加裝過(guò)熱器、同時(shí)對(duì)Ⅲ換熱器進(jìn)行更換的技改方案可行。

3 主要指標(biāo)及運(yùn)行效果

易門銅業(yè)冶煉中試基地于2014年4月建設(shè)完成，余熱發(fā)電系統(tǒng)于2015年6月建成投產(chǎn)，配套的制酸系統(tǒng)技改經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)基本正常。

3.1 主要工藝指標(biāo)

改造后主要工藝指標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 改造后主要工藝指標(biāo)

由表5可見(jiàn)：由于轉(zhuǎn)化煙氣二氧化硫濃度較設(shè)計(jì)值略有上升，為控制轉(zhuǎn)化器一層出口溫度，通過(guò)冷副線閥調(diào)整，適當(dāng)降低了轉(zhuǎn)化器一層進(jìn)口煙氣溫度，整體運(yùn)行基本達(dá)到要求。

3.2 換熱器運(yùn)行情況

增加過(guò)熱器主要影響Ⅰ，Ⅲ換熱器，這里僅對(duì)Ⅰ，Ⅲ換熱器運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 Ⅰ，Ⅲ換熱器技術(shù)參數(shù)

從表6可見(jiàn)：換熱器實(shí)際運(yùn)行值與設(shè)計(jì)值出現(xiàn)不同程度的偏差。其中Ⅲ換熱器SO2煙氣出口溫度未能達(dá)到設(shè)計(jì)值的374.1 ℃。再經(jīng)Ⅰ換熱器換熱過(guò)程中，換熱量較大，影響轉(zhuǎn)化器二層進(jìn)口溫度控制，目前轉(zhuǎn)化器二層入口溫度按440～445 ℃控制，能滿足轉(zhuǎn)化率的要求。

3.3 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

過(guò)熱器自2015年6月投運(yùn)以來(lái)，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表7可見(jiàn)：一吸塔煙氣入口溫度較設(shè)計(jì)值略有上升，說(shuō)明經(jīng)過(guò)熱器移除部分熱量后仍存在富余，能滿足轉(zhuǎn)化系統(tǒng)熱平衡需要。蒸汽發(fā)電量達(dá)到200 kWh/t，較飽和蒸汽發(fā)電量120 kWh/t增加了80 kWh/t，全年按330 d計(jì)算，每年蒸汽發(fā)電量較飽和蒸汽增加9.5×106kWh。

4 出現(xiàn)的問(wèn)題

由于底吹熔池熔煉的生產(chǎn)組織特性，底吹爐存在周期性轉(zhuǎn)出更換氧槍和清理結(jié)焦，給硫酸系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患。在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)增加蓄熱器滿足底吹爐周期性轉(zhuǎn)出需求，但在實(shí)際運(yùn)行中仍暴露出問(wèn)題，主要有以下2個(gè)方面。

4.1 蓄熱器應(yīng)急供應(yīng)蒸汽時(shí)間不足，過(guò)熱器運(yùn)行存在隱患

蓄熱器的設(shè)計(jì)按底吹爐常規(guī)轉(zhuǎn)出2 h計(jì)算，但由于易門銅業(yè)原料來(lái)源復(fù)雜，雜質(zhì)成分較高，底吹爐轉(zhuǎn)出清理結(jié)焦時(shí)間常出現(xiàn)超過(guò)3 h以上，導(dǎo)致底吹爐、轉(zhuǎn)爐后期蒸汽供應(yīng)不足，給過(guò)熱器安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

4.2 Ⅲ換熱器換熱效果未達(dá)到預(yù)期

Ⅲ換熱器換熱系數(shù)取值按26 W/(m2·K)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)測(cè)算僅能達(dá)到21 W/(m2·K)左右，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器二層入口溫度較設(shè)計(jì)值偏低。在系統(tǒng)復(fù)產(chǎn)初期，轉(zhuǎn)化器二層入口溫度提升較慢。

5 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐表明：通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化換熱流程的優(yōu)化，利用轉(zhuǎn)化余熱對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行過(guò)熱后發(fā)電，在實(shí)踐中是可行的。在前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮各設(shè)備的選型，針對(duì)不同工況下的煙氣條件，適當(dāng)放大操作余量。

隨著富氧熔煉技術(shù)的發(fā)展，高濃度煙氣制酸越來(lái)越成為一種趨勢(shì)，硫酸富余熱量也隨之增加。本技改方案的實(shí)施，對(duì)如何在現(xiàn)有裝置的條件下，充分發(fā)揮系統(tǒng)潛能，通過(guò)局部改造，實(shí)現(xiàn)硫酸余熱的綜合回收具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

[1] 孫冶忠.金川集團(tuán)化工廠銅冶煉煙氣制酸中溫位余熱發(fā)電回收[J].有色冶金工程，2015(6)：100-104.

[2] 白海軍，楊源滿，張風(fēng)坡.蒸汽過(guò)熱裝置在過(guò)熱蒸汽發(fā)電技術(shù)中的應(yīng)用[J].節(jié)能，2016(5)：67-68.

Retrofit and practice of waste heat utilization in smelting flue gas acid process

LANGXueyun,QIYonghui

(Yimen Copper Co., Ltd., Yinmen, Yunnan, 651100, China)

The overview of the utilization of waste heat from the 120 kt/a copper smelting flue gas acid plant was summarized. The power generation by the superheated steam can be achieved by adding a super-heater at the outlet of the first conversion section and optimizing the conversion heat exchanger. Power generation capacity by the superheated steam is 200 kWh/t. Compare with the power generation capacity by the saturated steam, which is 120 kWh/t, the capacity has increased by 80 kWh/t. Calculation based on 330 days per year shows that the superheated steam can increase 9.5×106kWh more power than saturated steam annually.

smelting flue gas; sulphuric acid production; waste heat utilization; conversion; super-heater; retrofit technology

2017-04-11。

郎學(xué)云，男，易門銅業(yè)有限公司工程師，主要從事硫酸生產(chǎn)管理工作。電話：13887729295；E-mail: 49513670@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)06-0024-03