林天云，徐潔書

（銅陵有色金屬集團(tuán)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(tuán)股份有限公司銅冠冶化分公司（以下簡稱銅冠冶化）有2 套400 kt/a 硫鐵礦制酸系統(tǒng)，主要用于處理公司內(nèi)部礦山銅選尾礦硫精砂和高硫鐵，分別于2007 年和2009 年建成投產(chǎn)。兩套系統(tǒng)配置相同，均采用ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝。硫酸生產(chǎn)裝置投入運(yùn)行后，運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)主要指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)值。受硫酸市場價(jià)格的影響，銅冠冶化對(duì)原料配比進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后入爐原料含硫w(S)僅為28%左右，較原設(shè)計(jì)值36%相差較大，導(dǎo)致進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序的煙氣SO2濃度降低，轉(zhuǎn)化器各段溫度過低。為適應(yīng)工藝條件的變化，銅冠冶化對(duì)轉(zhuǎn)化工序進(jìn)行了相應(yīng)的改造。

1 轉(zhuǎn)化工序工藝流程

轉(zhuǎn)化工序工藝流程見圖1[1]。

從SO2鼓風(fēng)機(jī)來的冷氣體（俗稱一次氣），經(jīng)Ⅲ換熱器和Ⅰ換熱器加熱到425 ℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段催化劑層。經(jīng)轉(zhuǎn)化器一段、二段和三段催化劑層催化氧化后，SO2轉(zhuǎn)化率約為94.7%，生成的SO3氣體經(jīng)換熱器換熱后再經(jīng)省煤器換熱，溫度降至180℃送往一吸塔制取硫酸。一吸塔出來的SO2氣體(俗稱二次氣)經(jīng)Ⅳ換熱器和Ⅱ換熱器加熱到430 ℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段催化劑層進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后SO2總轉(zhuǎn)化率不低于99.80%，生成的SO3氣體經(jīng)Ⅳ換熱器換熱降溫后送往二吸塔制取硫酸。在各換熱器進(jìn)行換熱時(shí)，被加熱的SO2氣體走換熱器的殼程，而被冷卻的SO3氣體則走換熱器的管程。

圖1 轉(zhuǎn)化工序工藝流程

2 轉(zhuǎn)化工序運(yùn)行狀況及存在問題

2.1 運(yùn)行狀況

原料配比調(diào)整后，硫酸產(chǎn)量由原來的800 kt/a降低到720 kt/a，煙氣中SO2濃度降低，干吸稀釋閥長期處于關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)化器入口煙氣φ(SO2)最高僅為8.50%左右。轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口煙氣溫度偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)值425 ℃，其他各段溫度可調(diào)節(jié)范圍較小，轉(zhuǎn)化工序難以達(dá)到熱平衡，轉(zhuǎn)化率偏低。轉(zhuǎn)化工序主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)見表1。

2.2 存在的問題

2.2.1 Ⅲ換熱器內(nèi)酸泥堆積嚴(yán)重

轉(zhuǎn)化器三段出口煙氣的溫度偏低或干燥塔除沫不充分，均會(huì)導(dǎo)致煙氣夾帶酸霧，酸霧隨著煙氣進(jìn)入Ⅲ換熱器，在換熱器內(nèi)形成積酸，對(duì)換熱器列管造成腐蝕，出現(xiàn)內(nèi)漏、串氣現(xiàn)象。同時(shí)換熱管束間隙長期堆積酸泥，煙氣通道堵塞嚴(yán)重，含SO2的煙氣流通量減小，換熱效率大大降低，系統(tǒng)熱平衡難以維持[2]。

表1 轉(zhuǎn)化工序主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)

2.2.2 Ⅳ換熱器積酸嚴(yán)重

因一吸塔出口纖維除沫器除沫效果不佳等原因，Ⅳ換熱器內(nèi)出現(xiàn)積酸現(xiàn)象，造成列管腐蝕、串氣；少量含SO2的煙氣沒有進(jìn)入催化劑層，而是直接通過腐蝕泄露點(diǎn)進(jìn)入尾氣吸收裝置，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率偏低，尾氣脫硫耗堿量增加。另外，出現(xiàn)腐蝕串氣的列管不易維修，通常采取封堵的措施處理，但封堵的管束多了，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器的有效換熱面積減少，出現(xiàn)了Ⅳ換熱器換熱面積不足的情況。

2.2.3 催化劑裝填系數(shù)低

催化劑的裝填量對(duì)SO2轉(zhuǎn)化率的影響較大，催化劑裝填量的不足也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率偏低。目前采用的是VK38 系列催化劑，轉(zhuǎn)化器一至四段裝填量分別是58，62，65 和85 m3，總裝填系數(shù)為225 L/(t·d)，與國內(nèi)同類產(chǎn)品的裝填系數(shù)260～300 L/(t·d)相比，明顯偏低。

3 轉(zhuǎn)化工序的改進(jìn)

3.1 改進(jìn)措施

為了減少積酸和酸泥對(duì)換熱器的腐蝕，提高換熱器的換熱面積，提出以下改進(jìn)措施：

1）新增Ⅲb換熱器。新增l 臺(tái)換熱器Ⅲb與原有Ⅲ換熱器（此時(shí)稱Ⅲa）串聯(lián)使用，作為新的Ⅲ換熱器，可提高轉(zhuǎn)化工序的操作彈性。由于冷煙氣在Ⅲb換熱器中走殼程，下進(jìn)上出，為減少干燥塔絲網(wǎng)除沫器堵塞或損壞引起的酸霧波動(dòng)對(duì)換熱器造成的腐蝕，提高換熱器管束的耐腐蝕性，同時(shí)兼顧改造成本，在Ⅲb換熱器管束的下半段進(jìn)行滲鋁處理。

2）新增Ⅳb換熱器。在Ⅳ換熱器前增加1 臺(tái)小換熱器Ⅳb，該換熱器全部采用316L 不銹鋼制作，與原有的Ⅳ換熱器（此時(shí)稱Ⅳa）串聯(lián)使用，作為新的Ⅳ換熱器。為避免冷凝酸在換熱器中累積腐蝕管束，一吸塔出口煙氣在Ⅳb換熱器中走管程，先進(jìn)入Ⅳb換熱器管程底部，經(jīng)過換熱后從管程上部出來，再進(jìn)入Ⅳa換熱器的殼程下口，在Ⅳa換熱器中再次進(jìn)行換熱。此時(shí)煙氣中的酸霧形成的冷凝酸匯集到Ⅳb換熱器的底部，可在檢修時(shí)定期排出，避免與管束長期接觸，減少對(duì)設(shè)備的腐蝕。

3）催化劑裝填量調(diào)整。根據(jù)轉(zhuǎn)化器各段的轉(zhuǎn)化率及換熱面積進(jìn)行計(jì)算，調(diào)整催化劑的裝填量。將轉(zhuǎn)化器各段的催化劑取出進(jìn)行篩分并回填，在一至四段上部分別添加9，15，18 和31 m3孟莫克XLP110 型新鮮催化劑。重新裝填后，總裝填系數(shù)達(dá)285 L/(t·d)，確保各段SO2轉(zhuǎn)化充分。調(diào)整后的催化劑裝填量見表2。

表2 調(diào)整后的催化劑裝填量

改進(jìn)后的轉(zhuǎn)化工序工藝流程見圖2。

圖2 改進(jìn)后的轉(zhuǎn)化工序工藝流程

3.2 運(yùn)行效果

轉(zhuǎn)化工序改進(jìn)后，裝置對(duì)煙氣中SO2濃度的適應(yīng)范圍更寬，對(duì)各段進(jìn)口煙氣的溫度調(diào)節(jié)更方便靈活，換熱器的腐蝕、堵塞等現(xiàn)象明顯減少。轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口煙氣溫度達(dá)到了設(shè)計(jì)值425 ℃，轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99.80%以上，主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 改進(jìn)后轉(zhuǎn)化工序主要運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)語

銅冠冶化硫鐵礦制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化工序改造后半年以來運(yùn)行情況良好，系統(tǒng)轉(zhuǎn)化熱平衡的問題得到徹底解決，裝置對(duì)煙氣的適應(yīng)性明顯增強(qiáng)。工藝指標(biāo)得到進(jìn)一步優(yōu)化，大大減少了尾氣脫硫的耗堿量，節(jié)約了成本，提高了資源的利用率，可為同行業(yè)處理低品位硫鐵礦提供借鑒。