700 kt/a硫酸装置循环水系统技术改造实践

2021-11-04柴瑾瑜迟栈洋

硫酸工业 2021年7期

柴瑾瑜，刘欢，迟栈洋

（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镍冶炼炉窑配套建有2套冶炼烟气制酸装置，硫酸生产能力分别为 700 kt/a 和 480 kt/a，其中 700 kt/a 硫酸装置配套处理镍富氧顶吹炉及其转炉、沉降电炉的烟气。近年来700 kt/a 硫酸装置的冶炼烟气来源发生了很大变化，2015年铜熔炼自热炉烟气引入700 kt/a硫酸装置，2016和2017年镍富氧顶吹炉系统进行干燥窑改造，提高了渣料配比，进入700 kt/a硫酸装置的烟气温度、水分及氟、氯等杂质激增[1]。循环水系统运行效果差，导致硫酸装置移热能力难以满足生产要求。

1 存在问题及现状

镍冶炼厂循环水系统现运行2台5 500 m3/h循环水冷却塔（凉水塔），担负着700 kt/a硫酸装置净化工序和干吸工序循环水的冷却降温任务，自2008年投运至今已运行10余年。随着冶炼系统原料和烟气来源的变化，硫酸装置热负荷明显增加，循环水降温效果未达设计要求的上塔水温38 ℃、下塔水温28 ℃、温降10 ℃等指标。循环水基础水温高，导致换热设备移热效果差，硫酸装置净化工序二级电除雾器出口烟气温度和干吸酸温长期处于超高状态。尤其是夏季高温季节，净化工序二级电除雾器出口的烟气温度最高可达46.5 ℃，带入干吸工序的水分和热量明显增加，干燥酸w(H2SO4)频繁低于控制下限92.5%。烟气干燥效果变差，系统热量高，设备设施腐蚀速率加快。循环水系统换热效果变差，导致硫酸装置净化工序出口烟气温度过高、水分超标，干吸工序热量不平衡，后续设备设施腐蚀，严重影响了硫酸装置的稳定生产，对火法冶炼系统的安全稳定运行也带来极大挑战[2]。

2 原因分析

硫酸装置循环水系统主要包括凉水塔、集水池、循环水泵和输送管线。循环水通过泵、管道输送至换热设备，用作工艺介质的冷却水，通过稀酸板式换热器移除净化稀酸的热量，通过阳极保护冷却器移除干吸浓硫酸的热量。在换热过程中，工艺介质温度下降，循环水温度上升，经凉水塔进行降温后，实现循环使用。

700 kt/a硫酸装置循环水系统采用逆流式机械通风凉水塔，是在轴流风机的驱动下，空气从冷却塔周围依次通过进风口、淋水填料、配水系统、收水器进入风筒，最后又将空气输送到大气中。风机高速旋转形成负压蒸发水分，气液相变实现循环水降温。

经技术人员分析，目前循环水系统存在的问题有：①塔体混凝土柱体及墙体腐蚀严重；②喷淋管锈蚀脱层严重，喷头脱落；③爬梯、走廊等钢结构件严重锈蚀；④风扇轮毂锈蚀，冷却水量小、耗电量大、飘水率高、收水率低；⑤塔壁、塔顶等部位易结冰；⑥聚乙烯填料出现塑化变形，在水冲击作用下撕裂，细小碎片随着循环水流动至下游设备，造成板式换热器、浓硫酸冷却器等换热设备堵塞；⑦凉水塔风扇晃动严重，轮毂重度锈蚀，严重影响了冷却风扇的正常运行，降低了凉水塔的冷却效率。

3 改造前循环水系统运行状况

改造前循环水系统温度数据见表1。

表1 改造前循环水系统温度数据

由表1可见：循环水系统温度普遍较高，循环水干管温度最低也达到了32.4 ℃。

4 采取的改进措施

4.1 调整凉水塔内部结构

对凉水塔的内部结构进行如下调整：

1）采用容积散质系数较高的斜梯波型薄膜淋水填料代替原有TU-12C填料。斜梯波型薄膜淋水填料为改性PVC全自动真空吸塑成型，具有热力性能高、阻力低等优点，大大提高了水流的通过性。斜梯波型薄膜淋水填料结构见图1。

图1 斜梯波型薄膜淋水填料结构

2）采用全新的逆流式凉水塔专用收水器代替原有MC-75型收水器。该收水器飘水率仅为循环水量的0.000 5%，同时该收水器特定的角度设计具有低阻力的优点，满足了塔内空气流场的流畅性，并且可利用原收水器支撑直接铺设。逆流式凉水塔专用收水器结构见图2。

图2 逆流式凉水塔专用收水器结构

3）在不改变目前凉水塔大梁的结构下，制作Ω型托架，将托架均匀平铺于大梁上，这样就在相邻2个Ω型托架中形成填料支撑，搭建出第二层填料层，增加了填料高度，提升凉水塔换热效率。

4）调整风扇叶片角度可改变风速和出风量，气流通过叶片做功被提升到动压回收段。按照气体流场均化理论设计动压回收段对气流进行导流扩散，可有效降低风筒气流动压损失，确保风扇的冷却效果。

5）采用全新的倒立下垂式喷头和边墙式洒水喷头。倒立下垂式喷头喷出的水流形成抛物曲面状，将水量向下均匀喷洒。边墙式洒水喷头可靠墙安装，喷出的水呈半抛物状，两种喷头的结合使用，确保了塔内喷洒均匀，同时也避免了对塔体的冲击及腐蚀，延长了塔体使用寿命。

4.2 重新配置循环水过滤网

循环水池滤网孔径为6 mm，孔径偏小。循环水系统长时间的运转造成Ca2+，Mg2+不断富集，并且钙镁盐结垢后堵塞过滤网，不断挤压滤网支撑梁，长期累积之后，循环水池过滤网支撑梁已经不堪重负，即将塌陷。镍冶炼厂将循环水池积泥和结垢物清理干净后，整体更换循环水池过滤网和支撑，将孔径增大至8 mm，避免钙镁结垢继续堵塞过滤网。

5 运行效果

经过里外密封修补后塔体四周各处漏点已不再渗漏。改造后凉水塔的上下塔温差由原来的4 ℃升高到10 ℃，二级电除雾器出口烟气温度降至38 ℃。在没有改变凉水塔塔体高度和大梁的情况下，采用Ω型托架将填料高度由原来的0.75 m增加到1.5 m。原来2台斜流水泵并联运行变为单台运行，且运行时长由原来的4个月延长至10个月，可节约电费647.8万元/a。