岳鳳洲，姚 強(qiáng)，張建康，劉 琳，劉 偉

（陜西鋅業(yè)有限公司，陜西商州726007）

陜西鋅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱陜西鋅業(yè)）前身為商洛冶煉廠，1986年籌建，1989年12月投產(chǎn)，2004年7月加入陜西有色金屬控股集團(tuán)有限責(zé)任公司。陜西鋅業(yè)依據(jù)國(guó)家發(fā)改委2007年4月發(fā)布的《鉛鋅行業(yè)準(zhǔn)入條件》及時(shí)申報(bào)后，獲批建設(shè)100 kt/a電鋅焙燒及煙氣制酸項(xiàng)目，委托中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司優(yōu)化設(shè)計(jì)了109 m2鋅精礦流態(tài)化焙燒爐及配套的制酸裝置。該裝置于2008年3月1日開(kāi)工建設(shè)，2009年5月建成，6月1日首次投料開(kāi)車試產(chǎn)成功。該套裝置的建成投運(yùn)，標(biāo)志著陜西鋅業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)裝備水平實(shí)現(xiàn)了發(fā)展超越。該裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近12年來(lái)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率較高，主要生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)內(nèi)較好水平[1]。

1 特點(diǎn)回顧

該套裝置在設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行等方面的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在以下10個(gè)方面：

1）筑爐技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新突破。新建109 m2流態(tài)化焙燒爐在國(guó)內(nèi)首次使用了爐頂整澆施工技術(shù)[2]。生產(chǎn)實(shí)踐證明：大型流態(tài)化焙燒爐爐頂采用整體澆筑技術(shù)是成功的，不僅施工工期短，成本低，耗材少，而且有利于解決異型磚砌筑爐頂傳統(tǒng)施工中存在的諸多行業(yè)難題。

2）風(fēng)帽使用壽命長(zhǎng)。109 m2流態(tài)化焙燒爐原設(shè)計(jì)使用10 882個(gè)直吹式風(fēng)帽，實(shí)際施工安裝10 901個(gè)風(fēng)帽，采用特種材質(zhì)精密鑄造，一次制造安裝，永久使用。

3）高效冷卻圓筒和拋料機(jī)設(shè)備使用效果好。陜西鋅業(yè)180 kt/a硫酸裝置設(shè)計(jì)采用1臺(tái)規(guī)格為φ1 920 mm×9 600 mm、生產(chǎn)能力為20 t/h的高效冷卻圓筒冷卻鋅焙砂，循環(huán)水進(jìn)入有效換熱面積為109 m2的內(nèi)置腔內(nèi)，與外壁流動(dòng)的熱焙砂間接換熱，傳動(dòng)功率僅18.5 kW，水耗低，冷卻效率高，密封條件好，沒(méi)有水汽外溢現(xiàn)象。109 m2流態(tài)化焙燒爐進(jìn)料口設(shè)置帶速18.5 m/s、生產(chǎn)能力為25 t/h的2臺(tái)拋料機(jī)同時(shí)進(jìn)料，徹底解決了傳統(tǒng)流態(tài)化焙燒爐進(jìn)料管易堵塞、磨損快和難密封等問(wèn)題。

4）余熱利用效率高。陜西鋅業(yè)109 m2鋅精礦流態(tài)化焙燒爐配置了1臺(tái)設(shè)計(jì)蒸發(fā)量為28 t/h的飽和蒸汽余熱鍋爐，配套德國(guó)德蘭賽蘭公司生產(chǎn)的NADROWSKI B5S-3+B7S-3型飽和蒸汽抽凝式透平發(fā)電機(jī)組，同時(shí)采用2種設(shè)備回收工藝余熱：一是投產(chǎn)后技改采用了1臺(tái)高效熱管省煤器回收轉(zhuǎn)化工序高溫SO3煙氣的余熱[3]，二是原設(shè)計(jì)安裝了2臺(tái)流態(tài)化冷卻器，可以回收流態(tài)化焙燒爐排出的高溫鋅焙砂余熱，用于加熱鍋爐給水。采取上述余熱回收措施后，余熱鍋爐實(shí)際蒸發(fā)量從28 t/h提高到33~35 t/h，且余熱鍋爐所產(chǎn)飽和蒸汽實(shí)現(xiàn)了能源梯級(jí)高效利用，實(shí)際發(fā)電2.2×107kWh/a左右（不含企業(yè)冬季采暖）。該余熱鍋爐的投用取代了濕法煉鋅工藝加熱用的3臺(tái)燃煤蒸汽鍋爐，根據(jù)測(cè)算，節(jié)省煙煤約40 kt/a，減排SO2約1 200 t/a，環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著[4]。

5）電收塵器收塵效率較高。80 m2電收塵器設(shè)計(jì)有4個(gè)電場(chǎng)，收塵采用C形極板和溢流螺旋密封，電控部分采用穩(wěn)定可靠的恒流源和95瓷絕緣瓷套等先進(jìn)設(shè)備和材料。電收塵器出口煙氣中塵(ρ)可以控制在55 mg/m3以下，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)值小于等于200 mg/m3相比，每年可多回收含鋅煙塵92.8 t，降低了凈化工序外排稀酸中的塵含量，提高了資源利用率和企業(yè)效益。

6）脫氟和協(xié)同脫汞效果好。2010年7月首次停爐檢修時(shí)，陜西鋅業(yè)對(duì)凈化工序洗滌塔內(nèi)海爾環(huán)主填料層上部的瓷質(zhì)填料腐蝕情況做了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)每年氟對(duì)瓷質(zhì)填料的腐蝕率高達(dá)77.92%。此后，把凈化工序的水玻璃添加量提高到30~50 kg/d，凈化后煙氣中的氟質(zhì)量濃度一般不超過(guò)1 mg/m3（近12年平均值為1.08 mg/m3），2011年以來(lái)均未發(fā)現(xiàn)干燥塔內(nèi)的瓷質(zhì)填料有明顯的氟腐蝕粉化現(xiàn)象。2012—2014年，陜西鋅業(yè)作為全國(guó)僅有的2家試點(diǎn)單位之一，參加了原環(huán)境保護(hù)部對(duì)外合作司牽頭組織的鋅冶煉行業(yè)汞排放普查調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，陜西鋅業(yè)180 kt/a硫酸裝置脫硫前尾氣中的汞質(zhì)量濃度平均為564 μg/m3，氧化鋅脫硫裝置投運(yùn)正常后，外排尾氣中的汞質(zhì)量平均濃度為19 μg/m3，氧化鋅濕法脫硫協(xié)同脫汞效率為96.63%[5]。

7）二氧化硫轉(zhuǎn)化率較高。陜西鋅業(yè)180 kt/a硫酸裝置是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)投運(yùn)的第7套109 m2流態(tài)化焙燒爐煙氣制酸裝置。該裝置在施工設(shè)計(jì)和建設(shè)中，立足企業(yè)實(shí)際，盡可能借鑒了國(guó)內(nèi)同類裝置的先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)技術(shù)改造和優(yōu)化操作參數(shù)，在全部采用國(guó)產(chǎn)催化劑的情況下，SO2轉(zhuǎn)化率可以連續(xù)穩(wěn)定在99.8%以上，尾氣ρ(SO2)保持在500 mg/m3左右[2007年原設(shè)計(jì)尾氣ρ(SO2)≤944 mg/m3]，2009年6月至2020年12月制酸系統(tǒng)正常生產(chǎn)平均開(kāi)車率為91.35%，累計(jì)生產(chǎn)工業(yè)濃硫酸2 149.11 kt，平均產(chǎn)酸速率23.163 1 t/h。

8）尾氣脫硫?qū)崿F(xiàn)了新突破。陜西鋅業(yè)180 kt/a硫酸裝置2007年原設(shè)計(jì)采用“3+1”二轉(zhuǎn)二吸工藝，進(jìn)轉(zhuǎn)化器φ(SO2)為7.35%，煙氣流量為69 122 m3/h，SO2轉(zhuǎn)化率為99.6%，總吸收率為99.95%，尾氣ρ(SO2)為944 mg/m3，符合 GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。投運(yùn)3年后，實(shí)際生產(chǎn)受原料硫含量波動(dòng)等因素影響，煙氣流量在50 000~80 000 m3/h波動(dòng)，尾氣ρ(SO2)在300~1 300 mg/m3。為適應(yīng)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)并保證外排尾氣連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在廣泛深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，陜西鋅業(yè)于2013年設(shè)計(jì)建設(shè)了1套氧化鋅高效脫硫裝置。這套脫硫裝置采用氧化鋅全氧化工藝，并進(jìn)行了8個(gè)方面的改進(jìn)和優(yōu)化[6]，2014年5月建成投運(yùn)。脫硫劑來(lái)自鋅精礦焙燒工序電收塵器所產(chǎn)含鋅煙塵，無(wú)需外購(gòu)，脫硫后所產(chǎn)硫酸鋅漿液泵入濕法煉鋅浸出工序回用，脫硫過(guò)程中不產(chǎn)生新的“三廢”。

9）重要管件采用國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。主要有兩類：一是高溫高壓受熱件成功采用了國(guó)產(chǎn)化優(yōu)質(zhì)鋼材。冷卻水套和余熱鍋爐第一煙道鍋爐管漏水曾是制約20世紀(jì)中國(guó)硫酸行業(yè)焙燒設(shè)備的兩大難題。陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐冷卻水套和余熱鍋爐第一煙道鍋爐管設(shè)計(jì)均采用12Cr1MoV管材，委托蘇州海陸重工股份有限公司從上海寶鋼公司定點(diǎn)制造12Cr1MoV優(yōu)質(zhì)管材，并專業(yè)規(guī)范加工、制作、安裝，基本解決了流態(tài)化焙燒爐冷卻水套和余熱鍋爐第一煙道鍋爐管漏水兩大難題。二是濃硫酸管道成功采用了國(guó)產(chǎn)316L優(yōu)質(zhì)管材。陜西鋅業(yè)180 kt/a硫酸裝置干吸和成品工序濃硫酸輸送設(shè)計(jì)施工全部采用316L管材，并從太原鋼鐵公司不銹鋼廠定點(diǎn)采購(gòu)316L管材和專用配套管件，濃酸管道未采用陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，法蘭密封采用F4材質(zhì)的國(guó)產(chǎn)板材，基本消除了過(guò)去11年生產(chǎn)過(guò)程中的濃硫酸鑄鐵管件腐蝕泄漏事故。

10）關(guān)鍵設(shè)備和儀表從德國(guó)和日本進(jìn)口。主要有三類：一是SFP9型二氧化硫風(fēng)機(jī)從德國(guó)西門子公司原裝進(jìn)口，電機(jī)功率比國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品S2250-16型風(fēng)機(jī)低240 kW，而且聯(lián)鎖約束條件少，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行安全高效；二是余熱鍋爐所用熱水循環(huán)泵和給水泵從日本進(jìn)口（酉島制作所原裝），價(jià)格低于德國(guó)KSB產(chǎn)品和美國(guó)ITT兩種同類產(chǎn)品，連續(xù)運(yùn)行10年比較平穩(wěn)；三是溫度、壓力、濃硫酸濃度計(jì)、流量、液位等主要儀表及傳感器從德國(guó)西門子公司采購(gòu)，性能和質(zhì)量安全可靠，適應(yīng)DCS控制要求。

2 運(yùn)行回顧

從2009年6月1日至2020年12月31日，陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐實(shí)際運(yùn)行93 107.41 h，正常生產(chǎn)開(kāi)車率91.67%，累計(jì)生產(chǎn)硫酸2 149 113.5 t，達(dá)到國(guó)內(nèi)同類裝置較好水平。109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸系統(tǒng)運(yùn)行情況見(jiàn)表1。

表1 109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸系統(tǒng)運(yùn)行情況

從陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸系統(tǒng)近12年的運(yùn)行過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)停產(chǎn)有4種情況：停爐檢修、臨時(shí)燜爐小修、突然停電和大修后烤爐。

停產(chǎn)總時(shí)間8 460.59 h，其中首次開(kāi)爐升溫30 h，占比0.35%。

2.1 停爐檢修

運(yùn)行期間停爐檢修累計(jì)18次共5 893.30 h，占停產(chǎn)總時(shí)間8 460.59 h的69.66%。各類原因?qū)е峦t檢修的次數(shù)和占比見(jiàn)表2。

表2 各類原因?qū)е峦t檢修次數(shù)、時(shí)間及占比情況

2.2 燜爐小修

燜爐小修實(shí)際發(fā)生262次共2 408.49 h，占停產(chǎn)總時(shí)間的28.47%。余熱鍋爐結(jié)塊、管壁滲漏、二氧化硫風(fēng)機(jī)跳閘、陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸冷卻器和冷卻圓筒局部滲漏等5種故障是導(dǎo)致?tīng)F爐小修的常見(jiàn)多發(fā)故障，占燜爐時(shí)間的55.35%。按工序統(tǒng)計(jì)各類故障導(dǎo)致的燜爐停車具體情況見(jiàn)表3和表4，此外，DCS故障導(dǎo)致?tīng)F爐次數(shù)為2次，占比0.76%，時(shí)間為8.217 h，占比0.34%。

表3 2009—2020年焙燒工序故障燜爐停產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表

表4 2009—2020年制酸及脫硫工序故障燜爐停產(chǎn)統(tǒng)計(jì)

2.3 大修后烤爐

大修后烤爐只在2013年年度檢修后發(fā)生1次104 h，占停產(chǎn)總時(shí)間的1.23%。

2.4 突然停電

突然停電累計(jì)24次共24.8 h，占停產(chǎn)總時(shí)間的0.29%。

3 過(guò)程控制主要指標(biāo)

主要分析運(yùn)行過(guò)程中與收塵和煙氣制酸有關(guān)的指標(biāo)的實(shí)際情況。

3.1 煙氣收塵和凈化指標(biāo)

煙氣收塵和凈化指標(biāo)包括電收塵器出口煙氣塵含量，以及二氧化硫風(fēng)機(jī)出口煙氣酸霧、水分、塵、氟共5項(xiàng)指標(biāo)，詳見(jiàn)表5。

表5 煙氣收塵和制酸凈化指標(biāo) ρ: mg/m3

由表5分析可見(jiàn)：受進(jìn)口鋅精礦原料粒度較細(xì)等因素影響，凈化后煙氣塵含量波動(dòng)較大，今后提產(chǎn)增效仍需高度重視。

3.2 轉(zhuǎn)化率、吸收率和煙氣脫硫指標(biāo)

2009年6月至2020年12月的轉(zhuǎn)化率、吸收率和煙氣脫硫指標(biāo)平均值見(jiàn)表6。

表6 109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸運(yùn)行指標(biāo)

4 存在的主要問(wèn)題

回顧陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸系統(tǒng)2009年6月至2020年12月實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，提高系統(tǒng)開(kāi)車率仍然是今后挖潛增效和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高效益生存發(fā)展的最有效途徑。要提高系統(tǒng)開(kāi)車率，應(yīng)重點(diǎn)研究解決以下4個(gè)方面的問(wèn)題：

1）水質(zhì)問(wèn)題。冷卻圓筒和國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極保護(hù)濃硫酸冷卻器設(shè)備是焙燒和干吸工序的兩種主要換熱設(shè)備，近12年來(lái)因上述設(shè)備漏液導(dǎo)致?tīng)F爐小修73次，停產(chǎn)651.869 h，占小修停產(chǎn)總時(shí)間的27.07%。為了查清漏液原因，陜西鋅業(yè)分別在2009年11月和2013年12月做了水質(zhì)檢測(cè)分析，將兩次檢測(cè)結(jié)果取平均值，用水硬度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7，設(shè)備結(jié)垢成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 用水硬度檢測(cè)結(jié)果

表8 設(shè)備結(jié)垢成分檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)表7~8數(shù)據(jù)、原設(shè)計(jì)建設(shè)實(shí)際和生產(chǎn)運(yùn)行情況綜合分析可知，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢的主要原因有2個(gè)：一是設(shè)計(jì)依據(jù)偏離生產(chǎn)實(shí)際，二是循環(huán)水總硬度太大。由于陜西鋅業(yè)裝置原設(shè)計(jì)依據(jù)中水質(zhì)硬度較低，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟水設(shè)備處理能力不足，效率偏低。陜西鋅業(yè)地處缺水地區(qū)，不允許循環(huán)水大量置換，導(dǎo)致循環(huán)水實(shí)際總硬度超過(guò)2#深水井供水6倍，設(shè)備極易結(jié)垢。建議調(diào)研導(dǎo)潔（北京）環(huán)境科技有限公司等成熟先進(jìn)的防垢技術(shù)，結(jié)合陜西鋅業(yè)實(shí)際工況要求，優(yōu)選后設(shè)計(jì)建設(shè)專用循環(huán)水軟水補(bǔ)水站，徹底解決設(shè)備結(jié)垢問(wèn)題，進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2）鍋爐鋼質(zhì)量問(wèn)題。自從二十世紀(jì)九十年代國(guó)產(chǎn)12Cr1MoV優(yōu)質(zhì)管材用來(lái)制造焙燒爐冷卻水套和余熱鍋爐高溫區(qū)換熱鰭片以來(lái)，這一材質(zhì)的進(jìn)步帶動(dòng)我國(guó)硫酸工業(yè)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足進(jìn)步和高效安全生產(chǎn)。但是，隨著焙燒爐和余熱鍋爐設(shè)備大型化進(jìn)程的加速，國(guó)內(nèi)大中型企業(yè)急需鋼鐵行業(yè)開(kāi)發(fā)比12Cr1MoV更耐沖刷更耐高溫的材料。以陜西鋅業(yè)為例，近12年來(lái)由于焙燒爐水套和余熱鍋爐滲漏水導(dǎo)致停產(chǎn)共計(jì)25次1 133.82 h（其中燜爐小修19次240.59 h，停爐檢修5次893.23 h），占停產(chǎn)總時(shí)間8 460.59 h的13.40%。由此可見(jiàn)，加速研發(fā)更耐沖刷更耐高溫的鍋爐管新材料和制造技術(shù)，對(duì)我國(guó)冶金化工行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有重大現(xiàn)實(shí)意義。

3）關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。在國(guó)內(nèi)鋅冶煉行業(yè)，強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐用熱水循環(huán)泵、高中壓飽和蒸汽余熱發(fā)電機(jī)組、二氧化硫風(fēng)機(jī)、硫酸板式換熱器等關(guān)鍵設(shè)備的制造技術(shù)目前仍需要依賴德國(guó)、日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)已經(jīng)連續(xù)十多年穩(wěn)居全球硫酸和電鋅生產(chǎn)和消費(fèi)首位，行業(yè)綜合實(shí)力正在逐年持續(xù)提高。高性能高質(zhì)量的大型關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化技術(shù)仍是行業(yè)難題和發(fā)展短板。以陜西鋅業(yè)為例，為了節(jié)省建設(shè)投資和加速建設(shè)進(jìn)度，陜西鋅業(yè)2008年訂購(gòu)了1臺(tái)熱水循環(huán)泵（國(guó)內(nèi)中外合資廠制造，28 t/h強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐用）和1臺(tái)2 240 kW的國(guó)內(nèi)某廠制造的二氧化硫風(fēng)機(jī)，近12年的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐表明，中外合資熱水泵和國(guó)產(chǎn)二氧化硫風(fēng)機(jī)質(zhì)量和性能均較落后，故障較多，能耗較高，因熱水循環(huán)泵和二氧化硫風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致的停產(chǎn)檢修事故比較常見(jiàn)，目前落后的熱水循環(huán)泵和二氧化硫風(fēng)機(jī)已經(jīng)淘汰或停運(yùn)。隨著152 m2和186 m2流態(tài)化焙燒爐的研發(fā)和成功推廣[7]，建議全面深度加快國(guó)產(chǎn)化研發(fā)制造關(guān)鍵設(shè)備和材料的步伐。

4）中、低溫余熱利用技術(shù)在設(shè)計(jì)建設(shè)施工階段滯后。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，中、低溫余熱利用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)日益成熟，并在新建大、中型硫酸裝置中加速了推廣應(yīng)用步伐。在陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐及制酸系統(tǒng)中，分別成功采用了流態(tài)化冷卻器和熱管省煤器回收鋅焙砂和轉(zhuǎn)化工序三氧化硫的余熱資源，效果較好。但是，由于在項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)階段沒(méi)有考慮后續(xù)發(fā)展余地，所以電收塵器出口的煙氣余熱和干吸工序的低溫工藝余熱的資源利用目前仍比較困難。據(jù)初步測(cè)算，如果有場(chǎng)地采用成熟的低溫余熱回收技術(shù)，在陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐配套的180 kt/a硫酸裝置干吸工序，預(yù)計(jì)可以增加9~13 t/h、0.6~0.8 MPa的飽和蒸汽。建議新建大型硫酸裝置在項(xiàng)目論證和設(shè)計(jì)建設(shè)階段充分、全面、系統(tǒng)地考慮中低溫余熱資源利用技術(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)回顧陜西鋅業(yè)109 m2流態(tài)化焙燒爐及配套的180 kt/a硫酸裝置近12年的實(shí)際生產(chǎn)和檢修歷程，為現(xiàn)有企業(yè)今后進(jìn)一步挖潛增效提供了科學(xué)、詳實(shí)的思路和建議，同時(shí)為新建同類大中型項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行管理提出了改進(jìn)建議和方向，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。