某冶炼烟气制酸项目净化工段仪表及控制设计

黄 鹤，何国磊

（1.矿冶科技集团有限公司 北京 100160；2.中国恩菲工程技术有限公司 北京 100038）

1 引言

冶炼烟气成分复杂，往往含有尘、砷（As）、氟（F）以及水分等。这些成分对于烟气制酸后续干吸及转化工段存在不利影响。因此，烟气制酸相对于硫磺制酸首先要进行烟气的净化，去除杂质［1］。项目采用目前净化工段常用工艺流程“三塔两电”。

2 烟气制酸中杂质成分的影响

2.1 尘

净化工段的首要任务是除尘。烟气中的尘进入净化会导致设备阻塞；进入转化工段会覆盖在催化剂表面导致催化剂活性下降；进入干吸工段会导致成品酸杂质含量高，直接影响产品质量。尘净化指标应达到0.005g/m3。

2.2 砷

烟气中的砷通常以三氧化二砷（As2O3）的形式存在。三氧化二砷会导致转化工段催化剂中毒，降低催化剂活性。成品酸中三氧化二砷含量较高时，应用范围将受限制。净化工段应使砷含量降低至0.001g/m3。

2.3 氟

烟气中的氟通常以氟化氢（HF）的形式存在。氟化氢会与二氧化硅（SiO2）发生化学反应，制酸工段设备材质中往往含有二氧化硅成分，因此氟化氢会造成设备的腐蚀，影响设备寿命。国内以往项目采用加入除氟剂硅酸钠与烟气中的氟反应生成Na2SiF6络合物，生成的络合物在稀酸中溶解较少通过外排污酸的形式形成开路移走［2-3］。净化工段应使氟含量降低至0.001g/m3。

2.4 水分

烟气中水分含量过高会对转化及干吸工段管道的腐蚀性增强。同时，进入干吸工段的水蒸气会与三氧化硫结合生成硫酸蒸汽，在吸收塔形成酸雾，不易被尾吸塔收集，导致排放至大气中造成环境污染。净化工段二级电除雾出口水蒸气含量应控制在0.005g/m3。

3 净化工段主要设备

3.1 动力波洗涤器、高位槽及斜管沉降器

动力波洗涤器由于除尘效率高，被广泛应用于制酸的净化工段，主要由逆喷管、喷嘴和气液分离器组成。高温烟气（约300℃）自顶部进入逆喷管，稀硫酸经循环泵由喷嘴自下而上逆向喷射。同时为了防止高温烟气对于逆喷管的损坏，会有部分循环酸经稀酸高位槽沿溢流堰留下，在逆喷管形成保护膜，避免因逆喷管入口烟气温度过高对设备造成损坏。在此过程中烟气中大部分烟尘进入到循环酸中送入斜管沉降器后经泵送至污水处理车间，同时烟气温度也降至60℃左右。

3.2 填料洗涤塔及板式换热器

本项目采用两级填料洗涤塔。填料塔的作用是进一步降尘减温。动力波出口的烟气进入一级填料塔与塔内喷淋酸逆流接触，烟气中的尘进入到喷淋酸中，烟气温度也随之降低。喷淋酸经板式换热器将温度降低，循环利用。经过二级填料塔后，烟气温度已经降至50℃以下。

3.3 电除雾器

为防止酸雾进入后续工段造成设备及管道的腐蚀，在净化工段还要除去酸雾。本项目采用的是两级电除雾器去除酸雾。在电除雾器的电晕极接通高压直流电源，接通后检查电晕极当中所释放的静电场能否使气体发生电离现象，以便保证硫酸雾气可在电离子的作用下分解为负离子与正离子。由于电晕极为阴极，在接通电源后变成负高压极，发生电子雪崩后，小颗粒如尘及酸雾等就会被异性电荷所吸引，并在电场作用力下逐渐移动到沉淀极，当沉淀极当中的尘粉及雾粒厚度达到一定程度时，就会在重力作用下流向电除雾器的底部。

3.4 安全阀与安全水封

净化工段在二级电除雾器出口设置安全阀，安全阀与大气连通，当二级电除雾器出口负压低于设定值时，会造成净化工段这边因负压过低而损坏，此时需连锁打开安全阀补入空气。维持负压稳定，防止设备损坏。

安全水封同样是防止因净化工段负压过低而对设备造成损坏。安全水封一端与大气相通，另一端与干燥塔进口烟气管道相通。当系统负压过低是会造成水封内水被吸入管道内，当水被吸干后，空气即可进入烟气管道，避免负压过低而损坏设备。

4 净化工段测控要求

（1） 动力波洗涤器高位槽液位采用恒液位控制，目的是保证在循环泵故障的情况下高位槽仍能保证持续供酸降温。当动力波洗涤器出口烟气温度超过设定值时，紧急开启高位槽出口应急降温阀。同时为保证循环泵维持正常逆喷酸，在逆喷管道设置压力检测仪表，压力超过或低于设定值时报警。

（2）填料塔板式换热器循环酸、循环水出入温度检测。循环酸与循环水在板式换热器内进行热交换。控制循环酸温度直接影响填料塔出口烟气温度，直接影响后续工段。因此，本项目循环水入口温度为32℃，出口温度要求高于40℃报警。循环酸入口温度为55℃，出口温度高于50℃报警。换热器出口循环酸或循环水温度过高一方面可能是由于焙烧工段的出口烟气温度升高，另一方面也可能是因为板式换热器堵塞导致热交换不充分引起。

（3）板式换热器循环水出口应设置pH检测，目的是为了检测板式换热器是否漏酸损坏。

（4）电除雾器出口温度是重要控制参数。过高的温度会导致过量的饱和水进入干吸工段干燥塔降低酸浓度，会造成干吸工段串酸波动，难以维持稳定并且酸度增加对设备造成腐蚀。此外电除雾器出口压力对于整个净化工段也至关重要，当净化工段设备阻塞、后续工段二氧化硫风机故障、电除雾安全水封水位抽干、电除雾器出口安全阀故障都会导致压力异常。当电除雾器出口压力低于设定值时连锁控制安全阀，避免设备损坏。

（5）净化工段尘泥是在动力波洗涤器后的斜管沉降器经泵统一送至污水处理车间，因此后续两级填料塔产生的含尘循环酸逐级向前串酸，才可将其送至斜管沉降器。在此过程中各塔液位会逐渐降低，因此需要补充水。各塔设置液位检测，并通过恒液位控制串酸调节开度，保证各塔内液位稳定。项目为保证最大程度去循环酸中尘采用泵后串酸。

（6）净化工段安全水封对于保护净化工段设备至关重要，安全水封设置液位监测，低液位控制室当报警。水封液位降低表明管道中负压降低，应及时排查原因。

（7）净化工段设备出口压力检测。压力检测的目的是为了监测设备是否正常运行，压力降是否在正常范围内。如果出现压力异常应及时检查。

5 净化工段主要仪表选择

5.1 塔液位检测

在以往的项目中，塔类设备的液位检测会采用设置旁通管采用雷达液位计检测。但是就以往项目经验，塔类设备内往往会形成酸雾，对于雷达液位计产生干扰。因此，本项目采用双法兰差压液位计对于动力波洗涤器及填料塔的液位进行检测。

在仪表选型的时候应注意，塔内介质为酸性，因此液位计的膜片应选择耐腐蚀的材质。本项目设计采用哈氏C合金膜片，防止腐蚀。

图1 双法兰差压液位计用于塔液位检测

5.2 温度检测

根据测量温度范围选择Pt 100热电阻。综合考虑响应时间及耐腐蚀性，最终选择不锈钢外涂PTFE涂层的法兰连接热电阻。

5.3 压力检测

净化工段的介质性质比较复杂，既有腐蚀性酸性介质，又有含尘的腐蚀性烟气。针对腐蚀性稀硫酸采用法兰连接的压力变送器，膜片材质选择哈氏C合金［4］。对于腐蚀性烟气的压力检测选择差压变送器，烟气为微负压，为保证测量精度选择差压变送器，一端接大气，另一端采用Φ15引压管自烟气管道引压，膜片同样选择耐腐蚀的哈氏C合金。二次仪表安装在便于观测、维护的平台。

图2 烟气管道热电阻和取压检测点

5.4 漏酸检测

常用的漏酸检测方法有测量循环水出口管道的电导率值或是pH值。当制酸循环冷却水电导率很低时，发生漏酸情况，会导致冷却水电导率增大，通过电导率分析仪实现报警。同样，漏酸会导致冷却水pH发生变化，通过pH分析仪实现报警。两种分析仪表各有优缺点，pH分析仪漂移大，测量范围小；而电导率分析仪受水质影响较大。因此当使用的冷却水中盐类较多时可选择 pH 电化学分析仪作为漏酸报警仪; 当水质比较稳定时可采用电导式检测仪作为漏酸报警仪［5-6］。无论是电导率分析仪还是pH分析仪均选用在线插拔式安装支架。这样可以在不影响生产的情况下完成设备维护。

6 结语

本文结合某烟气制酸项目，简要阐述净化工段的主要检测及控制项目。并论述了设计过程中仪表选型的注意事项，为今后的设计工作提供参考。