1 600 kt /a 高浓度冶炼烟气制酸装置节能实践

2017-03-12杨德鑫苟彦军

硫酸工业 2017年2期

关键词：制酸金川热能

杨德鑫，苟彦军

(广西金川有色金属有限公司化工厂，防城港，538000)

1 600 kt /a 高浓度冶炼烟气制酸装置节能实践

杨德鑫，苟彦军

(广西金川有色金属有限公司化工厂，防城港，538000)

硫酸生产冶炼烟气节能低温热回收

广西金川有色金属有限公司(以下简称金川有色)采用闪速炉熔炼－闪速炉吹炼－阳极炉精炼－电解精炼工艺生产阴极铜，设计阴极铜产能400 kt/a，配套冶炼烟气制酸装置1 600 kt/a。金川有色1 600 kt/a硫酸装置是我国目前技术装备水平较高的系统之一，集中采用了孟莫克公司预转化工艺、低温热回收HRS工艺及离子液循环脱硫工艺等新技术［1］。该装置处理高浓度SO2烟气制酸，采用高效节能技术和设备，回收利用转化、干吸工序热能，系统热能回收利用率处于较高水平。

1 净化工序节能

1 600 kt/a硫酸装置净化工序采用绝热蒸发稀酸洗涤净化工艺，来自冶炼电收尘器的烟气经一级动力波洗涤器—气体冷却塔—二级动力波洗涤器—2级电除雾器洗涤净化后送入干燥塔处理，在烟气洗涤过程中加入除氟剂硅酸钠进行除氟处理。装置采用目前国内外大型装置广泛使用的湍冲泡沫洗涤设备、蜂窝状导电玻璃钢电除雾器和稀酸板式换热器，具有操作弹性大、洗涤净化效果好、循环液允许含尘量高、污酸排放量少等优点［2］。由于烟气SO2浓度高，与同规模常规气浓制酸装置相比，净化烟气量较小，系统设备、管道尺寸减小且布置紧凑，因此净化工序较为节能，循环泵耗电量较小。

2 转化工序节能

该装置转化采用预转化+ⅢⅣⅠ－ⅤⅡ“3+2”两次转化换热工艺，转化工序设置2台余热锅炉和2台省煤器回收SO2转化余热，生产5.6 MPa饱和蒸汽。

1)采用预转化工艺。采用预转化器对SO2烟气进行预转化，在进入常规5段转化器前部分SO2氧化为SO3，降低了常规转化器进口烟气SO2浓度，同时起到抑制一段转化率的作用。另外，通过预转化环节可调节进常规转化器烟气的氧硫比，确保后续转化顺利进行。与常规转化工艺相比，减少了需要配比的稀释空气量，减小设备和管道尺寸，大大降低设备投资费用和运行能耗。

2)采用急扩加速流缩放管式换热器。该换热器的管间气体为纵向旋转流动，管间气流方向与管子平行，有比较大的通流面积和布管密度，布管数是传统光管换热器的1.5～2倍［3］。因此，设备尺寸减小，节省了投资费用。该换热器气流方向与管子平行旋转运行，使得运行阻力较低;在相同阻力的条件下，与光管相比缩放管的传热系数可以提高50%以上。

3)在主转化器一段至四段和2台省煤器之间设置开车升温工艺管线。在系统开车期间，可同步对主转化器各段进行升温操作，并可将HRS系统旁通出升温过程，降低了风机运行能耗。

4)开工燃气系统采用天然气燃烧间接加热，并将预热器排放的部分燃烧风作为稀释风返回至开工预热系统，提高了能源的利用率，降低了燃料消耗。

5)设置2台省煤器和2台火管余热锅炉回收转化系统中温位热能，生产5.6 MPa饱和蒸汽;蒸汽等级属次高压蒸汽，有利于提高蒸汽利用效率。

3 干吸工序节能

干吸工序采用1次干燥、2次吸收工艺，1次吸收采用带有蒸汽喷入的HRS技术回收干吸低温位热能，生产1.0 MPa低压饱和蒸汽。

1)在二吸塔气体出口至干燥塔气体进口设置开车工艺管线。在系统开车预热升温期间，出二吸塔的干燥气体不排空，而是经开车工艺管线返回干燥塔循环利用。这样，既减少了开车母酸的用量，也减少开车燃料用量。

2)在干燥塔进气管上设置空气进口。对于需要补充空气的制酸系统，尽可能在净化工序后、干燥工序前补充空气，减少净化系统的规模，降低能耗。在干燥塔进气管上设置空气进管，在开车预热阶段，可在净化系统不启动的前提下，对转化系统进行预热升温，减少动力消耗［4］。

3)一级吸收采用带有蒸汽喷射的HRS工艺回收干吸低温位热能。不带HRS系统的传统一级吸收工艺通常采用80℃左右的浓硫酸来吸收SO3，产生的热量由循环冷却水移走;占干吸总热量90%以上的SO3吸收热和浓酸稀释热量最终通过循环冷却水而流失于环境之中。HRS就是针对此部分热量的回收而设计的，HRS在设计上采用HRS热回收塔取代传统工艺的吸收塔，用HRS锅炉取代传统工艺的吸收塔酸冷却器，达到降温和回收低温位热能的目的［5］。

4 运行情况及改进措施

目前，金川有色冶炼1 600 kt/a烟气制酸装置电耗为65 kWh/t，生产5.6 MPa饱和蒸汽0.22 t/t、1.0 MPa低压饱和蒸汽0.50 t/t，达到了较好的节能和热能回收效果。

今后节能方面仍有两点需要继续改进:一是干吸塔仍均采用传统散堆填料，节能效果不佳;将来可在保证系统干燥、吸收效率的前提下，逐步替换为规整填料，进一步降低系统运行阻力，节约风机和酸泵运行能耗。二是可进一步优化干吸串酸流程。目前离开HRS加热器串往干燥吸收的w(H2SO4)99.6%浓硫酸温度较高，可将这部分串酸与串往稀释器的w(H2SO4)94%干燥酸进行换热，以进一步回收其中的热量，提高HRS系统低压饱和蒸汽产量。