袁雪生

（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵 244021）

金隆銅業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱金隆公司）于1997年4月8日建成并投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)四次技術(shù)改造及內(nèi)部深度挖潛后，至2017年達(dá)到了硫酸1 200 kt/a、高純陰極銅460 kt/a的生產(chǎn)能力。目前金隆公司采用“閃速熔煉+轉(zhuǎn)爐吹煉+陽(yáng)極爐精煉”銅冶煉工藝，閃速熔煉和轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生的高濃度SO2煙氣用于制取硫酸產(chǎn)品。與冶煉工藝配套的硫酸裝置采用“3+2”二轉(zhuǎn)二吸制酸工藝，其中煙氣凈化工序采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)。金隆公司硫酸裝置自采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)凈化煙氣以來(lái)，未出現(xiàn)過(guò)因凈化指標(biāo)差、設(shè)備阻力大等原因?qū)е碌纳a(chǎn)故障，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性較高。

1 動(dòng)力波洗滌技術(shù)

1.1 動(dòng)力波洗滌技術(shù)原理

動(dòng)力波洗滌技術(shù)是美國(guó)杜邦公司在1970年左右研究開發(fā)的一項(xiàng)煙氣洗滌技術(shù)，當(dāng)時(shí)只在小范圍內(nèi)用于工業(yè)廢氣的處置，應(yīng)用業(yè)績(jī)不多。美國(guó)孟山都公司認(rèn)識(shí)到這一技術(shù)的使用價(jià)值，并對(duì)其進(jìn)行了可行性研究，于1989年建成并成功運(yùn)行了世界上第一臺(tái)動(dòng)力波煙氣洗滌工業(yè)裝置[1]。

動(dòng)力波洗滌技術(shù)主要運(yùn)用泡沫洗滌原理，但又和傳統(tǒng)的泡沫洗滌技術(shù)不同。動(dòng)力波洗滌技術(shù)運(yùn)用流體力學(xué)理論，同時(shí)利用液流能量和氣流能量[2]，其洗滌原理為：具有一定流量和流速的氣液兩相在動(dòng)力波反應(yīng)器的逆噴管中相遇，兩者相互作用，一方面在氣體通道中建立起一個(gè)巨大的泡沫層，利用泡沫層氣液接觸面積大、更新速度快的特點(diǎn)，進(jìn)行高效的傳熱傳質(zhì)；另一方面，形成的泡沫層漂浮在逆噴管內(nèi)，隨氣液動(dòng)量的變化在逆噴管內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同煙氣量的變化[3]。動(dòng)力波洗滌原理示意見圖1。

圖1 動(dòng)力波洗滌原理示意

1.2 動(dòng)力波洗滌器的結(jié)構(gòu)

動(dòng)力波洗滌器主要由過(guò)渡段、逆噴管、伸縮節(jié)、工作噴嘴、事故噴嘴、集液槽、高溫水槽等部件構(gòu)成。過(guò)渡段的材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯耐高溫石墨磚，以避免進(jìn)入的高溫氣體及自下而上的反噴液造成腐蝕。逆噴管為玻璃鋼材質(zhì)，耐熱溫度為120 ℃，氣液兩相的傳熱傳質(zhì)過(guò)程在此處完成。為防止高溫氣體對(duì)玻璃鋼造成損壞，在逆噴管的上部設(shè)有溢流堰，溢流堰流出的液體在逆噴管內(nèi)表面形成連續(xù)的液膜保護(hù)玻璃鋼材料。伸縮節(jié)的作用是補(bǔ)償逆噴管與固液分離器之間的熱膨脹差。工作噴嘴和事故噴嘴均為聚四氟乙烯材質(zhì)，工作噴嘴為中心大孔徑，與氣體逆向噴出液體，以達(dá)到降溫、洗滌氣體的目的；在工作噴嘴發(fā)生無(wú)液體或液體量少、進(jìn)入氣體冷卻塔的氣體溫度高于設(shè)定值等事故時(shí)，事故噴嘴開始工作，以保護(hù)后面的玻璃鋼設(shè)備免遭高溫氣體的損壞。集液槽和高位水槽均為玻璃鋼材質(zhì)，集液槽用于存放洗滌液，高位水槽用于在溢流堰進(jìn)酸量過(guò)小等異常情況下進(jìn)水保護(hù)溢流堰。

2 動(dòng)力波洗滌技術(shù)在金隆公司的應(yīng)用

2.1 冶煉煙氣凈化工藝的選擇

目前，冶煉煙氣洗滌凈化的方法較多，常用的洗滌設(shè)備主要有文丘里裝置、噴淋塔、濕式旋風(fēng)裝置及動(dòng)力波洗滌器等[4]。常用冶煉煙氣洗滌凈化工藝比較見表1。

表1 常用冶煉煙氣洗滌凈化工藝比較

由表1可知：相比較于其他幾種煙氣洗滌技術(shù)而言，動(dòng)力波洗滌技術(shù)具有除塵效率高、占地面積小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

在金隆公司創(chuàng)建之時(shí)，廠區(qū)面積較小，且轉(zhuǎn)爐煙氣的SO2濃度及煙氣流量波動(dòng)較大，在金隆公司應(yīng)用動(dòng)力波洗滌技術(shù)凈化冶煉煙氣優(yōu)勢(shì)更加明顯。金隆公司根據(jù)冶煉煙氣的特點(diǎn)，從除塵效率、設(shè)備費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、占地面積、適用范圍等方面進(jìn)行了比較，并結(jié)合冶煉煙氣制酸同行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，最終確定采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)。

2.2 冶煉煙氣凈化工藝流程

金隆公司采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)凈化冶煉煙氣的工藝流程見圖2。

圖2 冶煉煙氣凈化工藝流程

來(lái)自閃速爐和轉(zhuǎn)爐電除塵器的煙氣經(jīng)過(guò)除塵進(jìn)入混氣室后，從動(dòng)力波洗滌器頂部進(jìn)入逆噴管，w(H2SO4)約為9%的稀酸從集液槽底部通過(guò)大流量的循環(huán)泵以穩(wěn)定的流量在3個(gè)大口徑噴嘴中聚集向上噴射，氣液兩相在逆噴管中部相遇，在形成的泡沫層進(jìn)行高效的傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到除塵除雜和煙氣降溫的目的。當(dāng)上游的煙氣流量產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，泡沫層的位置會(huì)隨之在逆噴管內(nèi)上下浮動(dòng)，以適應(yīng)不同的氣量工況要求。經(jīng)過(guò)除塵除雜的煙氣進(jìn)入氣體冷卻塔進(jìn)一步降溫，洗滌后的循環(huán)液中各離子濃度會(huì)逐步升高，后開路至沉降槽送至廢酸系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2.3 動(dòng)力波洗滌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

動(dòng)力波洗滌技術(shù)運(yùn)用泡沫洗滌原理，較其他煙氣凈化技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，在金隆公司的應(yīng)用過(guò)程中體現(xiàn)在以下幾方面。

1）適應(yīng)煙氣流量劇烈波動(dòng)的能力強(qiáng)。金隆公司在冶煉煙氣凈化工序設(shè)計(jì)之初，考慮到轉(zhuǎn)爐作業(yè)周期的影響，為使動(dòng)力波洗滌器對(duì)煙氣流量的劇烈波動(dòng)具有較強(qiáng)的適用性，保證在不同工況下的除塵效率，經(jīng)過(guò)研究，將動(dòng)力波洗滌器處理的煙氣流量范圍設(shè)計(jì)為55 000～135 000 m3/h，能夠滿足工藝要求。

2）凈化除塵效率高。在逆噴管中逆流接觸形成的泡沫層表面積大且泡沫更新迅速，煙氣偏流及短路的情況從未發(fā)生，動(dòng)力波洗滌的除塵效率超過(guò)95%。

3）對(duì)后續(xù)工序影響較小。由于動(dòng)力波洗滌除塵效率高，降低了進(jìn)入氣體冷卻塔的雜質(zhì)量，進(jìn)而降低了系統(tǒng)阻力；由于大口徑噴嘴噴射出的液體霧化程度小，在煙氣洗滌過(guò)程中酸霧的產(chǎn)生量較少，后續(xù)濕式電除霧器的處理負(fù)荷則會(huì)降低，從而降低電除霧器的規(guī)格尺寸及除霧有效面積，降低后續(xù)設(shè)備的投資費(fèi)用。

4）采用聚四氟乙烯材質(zhì)的大口徑噴嘴，提高了設(shè)備的耐腐蝕性和運(yùn)行穩(wěn)定性。噴嘴為大口徑，可保證噴嘴在循環(huán)液固含量較高的工況下運(yùn)行而不被堵塞，降低了設(shè)備停車檢修的頻次和時(shí)間。金隆公司硫酸裝置的動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)循環(huán)液固含量(w)最高可達(dá)26%，由此說(shuō)明，該凈化洗滌系統(tǒng)可處理雜質(zhì)含量較高的煙氣，且能保證較高的除塵效率；循環(huán)液固含量較高，排污量則會(huì)相應(yīng)減少，可降低后續(xù)廢水處理的成本[5]。

5）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用玻璃鋼材質(zhì)穩(wěn)定性好、易制作，節(jié)約了投資成本。金隆公司動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的溢流堰管道直徑為1 830 mm，集液槽規(guī)格為φ5 490 mm×11 000 mm，占地面積較小。

6）設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維修成本低。動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的主要設(shè)備和管道均為玻璃鋼材質(zhì)，耐120 ℃高溫，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維修成本會(huì)同步降低。金隆公司采用動(dòng)力波洗滌技術(shù)比傳統(tǒng)的煙氣凈化工藝節(jié)省了投資。

7）成品酸質(zhì)量?jī)?yōu)。由于動(dòng)力波洗滌器的除塵效率高，帶入后續(xù)干吸系統(tǒng)的雜質(zhì)較少，從而保證成品酸的合格率較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，金隆公司自投產(chǎn)至今，硫酸產(chǎn)品從未發(fā)生過(guò)質(zhì)量問(wèn)題。

2.4 動(dòng)力波洗滌除塵效率的影響因素

2.4.1 電除塵器的除塵效率

金隆公司硫酸裝置在設(shè)計(jì)之初允許進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)的雜質(zhì)量為6.4 t/d，考慮5%的富余量，允許進(jìn)入該系統(tǒng)的最大雜質(zhì)量為6.72 t/d。進(jìn)入硫酸裝置煙氣凈化系統(tǒng)的雜質(zhì)量見表2。

表2 進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)的雜質(zhì)量 單位: kg/d

由表2可知，如果電除塵器的除塵效率下降，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入硫酸裝置的雜質(zhì)量超過(guò)設(shè)計(jì)值，在保證動(dòng)力波洗滌器除塵效率不變的情況下，進(jìn)入后端工序的煙塵含量也會(huì)增加。

2.4.2 動(dòng)力波洗滌器的噴嘴壓力及高度

為防止出現(xiàn)煙氣偏流、短路等問(wèn)題，結(jié)合逆噴管的長(zhǎng)度，動(dòng)力波洗滌器的3個(gè)噴嘴壓力需維持在100 kPa。實(shí)踐表明，噴嘴壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致噴液高度增加，噴嘴壓力過(guò)低會(huì)導(dǎo)致噴液高度偏低，噴液的高度過(guò)高或者過(guò)低，都不能形成穩(wěn)定的泡沫層，進(jìn)而影響到除塵效率。更為重要的是，3個(gè)噴嘴的壓力必須保持一定，否則噴液高度不一致，泡沫層產(chǎn)生空洞，會(huì)使氣體出現(xiàn)偏流，從而導(dǎo)致除塵效率下降。

2.4.3 循環(huán)泵流量的穩(wěn)定性

金隆公司在硫酸裝置動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，依據(jù)當(dāng)時(shí)的煙氣流量，確定的氣液比（體積比）在50～130。氣液比過(guò)低，則氣量偏小，循環(huán)泵流量過(guò)大，會(huì)造成用電成本增加；氣液比過(guò)高，則氣量偏大，循環(huán)泵流量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力波洗滌器的除塵效率下降，影響工藝指標(biāo)的控制。為保證循環(huán)泵流量的穩(wěn)定，采用泵電流和泵出口壓力聯(lián)鎖的方式對(duì)泵的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦由于循環(huán)泵出現(xiàn)故障導(dǎo)致聯(lián)鎖發(fā)生，會(huì)開啟備用泵運(yùn)行。

2.4.4 煙氣流量的波動(dòng)

金隆公司的動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)處理的煙氣流量為55 000～135 000 m3/h，在泵量保持穩(wěn)定的情況下，如果煙氣流量出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，超出上述范圍，動(dòng)力波洗滌的氣液比會(huì)發(fā)生變化，會(huì)影響動(dòng)力波洗滌的除塵效率。最為明顯的是，在閃速爐爐內(nèi)點(diǎn)檢、電除塵系統(tǒng)停運(yùn)或轉(zhuǎn)爐開始?xì)饨粨Q的工況下，進(jìn)入硫酸裝置的煙氣流量會(huì)大幅下降，造成動(dòng)力波洗滌的除塵效率下降。

2.4.5 循環(huán)液中的離子濃度

循環(huán)液中的離子濃度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力波洗滌的除塵效率下降；循環(huán)液濃度過(guò)低，雖然能保證較高的除塵效率，但會(huì)增加廢酸處理系統(tǒng)的成本。一般情況下，該動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)會(huì)根據(jù)各離子濃度的分析數(shù)據(jù)適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。若循環(huán)液濃度過(guò)高，會(huì)加大廢酸引出量，增加凈化系統(tǒng)的補(bǔ)水量，使得循環(huán)液中的離子濃度控制在合理范圍后，再進(jìn)一步對(duì)操作工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。

3 運(yùn)行情況

3.1 性能指標(biāo)檢測(cè)

對(duì)動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵效率及其他主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)見表3。

表3 動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)性能指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)

由表3可知，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行，動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵效率為92.7%，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值85%，其凈化煙氣中的氟含量、一級(jí)動(dòng)力波的入口壓力、運(yùn)行阻力及進(jìn)出口的煙氣溫度等指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的性能指標(biāo)檢測(cè)合格。

3.2 綜合能力

因?yàn)閯?dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵效率會(huì)影響到后續(xù)工序的指標(biāo)變化，因此動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵凈化能力是一個(gè)綜合性指標(biāo)，不僅體現(xiàn)在性能指標(biāo)方面。以一個(gè)大修年份（2年）為周期進(jìn)行分析，從以下四個(gè)方面說(shuō)明該動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的綜合能力。

1）凈化阻力不會(huì)明顯升高。以2年為周期進(jìn)行分析，氣體冷卻塔的填料層阻力最多增加1 kPa，這說(shuō)明從一級(jí)動(dòng)力波洗滌器帶入的塵含量較低。

2）電除霧器出口煙氣的酸霧含量低。通過(guò)化驗(yàn)分析可知，硫酸轉(zhuǎn)化風(fēng)機(jī)出口處的酸霧含量能夠達(dá)到指標(biāo)要求；通過(guò)電除霧器的視鏡觀察，一級(jí)電除霧器中的酸霧較少，二級(jí)電除霧器內(nèi)基本看不到酸霧；電除霧器的沖洗排污液濁度也較小。

3）轉(zhuǎn)化器催化劑床層阻力增長(zhǎng)緩慢，催化劑活性無(wú)明顯下降。排除因催化劑的使用年限較長(zhǎng)和篩分等因素導(dǎo)致的催化劑床層阻力上升外，轉(zhuǎn)化器催化劑床層的阻力上升速度較慢，能夠滿足一個(gè)大修周期對(duì)阻力的要求。催化劑的活性無(wú)明顯下降，轉(zhuǎn)化率最多降低0.15個(gè)百分點(diǎn)，遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)煙氣凈化工藝。

4）成品酸質(zhì)量?jī)?yōu)。金隆公司的硫酸裝置運(yùn)行至今，成品酸未出現(xiàn)過(guò)任何質(zhì)量問(wèn)題，其灰分含量、透明度、色度及鐵砷鉛等雜質(zhì)元素含量均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品的要求。

綜上所述，金隆公司的動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)不管是在性能指標(biāo)還是凈化能力上，均能滿足工藝要求，且設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行多年，運(yùn)行可靠性高，對(duì)生產(chǎn)的影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

金隆公司硫酸裝置動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)自1997年投入運(yùn)行以來(lái)，未出現(xiàn)過(guò)因凈化指標(biāo)差、設(shè)備阻力大等原因?qū)е碌纳a(chǎn)故障，且對(duì)公司整套生產(chǎn)系統(tǒng)的影響小，可靠性和穩(wěn)定性較高。動(dòng)力波洗滌技術(shù)處理復(fù)雜成分煙氣的能力較強(qiáng)，對(duì)煙氣流量波動(dòng)的適應(yīng)性也較強(qiáng)，除塵效率高達(dá)92%以上，能夠滿足金隆公司的實(shí)際生產(chǎn)工藝需求。動(dòng)力波洗滌技術(shù)在金隆公司的成功運(yùn)用，證明了動(dòng)力波洗滌技術(shù)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)及工業(yè)實(shí)用價(jià)值，為冶煉煙氣的凈化提供了有力的技術(shù)保障。