浅析铅冶炼烟气制酸系统硫酸透明度提升

李辰寅，郑 明，孔令友，赵 涛

（河南豫光金铅股份有限公司，河南济源 459000）

某铅锌冶炼厂现有3条采用富氧底吹工艺的炼铅生产线，生产w(H2SO4)98%硫酸236 kt/a。该厂处理各类含铅物料510 kt/a左右，其中包括大量含有ZnO、Au、Ag、Cu、Sb、Bi等有价元素的高富含铅矿。近年来该厂着力发展循环经济，扩大再生铅产业，目前可稳定回收铅酸蓄电池中铅膏150 kt/a[1-2]。另外，该厂锌冶炼系统及铅熔炼深加工系统返回到原料工序参与重新配料的各类中间物料每个月在5 000 t以上。2019年，随着公司逐步开展效益化生产，各种低品位矿粉和渣类物料投用量同比提升约30%，直接影响了二氧化硫烟气中的杂质含量并最终对硫酸透明度造成了影响。

烟气制酸的工艺流程中，对硫酸透明度影响较大的因素主要是净化工序，该工序将固态或液态悬浮颗粒从气体中分离出来[3-4]，而气体分离的基本原理是利用气体自身的热运动规律，采取液体吸收和固体吸附等方法，将杂质从被分离的气体中分离出来[5]。

目前该厂采用的净化工序工艺流程是经收尘后的烟气首先经过动力波洗涤器，填料塔的稀酸洗涤降温，然后气体经两级电除雾器进一步除尘、除雾，为下一工序提供合格的烟气。鉴于此，该厂设计了提高硫酸透明度的改进方向。

1 降低制酸原料含硫烟气中的杂质含量

该厂控制含硫烟气中杂质含量的主要设备是电收尘器，但运行一段时间以后，电收尘器运行状况变差，主要表现为阴极振打瓷转轴频繁断裂，阴极振打无法正常工作，电场内积灰严重，最终致使电场内电晕电压不断下降，频繁跳闸无法正常工作，电场收尘效率下降严重。收尘效率的降低又直接影响了含硫烟气中杂质含量，加大了硫酸装置烟气净化工序的负担。因此，如何解决阴极振打瓷转轴频繁断裂、趴灰的问题，是该厂首先要面对的一个难关。

通过查阅资料，对比分析，该厂对上述问题分析如下：

1）目前电收尘器阴极振打瓷转轴直接处于收尘器箱体内部，瓷转轴与烟气直接接触，未进行隔离，未配套热风吹扫装置，易凝露，易吸附灰尘，易发生污闪，易断裂。

2）烟尘中一些小金属熔点低，在高温烟气中融化后在无有效防护或隔离情况下极易黏附在瓷转轴表面，依靠现有的振打力度及振打方式难以振落积灰，且含有金属的烟灰导电性增强，灰尘的堆积使瓷转轴绝缘降低，电场电压降低，进而引起瓷转轴爬电击穿。

以此为着手点，该厂制定了如下设备改造措施：

1）购置热风吹扫装置，在电收尘器本体外部配置热风管道并保温。

2）将阴极振打轴加长，“95”[技术指标组成：w(Al2O3)95%]瓷转轴引出电收尘器本体，对阴极绝缘箱中的侧板进行开孔，用热风向“95”瓷轴进行吹扫，杜绝爬灰以及后续的断轴现象。

改造完成后，瓷转轴断裂更换频率大幅降低，电收尘器运行更趋于稳定，收尘效率也得到了明显提高，有效改善了二氧化硫烟气中杂质含量较高的情况。

2 提升硫酸净化工序的处理效率

2.1 改善净化工序中板式换热器堵塞情况

技术人员经过研究分析决定在板式换热器酸路进口阀门后面增加三通，在三通底部安装阀门。这样在生产过程中，将酸路进口阀门关闭，打开三通底部排污阀，使稀酸水从板式换热器的出口阀门进入，逆向冲洗板式换热器，污水从排污阀处排至地沟内，形成反向冲洗板式换热器，进而减少堵塞的现象。

改造完成后，技术人员进行了多次试验性运行，试验结果表明：该改造方案可以实现反冲洗的预期效果，且堵塞效果明显降低，但受制于生产硬件限制，存在以下负面影响：

初步方案中，反冲洗板式换热器的稀酸水全部外排，造成填料塔液位快速下降，即便补充一次水，也无法保证液位正常，导致反冲洗板式换热器的时间无法保持稳定，运行一段时间后影响效果。

技术人员又结合生产现状，提出了新的解决方案，重新规划反冲洗污水线路，将反冲洗后的污水重新回流至填料塔内，保证其液位，进而实现延长冲洗时间，减少堵塞效率的效果。新的解决方案如下：

1）将原反冲洗管道的排水管增加三通与填料塔补水口相连，使反冲洗水可以直接排至地沟，也可以回流至循环槽内。

2）当反冲洗时，先开启通向地沟的阀门，将杂物排至地沟后关闭阀门，之后反冲洗水通过补水管道流进填料循环槽内，保证液位稳定，避免因循环槽内液位快速下降无法长时间冲洗的弊端。

重新对设计方案进行改良后，之前存在的负面影响也有效得到了解决，冲洗时间可以根据工艺控制情况及时进行调整，有效保证了工业化条件下的运行效果。

2.2 减少接地线断裂对电除雾系统的影响

接地线是电除雾系统的重要设备，该厂的原接地线材质为铅合金，长时间使用后容易腐蚀断裂，造成电除雾器短路停用。同时，净化电除雾器接地线是由PVC焊条焊接固定在气室板上，焊接部位容易开裂，电除雾器内部湿度较大，如果在开裂处焊接，带来很大难度，内部需要接移动电源，人员无法靠近处理，直接导致电除雾系统带病工作，影响其除雾效率，进而影响硫酸的透明度。

为减少电除雾器因接地线材质问题产生的断裂现象，该厂通过市场调研，将接地线材质由铅合金更换为钛合金，有限延长了接地线的使用寿命，提高了电除雾系统的作业率。

为减少接地线的断裂频次，技术人员提出了新的固定连接方式，即从阳极管与气室板的连接位置打孔，使用铅线将接地线捆绑固定，提高其使用强度。

该连接方式有较避免了焊接连接方式容易在酸性条件下腐蚀断裂的弊端，可有效延长电除雾系统正常作业时间。

连接方式革新后，技术人员继续对问题进行挖掘，发现原有的布局方式为S形走向，如图1所示，不仅线路总长增加且与酸、尘等接触面积较大，不利于其正常使用寿命的保持。

图1 “S”形电除雾器接地线布局

通过对内部线路进行清理，技术人员联合厂家对整个接地线进行了重新布局，如图2所示，直线布局的方式不仅减少了涉酸接触面积，对后期的修理维护工作也很有利。

图2 “直线”形电除雾器接地线布局

3 干吸设备内部酸泥清理

3.1 干燥循环槽清理

干燥循环槽的主要作用是通过w(H2SO4)93%硫酸吸收烟气中水分，经过净化后的烟气中仍含有一部分杂质，在循环槽底部沉积。这部分杂质富集到一定程度后，在进行日常串酸作业时，含杂质较高的这部分酸在往一吸循环槽串酸操作时，直接影响一吸循环酸的质量。

为解决该问题，该厂结合自身实际情况，制定了定期清理干燥循环槽内部酸泥的操作规程，减少这部分杂质沉积后对一吸循环酸的影响。

3.2 循环塔内磁环清理

循环塔内磁环主要分布在干燥塔和吸收塔内部，所起到的作用主要有2个方面：一是保证塔内气体分布均匀；二是延长烟气和吸收酸的接触时间。在正常生产中，循环槽内的部分杂质可能会附着在磁环表面，在系统停车检修开启循环泵时，伴随酸液大量冲刷的过程，会将磁环内部分附着的杂质随酸液带入一吸循环槽中。目前，该厂采取的措施是按照项修的计划安排，掏挖、清洗、回填磁环，减少杂质附着。

4 改造后效果

改造前后的硫酸透明度变化情况见表1。

从表1中可以明显看出，在改造完成后的样品取样中，该厂硫酸透明度由之前的50 mm左右提升到目前的112 mm左右，有效提高了硫酸产品的透明度指标。

表1 改造前后硫酸透明度对比

5 结语

该厂通过一年多的实践验证，熔炼系统电收尘器作业率由之前的89%提升至目前的98%，除尘效率也有了大幅提升。与此同时，硫酸系统根据自身作业特点，充分发挥主观能动性，实施了净化板式换热器反冲洗的优化改造，同时更换了电除雾器接地线的材质、固定方式、布局等提升电除雾系统整体的作业率和除尘效果。在此基础上，该厂充分利用检修、项修的时间，对干吸工序循环槽、循环塔内磁环进行了清理，有效减少了一吸酸中的杂质含量。通过上述措施，该厂硫酸透明度由之前的50 mm左右，提升至改造后的112 mm左右，达到行业先进水平，有效提高了该厂硫酸的质量口碑，在行业内亦具有积极的推广价值。