高含尘冶炼烟气对制酸系统的影响及应对措施

姜子燕，彭国华，杨 会，潘从强

（金川集团股份有限公司镍冶炼厂，甘肃金昌 737100）

金川集团股份有限公司镍冶炼厂主要采用奥托昆普的闪速炉冶炼工艺及富氧顶吹熔池熔炼工艺生产高镍锍，镍冶炼烟气通过余热锅炉降温冷却后送至收尘系统除尘，再由排烟机输送至制酸系统。镍冶炼厂现有的2 套冶炼烟气制酸装置均为与镍火法冶炼配套的环保装置，生产规模分别为480 kt/a和700 kt/a。冶炼烟气经净化工序降温除尘、除去有害杂质后进入干燥塔，经w(H2SO4)93%硫酸除去水分后通过SO2鼓风机送往转化工序，SO2转化为SO3，采用w(H2SO4)98%硫酸进行两次吸收产出成品酸，尾气处理达标后排放。

冶炼系统与制酸系统的匹配程度直接影响到制酸装置的运行稳定性、环保达标与否及经济效益。近两年，冶炼系统原料较为复杂，加之收尘系统老化，导致制酸烟气尘含量频繁超标，净化系统入口烟气含尘(ρ)最高值达6.15 g/m3，高于设计限值0.5 g/m3，净化工序的酸性废水含固量增加，系统工艺参数波动大，难以维持制酸系统长期稳定运行。

1 高含尘烟气对制酸系统的影响

1.1 烟气管道积尘增加

烟气管道积尘增加会产生以下问题：①烟气通道面积减小，烟气输送能力降低，烟道压损增加；②风机负荷增加，使风机电流上涨，增加系统运行费用；③造成系统负压偏低，火法炉窑排烟不畅，大量烟气从炉口溢出，现场作业环境恶劣，不符合环保要求。烟气管道积尘情况见图1。

图1 烟气管道积尘情况

1.2 设备堵塞

净化工序烟气降温主要通过板式换热器将热量带出，烟气尘含量的增加导致循环酸含固量增加，不仅极易堵塞净化塔内喷头，还会在洗涤塔和收水器内形成积泥，造成洗涤塔内压损增加，填料和板式换热器堵塞，净化除尘和降温效率降低。板式换热器酸道淤泥结垢后，可能造成上塔循环酸量不足，换热效率下降，使二段电除雾器出口烟气温度升高，致使烟气含水量增加，干燥效率降低。洗涤塔填料和板式换热器积泥情况分别见图2 和图3。

图2 洗涤塔填料积泥情况

1.3 电除雾器除雾效率下降

净化换热效率降低，造成尘泥后移，冶炼烟气会夹带大量酸泥进入电除雾器，致使电除雾器积泥严重。电除雾器内部的阳极管、阴极线及铅锤长期积泥，使电除雾器阴极线受力过大发生断裂或脱落，导致电除雾器频繁出现接地故障；二次电压低，两段电除雾器除雾效率降低，严重影响制酸系统正常稳定运行。电除雾器积泥情况见图4。

图3 板式换热器积泥情况

图4 电除雾器积泥情况

1.4 转化段压降增大

烟尘进入转化工序，会覆盖在催化剂表面，使催化剂结疤，严重的会使催化剂层发生板结，活性下降；转化率降低的同时还会导致转化器催化剂床层阻力增大[1-2]。催化剂板结情况见图5。

图5 催化剂板结情况

480 kt/a 硫酸装置运行过程中曾出现转化器一段压降由2.5 kPa 上升至约10 kPa，分析其原因为：烟气尘含量过高，造成电除雾器积泥严重，除雾效率降低，以致尘泥后移进入转化工序，覆盖于催化剂表面，导致转化段压降增加，转化率降低，尾吸耗碱量增加。

1.5 运行成本增加

目前2 套制酸系统均配置了压滤机对湍冲塔净化循环稀酸进行过滤，将酸性水中的泥移除。压滤机出口的滤液和湍冲塔稀酸性状分别见图6 和图7。

图6 压滤机出口的滤液

图7 湍冲塔稀酸

由图6 和图7 可见：压滤机出口的滤液和经压滤机压滤后的湍冲塔稀酸仍然十分浑浊，说明湍冲塔中还有大量尘泥存在。

制酸系统净化工序用稀酸洗涤尘含量高的烟气，会使酸性水的尘含量升高。为达到烟气净化效果，必须增加电除雾器的冲洗频次和压滤机的卸泥频次，同时加大酸性废水的排放量将酸泥带出净化系统，额外增加了酸性废水的处理费用。因此，冶炼烟气尘含量过高会大大增加制酸系统的运行成本。

2 减少高含尘烟气对制酸系统影响的措施

2.1 固液分离技术的应用

根据矿尘粒径的不同，采用两级除尘工艺，通过物理沉降和过滤，除去直径大于等于2.5 μm 的颗粒物。湍冲塔循环稀酸经湍冲塔底流泵进入脱气塔，利用系统负压，脱除酸性水中SO2气体，脱气后利用高度差自流进入酸性水缓冲罐进行粗过滤，后经压滤泵输送至板框压滤机进行精过滤，压滤清液回湍冲塔，产生的滤饼重回火法系统冶炼，进而将制酸系统内部酸性水含有的泥移除，达到除泥效果。

随着烟气尘含量的增加，为满足制酸系统的除泥需求，采取以下措施对现有装置进一步优化：

1）增加压滤设备。为防止烟气含有的尘后移进入电除雾器及转化系统，在洗涤塔及冷却塔底部出口各增加1 台压滤机，提高系统的压滤能力，将烟气中的尘通过稀酸洗涤压滤后带出净化系统，达到除尘目的。

2）连通管加装阀门。当烟气尘含量高时，关闭各塔连通管阀门，防止循环稀酸互串造成尘含量高的循环稀酸串入洗涤塔和冷却塔。

3）新增渣浆罐。由于循环稀酸从酸性水缓冲罐上部进液，酸泥不能有效沉降，即从溢流口流出返回湍冲塔。为此在酸性水缓冲罐底部增加渣浆罐，酸性水缓冲罐底流阀定时打开，可对过滤器进行反冲洗，反冲洗浆液进入渣罐，待压滤机入口流量降低至一定值、压力升高至一定值时，渣罐中的泥浆由泵送入压滤机进行压滤，清液进入清液罐。清液分两路运行，一路经板式换热器降温后返回湍冲塔；另一路进入绝热塔，经绝热降温后返回湍冲塔，达到除泥降温的效果。

2.2 实施效果

通过运用上述固液分离技术，及时将冶炼烟气含有的尘从制酸系统带出，改善了系统指标：净化泵运行电流由453.7 A 下降至427.9 A；洗涤塔压降由2.3 kPa 降低至1.6 kPa；二段电除雾器出口颗粒物(ρ)浓度为100 mg/m3，出口温度监测全时段达标；电除雾器电压稳定，冲洗频次减少，每月最多冲洗1 次即可，大大减少了酸性水排放量，有效降低了系统的运行负荷及运行成本。

3 结语

通过对冶炼烟气制酸装置净化系统升级改造，基本解决了净化系统工艺参数波动大、制酸装置难以长期稳定运行的问题，为高含尘烟气的处理提供了有效方法。但一味地靠增加设备、扩大流程不是长久之计，冶炼系统和制酸系统应充分结合生产实际，从源头遏制烟气高含尘，进而为冶炼系统与制酸系统的匹配化生产及设备设施的安全稳定运行提供有利保障。