一级动力波洗涤器溢流堰结垢堵塞改造的生产实践
2020-06-09汪满清
汪满清
(铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司，安徽铜陵 244000)
铜陵有色金属集团股份有限公司金冠铜业分公司（下称金冠铜业）采用闪速炉熔炼（FSF）＋闪速炉吹炼（FCF）＋回转式阳极精炼（RF）的冶炼工艺，设计生产规模为400 kt/a阴极铜，配套硫酸系统为1 450 kt/a，制酸系统采用1套净化、2套同规格的转化干吸的工艺配置。2012年12月投产以来，硫酸系统运行稳定，但存在一级动力波洗涤器溢流堰进酸管易结垢堵塞，需定期停车清理，进而影响2台闪速炉作业率的问题。
1 动力波洗涤系统原设计工艺配置
1.1 设计烟气条件
FSF、FCF、RF氧化期或预氧化期的冶炼烟气混合后进入烟气制酸系统净化工序，烟气条件见表1。
对应进入烟气制酸系统的杂质条件见表2。
1.2 工艺配置
净化工序动力波洗涤系统（一级动力波洗涤器+气体冷却塔+二级动力波洗涤器），选用了美国孟莫克公司的基础设计及喷头，设备选型时依据FSF+FCF+RF氧化期烟气条件并考虑了10%的裕量。
一级动力波洗涤器的溢流堰，设计有4个进酸口、8个排污口，通过连续进酸、定期自动排污的作业方式来保障溢流堰的正常运行。溢流堰的供液，正常生产时由一级动力波洗涤器循环泵直接送入溢流堰4个进酸管。突发停电故障时，配置在设备顶部的事故高位槽的预留水通过联锁控制自动送入溢流堰和事故喷头，从而保护设备安全。为保障玻璃钢材质的溢流堰和逆喷管的稳定运行，在溢流堰进酸总管上配置有远传流量计、压力表，在DCS上设置了对应的监控与报警；在逆喷管外壁四周配置有贴片式在线温度监测，温度监测纳入全厂大联锁系统。
表1 混合后进入烟气制酸系统净化工段入口烟气条件
表2 进入烟气制酸系统的杂质条件 kg/h
2 生产状况
自投产以来，因电收尘器运行效果不理想，一级动力波洗涤器循环液尘含量高、溢流堰及进酸管易结垢堵塞，DN100 mm的溢流堰进酸总管经常堵塞成只有约50 mm的孔径、个别进酸支管有时彻底堵死；导致逆喷管局部位置的侧壁温度严重偏高、影响玻璃钢逆喷管的使用寿命。生产中约2个月需停车清理一次，有时需紧急停车清理，从而严重影响企业的正常生产。
化验溢流堰进酸管的结垢物，发现主要是动力波洗涤器循环液中的Cu、Se黏结在管道壁而结垢堵塞管道。
3 现场整改
由于铜精矿原料来源复杂，原料成分和电收尘器在运行中的波动不能有效控制，导致一级动力波洗涤器循环液中杂质含量高、波动大。为缓解溢流堰进酸管易结垢堵塞的瓶颈，经反复论证最终形成2个备选改造方案：
方案一：加大一级动力波洗涤器循环泵排出的稀酸量，排出的稀酸经沉降后，将上清液通过上清液泵供给溢流堰或泵入事故高位槽，做为溢流堰进液来源。为保护玻璃钢的逆喷管，此项改造需将上清液泵的运行置于全厂大联锁系统内，以确保溢流堰进液不断流，但增加了全厂大联锁跳车的风险，而且因场地限制，没有增加稀酸沉降设备的空间。
方案二：将气体冷却塔串酸至一级动力洗涤器集液槽的稀酸改造为串酸至溢流堰进酸管或串酸至事故高位槽，从而稀释溢流堰进酸管内液体的杂质含量，以缓解结垢堵塞的问题。此项改造前提条件是气体冷却塔循环泵的扬程能满足将酸串至溢流堰进酸管或事故高位槽，且溢流堰进液不能断流。
经反复论证，最终选择方案二进行了改造。为保障溢流堰进酸量稳定、避免出现玻璃钢逆喷管因缺水而损坏，改造时在气体冷却塔串酸至溢流堰的管道上增加了流量计；同时，在溢流堰的进酸总管上增加了流量计和远传压力表，以便跟踪溢流堰进酸量。为进一步杜绝可能出现的溢流堰进酸量不足的风险，生产中将原配置的一级动力波洗涤器循环泵直接去溢流堰管道的气动阀始终保持一定的开度，以实现在气体冷却塔没有串出的酸量时也能保障逆喷管的内壁能形成保护性的水膜。
改造流程示意见图1。
为进一步改善溢流堰结垢堵塞问题，在上述改造的基础上增加了在线反冲洗装置的改造，即在溢流堰排污管上增设压缩空气吹扫装置。在溢流堰内壁和溢流口上有结垢层而导致动力波洗涤器逆喷管内壁液膜分布不均匀。逆喷管局部位置侧壁温度偏高时，接通压缩空气，利用压缩空气搅拌溢流堰内的液体，从而使得溢流堰内壁和溢流口上的结垢层脱落，达到在线冲洗溢流堰的目的，减缓溢流堰内的结垢速度，实现了系统正常生产的清理。
图1 改造方案示意
在线反冲洗装置改造示意见图2。
图2 在线反冲洗装置改造示意
该项改造于2017年3月大修期间完成，运行至今效果良好，基本解决了溢流堰及酸管道结垢堵塞的问题。
4 结语
一级动力波洗涤器的循环液杂质含量高，采用一级动力波循环泵直接供应溢流堰的方式，容易出现管道结垢堵塞的问题。当前的新建项目中，大多采用沉降后的上清液，通过上清液泵作为溢流堰的供液来源，金冠铜业由于现场改造场地受限，采用了气体冷却塔串酸至溢流堰的方式，基本解决了溢流堰及酸管道结垢堵塞的问题，可以作为现有企业改造的借鉴。
