有色冶炼烟气制酸技术的现状及发展趋势 17页

有色冶炼烟气制酸技术的现状及发展趋势来源中国化工信息网2007年7月2日国内制酸的冶炼烟气主要来自铜、镍、铅、锌、黄金等5类金属的冶炼过程，冶炼烟气制酸装置是冶炼装置附属的生产系统，其装置规模与冶炼金属种类及其生产能力相匹配。根据目前有色金属冶炼技术的发展状况，大型冶炼烟气制酸装置主要集中在铜冶炼企业，特别是采用闪速炉熔炼工艺的冶炼企业，国内最大的冶炼烟气制酸装置为江西铜业有限公司贵溪冶炼厂的660KT/A装置。铅、锌冶炼受冶炼工艺和设备如锌沸腾炉焙烧、铅锌烧结机冶炼、富氧底吹氧化加鼓风炉还原炼铅、奥斯麦特炉加鼓风炉还原炼铅等生产能力的限制，配套的制酸装置规模一般在200KT/A以下，如锌沸腾炉焙烧工艺的锌冶炼能力最大为100KT/A，配套制酸装置产能约180KT/A；国内采用烧结机冶炼工艺的铅、锌冶炼能力最大为100KT/A，配套制酸装置产能约170KT/A；铅冶炼装置最大冶炼能力为100KT/A，配套制酸装置产能约150KT/A。现针对上述较大规模的冶炼烟气制酸装置论述我国冶炼烟气制酸技术现状和发展趋势。1我国冶炼烟气制酸现状我国冶炼烟气制酸工业伴随着有色冶金工业的成长而发展，现已形成了相当的规模，装置设计及建设水平有了长足的进步，装备水平与国外先进水平的差距日渐缩小。11冶炼烟气制酸产量2005年我国冶炼烟气制酸产量为9810H，占全国硫酸总产量的212。冶炼烟气制酸产量居前30位企业的产量占冶炼烟气制酸总产量的786，其中前10位企业产量占到553。2005年我国冶炼烟气制酸产量前10位企业情况见表1。表12005年我国冶炼烟气制酸产量前10位企业情况序号企业产量/KT1江西铜业9842铜陵有色9653云南铜业6624金川集团5715葫芦岛有色5196大冶有色4937白银公司3618韶关冶炼3609豫光金铅26710烟台恒邦243小计5425我国现有的冶炼烟气制酸装置规模偏小、产量偏低，以2005年为例，冶炼烟气制酸企业117家，平均每家企业产量仅84H，仅比2001年的74KT略有提高。虽然近年来一些大型冶炼企业新建了不少大型制酸装置，但一些拥有矿产资源的地区也上马了许多小型的冶炼烟气制酸装置，使得天部分冶炼烟气制酸装置规模偏小的格局未得到根本性改观。12有色金属冶炼技术及烟气特点我国是有色金属硫化矿冶炼技术种类最齐全的国家，相应的冶炼烟气种类繁多、特性各异，烟气SO2浓度分布范围较广SO200525三我国主要有色金属冶炼工艺及烟气情况见表2。表2我国主要有色金属冶炼工艺及烟气情况金属种类冶炼工艺及设备烟气SO2，烟气特点典型企业密闭鼓风炉熔炼加转炉或连吹炉吹炼4570气浓及气量周期性波动，烟气CO浓度较高富春江冶炼、康西冶炼奥斯麦特炉熔炼加转炉吹炼60110气浓、气量同步波动奥斯麦特炉有时需停炉换喷枪金昌冶炼、云南铜业闪速炉熔炼加转炉吹炼60145气量波动在40100贵溪冶炼、金隆铜业、金川集团闪速炉熔炼加闪速炉吹炼220250正常生产时气浓、气量波动小需考虑单台闪速炉作业工况山东祥光铜业诺兰达炉6585气量波动小大冶有色转炉5580气量波动大大冶有色奥斯麦特炉熔炼加奥斯麦特炉吹炼80100气量较稳定装置故障率高中条山有色铜白银炉熔炼加转炉吹炼6075气量周期性波动白银公司烧结机加鼓风炉1040气量波动小株洲冶炼、豫光金铅艾萨炉加鼓风炉7590正常时气量较稳定装置故障时停气云南驰宏烧结锅约10间断作业一些小厂铅富氧底吹炉加鼓风炉水口山法6590烟气较稳定豫光金铅、贵池冶炼、水口山第三冶炼厂锌沸腾炉6585烟气较稳定株洲冶炼、云南驰宏铅锌混合矿烧结机加鼓风炉4565正常时气量较稳定停车次数多韶关冶炼、葫芦岛有色闪速炉加转炉7095气浓、气量波动大金川集团电炉加转炉3045气量较稳定吉林镍业镍转炉加鼓风炉1525气量波动大成都电冶金沸腾炉5570气量较稳定、水分高三门峡黄金冶炼钻沸腾炉气量较稳定配气生产山东东佳硫酸钼回转窑15时宜采用回收法，SO250时，可采用常规的两转两吸制酸工艺，国内运行的两转两吸制酸装置进转化器SO2最高达125，正在建设中的山东祥光铜业有限公司制酸装置进转化器SO2高达16。14环境保护根据我国现行的大气污染物综合排放标准，新建装置的二氧化硫最高允许排放浓度为960MG/M3，应该说与国外先进水平相比该指标是不高的，国内大部分大型冶炼烟气制酸装置能达到，但仍有相当一部分采用一转一吸工艺或虽采用两转两吸工艺但转化率不高的硫酸装置尾气SO2超标。污酸污水处理不达标是国内部分冶炼烟气制酸企业存在的老大难问题，一些企业虽设置了污酸污水处理装置，但由于设备运行不正常或因运行费太高而不按操作规程运行，导致污酸污水超标排放。15废热回收利用据统计，国内硫酸企业平均每吨硫酸回收蒸汽0935T，废热利用率仅为6070，冶炼烟气制酸企业则更低。我国大型冶炼企业主要回收高温位废热，而部分小型冶炼企业为节省投资甚至连高温位废热也不回收。相对硫磺及硫铁矿制酸企业而言，冶炼烟气制酸企业回收中温位废热的较少，只有少数企业如贵溪冶炼厂、金隆铜业有限公司等开始回收利用这部分废热。干吸工序产生的大量低温位废热则基本上没有得到利用。国外采用低温位热回收系统后每吨硫酸可产中压过热蒸汽5MPA、400136T、1MPA低压蒸汽05T，可发电348KWH，总热利用率可达90以上。因此，与国外先进水平相比，国内废热利用差距是十分明显的。2冶炼烟气制酸的技术进展21我国冶炼烟气制酸技术发展的几个阶段1960年白银有色金属公司投产了我国建国后第一套冶炼烟气制酸装置，经过40多年的发展，我国冶炼烟气制酸技术取得了长足的进步，其大致可分为三个发展阶段。19601984年为第一阶段，参照前苏联相关技术资料及建厂模式，通过摸索积累了丰富的设计和生产操作经验，但总体而言技术进展缓慢，特别是由于相关设备和材料制造业落后，大部分关键设备不过关，装置的装备水平不高，制酸装置规模偏小，单系列产能超过100KT/A的装置很少。制酸装置运转率和转化率低，影响全厂的作业率，尾气SO2严重超标，硫回收率仅为5070。19851995年为第二阶段，为配套90KT/A闪速炉铜冶炼装置建设，贵溪冶炼厂成功引进了日本住友金属株式会社350KT/A制酸装置的技术和设备。通过消化、吸收该装置技术，国内制酸装置的设计技术水平及观念上了新台阶，制酸装置大型化设计及设备制造能力亦得到同步发展，后来的许多大型冶炼烟气制酸装置如株洲冶炼锌冶炼系统硫酸系统、韶关冶炼二期硫酸系统、西北铅锌冶炼制酸系统、大冶有色诺兰达炉烟气制酸系统、金川集团镍烟气硫酸系统、云南铜业系列硫酸系统均是在消化贵溪冶炼一期硫酸装置技术的基础上由国内企业自行设计建造的。这段时期国内相关的没备制造企业也加大了对大型关键设备的研制开发工作，并取得了突破性进展，如超高分子量塑料泵、稀硫酸合金泵、浓硫酸泵、阳极保护浓硫酸冷却器、FBP电除雾器、大型FRP材质设备、大型石墨及铅间冷器等设备的制造技术基本过关。硫酸生产的各项技术指标明显改善，如铜冶炼行业的全硫回收率最高可达95以上。1996年至今为第三阶段，我国冶炼烟气制酸技术又上了一个新的台阶。这主要得益于我国一些大型铜冶炼企业如贵溪冶炼、金隆铜业、大冶有色、中条山有色等成功引进了美国孟山都公司现为孟莫克公司、加拿大凯密迪公司的技术和设备，这些技术和设备的引进不但提高了制酸装置的装备水平，更主要的是带来了新的设计理念，集中体现在制酸装置能力得到大幅度强化、流程配置更简化。这段时期除大型风机、催化剂等少数产品外，国内企业制造的设备、材料均已日趋成熟，使得我国大型冶炼烟气制酸装置的装备水平与国际先进水平的差距进一步缩小。随着冶炼工艺和制酸技术的进步，大型铜冶炼企业全硫回收率最高达到97以上。22烟气净化工艺及设备在过去几十年间，虽然我国冶炼烟气制酸水平与国际先进水平的差距在各方面都有所体现，但烟气净化指标控制相对薄弱则尤为明显。与硫铁矿制酸烟气相比，冶炼烟气的杂质成分更为复杂，烟尘粒径细小且黏性大，并伴有许多挥发性气态杂质成分，使得烟气净化难度更大。烟气制酸装置在冶炼厂虽是附属设施，但一旦停产则会造成巨大的损失，而净化工序又是硫酸装置持续稳定运行的基础，因此对冶炼烟气净化装置的要求自然更高。几十年的经验教训也使冶炼烟气制酸企业认识到“强化净化”的重要性，因而在选择净化工艺流程及设备时注重效率成为一种趋势。221净化工艺国内大型冶炼烟气制酸装置的净化工艺流程带有明显的阶段性特征，19851995年净化工艺流程主要采用贵溪冶炼一期工程所采用的经典塔式稀酸洗流程，或是在其基础上进行局部改进的流程。而在1996年之后，大多采用以动力波洗涤器高效洗涤器为主要设备的净化工艺流程，或采用动力波洗涤器高效洗涤器对原有净化工艺流程进行局部改造。目前大型冶炼烟气制酸装置主要有以下几种工艺流程A空塔填料塔间冷器电除雾器，如贵溪冶炼一期、韶关冶炼二期、葫芦岛有色、西北铅锌冶炼、金川集团系统；B空塔填料塔电除雾器，从填料塔出来的稀酸用稀酸板式换热器冷却，如云南铜业系列、株洲冶炼锌系统；C空塔填料塔高效洗涤器电除雾器，从填料塔出来的稀酸用稀酸板式换热器冷却，如大冶有色系统；D空塔高效洗涤器填料塔间冷器电除雾器，如韶关冶炼一期；E一级动力波洗涤器高效洗涤器填料塔二级动力波洗涤器高效洗涤器电除雾器，从填料塔出来的稀酸用稀酸板式换热器冷却，如金隆铜业、贵溪冶炼二期、大冶有色系统、株洲冶炼铅系统、云南驰宏；F动力波洗涤器高效洗涤器填料塔电除雾器，从填料塔出来的稀酸用稀酸板式换热器冷却，如金昌冶炼、金川集团系统。从实际生产运行效果看，采用经典塔式稀酸洗流程最大优点是系统阻力低、适应能力强，但也存在净化效率低、设备维修量大、系统压力降上涨快等缺点，特别是上述B流程，以稀酸板式换热器代替间冷器，虽简化了烟气净化主流程，但从株洲冶炼、大冶有色原也使用该流程，后在填料塔后增设高效洗涤器等企业的使用情况看，效果不大理想。间冷器具有移热和净化的双重作用，因此在传统净化流程中还是发挥了不可或缺的作用。222净化设备2221空塔国内空塔形式主要有2种并流式和逆流式。并流式空塔是在消化吸收贵溪冶炼一期工程引进技术的基础上发展起来的，由于气体及喷淋液从塔顶部进入，因此对空塔顶部材质要求较高顶部材质主要采用抗火石或石墨砖，液体喷嘴采用特殊结构形式，使液体分布呈抛物面，塔体可采用全FRP材质，但四周需有溢流液均匀分布以保护塔体。应用并流式空塔的有贵溪冶炼一期、株洲冶炼锌系统、大冶有色系统、金川集团系统等。国内逆流式空塔使用较为普遍，如韶关冶炼、云南铜业等，采用传统的钢加铅加瓷砖加石墨砖结构，其中石墨砖层视烟气含氟情况决定是否需要采用。该结构形式较复杂、投资大，国内正对其进行改进，如南昌有色冶金设计研究院设计的整体FRP材质逆流式空塔已安全运行2年，设计的关键是对进气结构进行必要的处理。目前国内设计最大的空塔是金川集团直径70M的空塔。2222动力波洗涤器高效洗涤器1997年金隆铜业有限公司首先从美国孟山都公司引进动力波洗涤器并投入使用，此后贵溪冶炼二期及三期、株洲冶炼铅系统、大冶有色分别引进动力波洗涤系统。在消化吸收该技术的基础上，国内已有企业制造出性能类似的高效洗涤器，并应用于许多新建硫酸装置及老装置的改造，但与进口产品尚有一定差距。目前动力波洗涤器主要应用于冶炼烟气制酸系统，少量应用于硫铁矿制酸系统，主要是由于冶炼烟气净化更为困难以及冶炼厂对制酸系统的生产稳定性和作业率要求更高。使用动力波洗涤器的净化工序压力降较高，因而设备运行费用偏高，但从整个制酸系统来看，由于动力波洗涤系统的净化效率较高，相应减少了后续设备的压力降上涨及设备本身的维修量，从长远来看，与传统流程相比动力波洗涤器流程总运行费用应该是不高的。2223填料塔早先冶炼烟气制酸装置的填料塔大都采用钢衬瓷砖结构，自从贵溪冶炼一期投产后，填料塔基本都改用全FRP材质，目前国内最大填料塔是白银有色金属公司在建的直径90M填料塔。各厂填料塔结构差异主要体现在分酸装置上，分酸装置主要有2种结构形式，一是槽式分酸器，二是采用离心喷嘴形式，目前离心喷嘴形式已较少使用。老式的槽式分酸器类似于干吸塔的挂槽式分酸器，分酸点密度仅1214个/M2，分酸效果差导致填料层较高。新设计的填料塔大都采用新型多层槽管式分酸器，其分酸点密度达到36个/M2，填料商庭有所降低。2224间冷器国内间冷器主要有石墨间冷器和铅间冷器2种，间冷器传热系数较低，所需的换热面积偏大，因此设备投资较高、占地面积大，同时也增加了系统阻力，国内新设计的大型冶炼烟气制酸装置已基本不用间冷器而改用稀酸板式换热器。但对于烟气SO2浓度较低的装置，为了在夏季维持系统的水平衡，有时仍会考虑采用间冷器。另外对传统的塔式稀酸洗净化流程而言，间冷器可使酸雾粒子长大并具有一定的清洗作用，因而对烟气净化有利。2225电除雾器国内电除雾器主要有铅电除雾器、导电FRP电除雾器和PVC电除雾器。大型冶炼烟气制酸装置较少采用PVC电除雾器，即便有使用的，也是与另外两种电除雾器搭配使用，即一级电除雾器采用PVC电除雾器，二级电除雾器采用铅或导电FRP电除雾器，这样可降低投资。铅电除雾器与导电FRP电除雾器在大型冶炼烟气制酸装置中均有使用，除雾效率不相上下。随着制造技术的不断成熟，更为环保的导电FRP电除雾器已为愈来愈多的冶炼烟气制酸装置所采用，目前新设计的大型冶炼烟气制酸装置大多采用导电FRP电除雾器。2226稀酸泵国产稀酸泵主要有合金泵和超高分子量工程塑料泵或衬胶泵两大类。国内合金稀酸泵的材质尚未完全过关，使用寿命短，因此使用相对较少。超高分子量工程塑料泵的材质不存在问题，价格也较便宜，最长使用寿命已达十几年，但在运行稳定性、密封性能、泵效率等方面尚待进一步提高。为保证净化系统的安全性，国内大型冶炼烟气制酸装置引进衬胶泵作为首级洗涤装置循环泵的较多，在保证净化系统安全稳定运行的前提下，其它稀酸泵可考虑采用超高分子量工程塑料泵。2227稀酸板式换热器国内稀酸板式换热器的材质尚不过关，目前使用的大多为国外公司在国内组装的产品，大型冶炼烟气制酸装置宜采用两用一备配置，以节省投资和方便检修。23干吸工艺及设备231干吸工艺长期以来，受前苏联的影响，我国干吸设备的选型设计偏保守，导致设备过于庞大，如第一阶段19601984年冶炼烟气制酸装置于吸塔的气速仅为0608M/S，填料高度达5560M。而在第二阶段19851995年，通过消化吸收引进技术，干吸设备已得到一定程度的强化，气速提高至12M/S，填料高度则降至4045M。第三阶段1996年至今的干吸设备已得到大幅度强化，装备水平与国际接轨，流程变得更为简洁，具有代表性的是贵溪冶炼二期、大冶有色系统等硫酸装置所采用的美国孟山都公司的低位高效干吸工艺技术。232干吸设备2321干吸塔与传统的大中型硫酸装置干吸塔相比，新建的采用高效于吸工艺技术的装置设计有了较大的提高和改进。分酸装置采用管槽式分酸器，分酸点密度超过404/M2，材质采用SX或ZECOR，其中SX材质分酸器可由国外供应材料，在国内设计和制造，其价格比纯引进的设备要便宜25以上，近年来在冶炼烟气制酸装置上应用较多。另外采用316L材质的阳极保护管槽式分酸器，因其价格相对较低、技术不断成熟，在冶炼烟气制酸装置上也有所应用。干燥塔设置了合金材质丝网除沫器，目前新设计的装置也有采用玻璃纤维或特氟隆丝与合金交织缠绕的组合式除沫器。吸收塔除雾装置普遍采用进口烛式纤维除雾器。填料支撑结构有改用条梁以降低塔高度的趋势，贵溪冶炼二期和大冶有色系统的进口条梁厚度仅为45MM。国内也开始研制类似条梁，已应用于生产的条梁厚度达65MM，与进口产品尚有较大差距。新设计干吸塔塔底结构均为碟形底，底部出酸。干吸塔的操作气速大幅度提高，塔径缩小，填料高度降低30以上。干燥酸通过管道串酸的方式，将溶解在干燥酸中的SO2在吸收系统脱吸出来，从而省去浓硫酸脱吸塔。2322干吸塔循环槽早期设计的干吸塔循环槽以立式单槽或子母槽为主，近期设计的大型硫酸装置几乎都改为卧式圆筒形结构，考虑到停车时干吸塔底部将贮存部分浓硫酸，加上新型干吸塔填料用量相对较少，故循环槽比老式的容积小1/31/2。一吸塔、二吸塔循环酸共用泵槽以简化流程。国内也有企业如云南铜业考虑全部由干吸塔塔底储存硫酸，但需另设一个与干吸塔相连的小泵槽，小泵槽上装设循环泵。2323浓硫酸泵国产浓硫酸泵材质已经过关，硫酸装置大多采用国产浓硫酸泵，但受限于制造水平，国产浓硫酸泵的质量不稳定，泵效率低于进口泵。目前国产浓硫酸泵最大流量可达1400M3/H，但流量超过1200M3/H时泵的运行稳定性尚难得到保证，因此大型冶炼烟气制酸装置一般采用进口泵。从新建装置看，干燥塔循环泵一般采用国产泵，而由于一吸塔和二吸塔循环酸共槽，硫酸流量大且酸温高，吸收塔循环泵考虑进口的多些。2324浓硫酸冷却器国内现有大型硫酸装置的浓硫酸冷却器主要有阳极保护管壳式酸冷却器和板式酸冷却器两种形式。国产阳极保护管壳式酸冷却器技术上成熟可靠，除贵溪冶炼、金隆铜业等少数厂采用进口产品外，其它均使用国产产品。近期进口板式酸冷却器价格上涨较多，且用于浓硫酸冷却时会出现通道堵塞、密封垫损坏等故障，新建装置较少使用。24转化工艺及设备241转化工艺我国有色金属产品种类较多，冶炼烟气种类也较多，可用于制硫酸烟气SO2浓度范围为SO22525，需采用不同的工艺进行转化。根据SO2浓度不同除采用常规转化工艺外，还可采用非稳态转化工艺、较低浓度SO2两转两吸工艺和超高浓度SO2转化工艺。目前非稳态转化工艺主要用于铅烧结机烟气的治理，铅烧结机烟气SO21040，现有的非稳态转化制酸装置需增设尾气脱硫装置才能使尾气达标排放。在现有的脱硫技术中，可考虑采用再生胺脱硫技术，先将尾气中SO2提浓至纯SO2，然后将纯SO2返配至制酸系统，以利于系统的水平衡和热平衡。采用再生胺脱硫技术无其它副产物产生，基本上不消耗脱硫剂，尾气能达标排放。采用较低浓度SO2两转两吸工艺的典型装置为韶关冶炼厂一系统，进转化器烟气SO24565，该装置已稳定运行7年。除工艺上采取一些措施外，主要是采用了蓄热式转化器。转化器采用瓷球拱支撑结构，由于瓷球拱的蓄热容量大，即使烟气SO245时仍能维持至少8H的热平衡。但由于瓷球拱成品烧出率低、价格偏高，一般企业难以承受。国内也有设想利用吸收塔循环酸来预热SO2风机入口烟气，将其温度提高3540，这样在SO2低至40时仍能维持两转两吸工艺的热平衡。超高浓度SO2转化工艺首先在山东祥光铜业有限公司得到应用，该公司正在建设的铜冶炼装置采用闪速炉熔炼加闪速炉吹炼的冶炼工艺，进硫酸系统的SO2高达2225，转化工序采用了奥托昆普技术公司的LURECTM工艺，采用了“32”五段转化，进转化器SO2达16，氧硫比08。将转化器三段出口的部分烟气返回至转化器一段入口，以降低一段入口SO2浓度，返回烟气中存在的SO2也抑制了一段过度反应，使超高浓度SO2转化成为可能。SO2浓度大幅度提高，使得干吸、转化装置的气量比常规制酸装置降低25以上，装置的投资及运行费用都有不同程度的降低。该装置拟于2006年底投产，该技术的使用效果有待生产实践检验。242转化设备2421转化器大型硫酸装置的转化器有普通钢制转化器和不锈钢制转化器两种。国内普通钢制转化器的设计已有成熟的经验，其结构型式较为雷同。针对较低SO2浓度烟气SO25055采用两转两吸工艺制酸时，国内开发了一种大蓄热量转化器，采用耐火砖砌筑的球拱作为箅子板及隔板一、二次转化层间采用不锈钢制隔板，目前该转化器已在韶关冶炼二期及云南铜业得到应用。20世纪80年代我国引进了大型不锈钢转化器，美国孟山都公司设计的转化器没太多特色，但在消除设备热应力方面美国孟山都公司有着丰富的经验，另外经常将第一催化剂层置于转化器底层以便于催化剂的装卸。加拿大凯密迪公司和德国鲁奇公司现并入奥托昆普技术公司采用中心筒或周边进气结构，内设12个换热器，隔板、箅子板与转化器壁以焊接方式联结，无需支柱。国内已有设计大型转化器的能力，如应用于贵溪冶炼厂冶炼烟气制酸装置的转化器直径达125M。国内大型冶炼烟气硫酸装置基本上都采用进口催化剂，以确保转化率。2422换热器与国外先进技术相比，国产换热器的设计制造水平毫不逊色，近十几年先后推出了双圆缺型、碟环式、空心环管壳式等新型低阻高效换热器。其中由华南理工大学开发的空心环管壳式换热器的传热管为缩放管，缩放管可强化管内介质的传热过程，壳程配套特殊的换热管支撑结构，气体流向顺畅、阻力小，其总传热系数达到3035W/M2K，总压力降在235KPA，该形式换热器在国内冶炼烟气制酸装置中已得到推广应用。存在的问题是换热器传热系数的计算值与实际值有时会出现偏差，其数学模型有待进一步完善。为了适应冶炼烟气SO2浓度及气量波动较大且频繁的状况，南昌有色冶金设计研究院开发了可调式换热工艺并申报专利。可调式换热工艺主要是将第一换热器一分为二，分别用于一、二次转化气的加热，这样可实现一、二次转化气升温所需热量的随意分配，从而在SO2浓度及气量波动频繁时，仍能将转化器各段进口温度和吸收塔进口温度自动控制在最佳操作范围内，从使用厂家的实际生产情况看，转化率一直维持较高水平。2423SO2鼓风机为保证硫酸系统运行稳定，大中型冶炼烟气制酸装置基本上采用进口SO2鼓风机，单台配置。为检修方便，一般仍设置检修用的风机房，但也有的不设置风机房而仅设置简易隔音棚，如株洲冶炼锌系统、金昌冶炼系列等。3我国烟气制酸技术的发展趋势随着我国冶炼技术和烟气制酸技术的发展，今后一段时间内国内冶炼烟气制酸技术总的发展趋势主要有以下几方面。31产业集中化、装置大型化趋势将会进一步显现企业竞争主要是综合实力的竞争，经济全球化是世界经济发展的必由之路，而加入WTO后意味着中国企业面临着在同一规则下与国外企业参与市场竞争，大量缺乏核心竞争力的中小企业被逐步淘汰出局是必然的。大型企业出于自身发展的需要以及当地政府的鼓励将不断做强做大，兼并重组小型企业是大企业保障原料、优化资源、降低成本的最基本的扩张策略，目前像江西铜业、铜陵有色、金川集团、云南铜业等大型有色企业都有兼并重组小型冶炼、矿山企业的举动，随之而来的是大型企业所占市场份额将进一步加大，同时，先进冶炼技术的应用也将带来制酸装置的大型化的发展。事实上这种趋势已经显现出来，近几年国内单系列600700KT/A的冶炼烟气制酸装置已屡见不鲜，预计更大规模的装置将会不断涌现。大型冶炼烟气制酸装置将主要出现在铜冶炼企业，预计今后5年内国内铜产能400700KT/A的大型冶炼企业将会有45家。32更加重视环境保护今后我国的各项环保法规将逐步与国际接轨，污染物排放标准的制定及执行会更加严格。国外许多地区的二氧化硫最高允许排放浓度约300MG/M3，某些特殊地区只有100MG/M3甚至更低。为满足日益严格的环保要求，在现有硫酸系统后增加尾气脱硫装置或采用高性能催化剂提高转化率是两种可行的办法。增加尾气脱硫装置的投入与产出不成比例，经济上不太合理，因此尽可能提高SO2转化率是更可取的选择。目前，国产催化剂与进口催化剂相比，性能尚有差距，但进口催化剂价格太高限制了其使用，因此开发价格低、性能好的国产催化剂并加强催化剂的反应动力学研究将是今后一段时间内国内硫酸行业的一个重要课题。污酸污水处理方面，应加紧开发新的投资省、运行费用低的处理工艺，在传统工艺流程的基础上完善膜处理技术并降低其运行成本是近期国内开发的一个重点。另外一些特殊污染物如部分铅锌冶炼烟气中的汞、烟气净化外排稀酸中的砷和重金属离子等的处理及回收也将会得到进一步的重视。33废热回收利用有较大发展空间能源紧缺正成为制约我国经济持续稳定发展的一个重要因素，随着国民经济的快速发展，能源供需矛盾的进一步加剧，制酸厂同时成为能源工厂必将成为中国硫酸工业发展的一个新的热点。有色冶炼企业中温位废热回收大有潜力可挖，而且对现有转化系统进行局部改造也很容易做到。近两年贵溪冶炼厂对2套硫酸系统的转化部分进行改造，加设了热管锅炉回收转化系统多余热量，现可产125MPA低压蒸汽约20T/H，取得了明显的经济效益。国内冶炼烟气制酸装置大量低温废热未得到回收利用的关键是低温废热回收系统的技术均需引进，无论是孟莫克公司的HRS系统还是奥托昆普技术公司的HEROS系统都价格不菲，国内有些企业如贵溪冶炼厂、金隆铜业有限公司等都曾有意回收该部分废热，并进行了相应的前期论证和考察工作，结论是采用低温废热回收系统经济上是十分合理的，可望在几年内回收投资，但最终因一次性投资太高而未能实施。34超高浓度SO2转化技术将得到越来越多的应用随着有色冶金富氧冶炼技术的发展，烟气SO2在20以上已成为现实，从目前冶炼技术使用情况看，超高浓度SO2烟气主要产生于铜冶炼的特定工艺，如山东祥光铜业有限公司采用的闪速炉熔炼加闪速炉吹炼冶炼工艺，其SO2高达2225，如采用常规转化工艺，需将SO2烟气稀释至SO212左右，气量增大致使制酸装置投资及运行费用增加，体现不出该冶炼工艺的优越性。而随着冶炼技术的发展，其它有色金属冶炼完全有可能出现超高浓度SO2烟气的情况，由于高浓度SO2制酸装置投资及运行费用将大幅度降低，热回收效率更高，因此今后将有可能出现更多的超高浓度SO2制酸装置。国内可就超高浓度SO2转化工艺及低温高活性催化剂的应用进行相应的研究。国内曾提出三转三吸转化流程适应超高浓度SO2的思路，今后应用于工业生产也是完全有可能的。“十五”有色金属冶炼、烟气制酸回顾及“十一五”发展趋势来源中国化工信息网2007年5月28日1“十五”期间我国主要有色金属产量“十五”期间我国有色金属工业迅速发展，10种有色金属产量见表1。2005年我国上规模企业10种有色金属产量达163184KT，其中铜、电解铝、铅、锌产量排名前10位的企业见表25。表1“十五”期间我国10种有色金属产量年份铜/KT铝/KT铅/KT锌/KT镍/KT锡/KT锑/KT汞/T镁/KT钛/T200115233357581195420376497105114791931997246820021632545111132472155152481812324952350364820031836359620156412318564798189961234184118200421987668881934525195758115312531140442448092005258347806023788271089531194145536146969274表22005年我国铜产量排名前10位的企业序号企业产量/KT1铜陵有色金属集团公司44782江西铜业集团公司421，63云南铜业股份有限公司32264大冶有色金属公司17745金川集团有限公司16116宁波金田铜业集团公司10007白银有色金属公司7758东营方圆有色金属有限公司7509山东金升有色集团有限公司70210烟台有色金属集团公司619注以上10家企业2005年铜产量达1915IKT，占全国电解铜总产量的7413。2“十五”期间我国烟气制酸产量“十五”期间，随着我国有色金属行业的迅速发展，与其配套的烟气制酸也取得了长足的进步，酸产量平均每年递增约1000KT。我国“十五”期间烟气制酸产量见图1略。表32005年我国电解铝产量排名前10位的企业序号企业产量/KT1中国铝业公司142182青铜峡铝业集团有限公司35313云南铝业股份有限公司32354河南豫港龙泉铝业有限公司30745山东信发铝电集团24336兰州连成铝业有限责任公司21857焦作市万方铝业股份公司20688河南万基铝业股份有限公司17829河南神火集团有限公司173910河南豫联能源集团有限公司1651注以上10家企业2005年电解铝产量达35916KT，占全国电解铝总产量的4601。表42005年我国铅产量排名前10位的企业序号企业产量/KT1河南豫光金铅股份公司23012徐州春兴合金有限公司10523安阳豫北金属冶炼厂10294株洲冶炼集团有限公司9605济源万洋冶炼集团有限公司8706中金岭南有色金属股份公司8347云南冶金集团总公司7308金城江成源冶炼厂7259水口山有色金属公司62710河池市南方有色冶炼公司543注以上10家企业2005年铅产量达9671KT，占全国铅总产量的4066。表52005年我国锌产量排名前10位的企业序号企业产量/KT1株冶火炬金属股份有限公司32682葫芦岛有色金属集团公司24563中金岭南有色金属股份公司18154白银有色金属公司13115云南冶金集团总公司10376四川宏达集团公司8697汉中八一锌业有限公司7248水口山有色金属公司6949陕西东岭锌业有限公司66910祥云县飞龙公司509注以上10家企业2005年锌产量达13352KT，占全国锌总产量的4925。2005年我国烟气制酸总产量达到9810KT，产量排名前12位的企业见表6。该12家企业的硫酸总产量5840KT，约占烟气制酸总产量的60。烟气制酸由于受资源所在地的限制，产量分布很不均匀。铜冶炼烟气制酸主要33布在江西、安徽、云南、湖北、甘肃、辽宁、山西、山东、内蒙古等地，铅冶炼烟气制酸主要分布在河南、湖南、广东、辽宁、云南等地；锌冶炼烟气制酸主要分布在湖南、辽宁、广东、甘肃、河南、陕西、四川、内蒙古等地，镍冶炼烟气制酸主要分布在甘肃，其次在吉林。表62005年我国烟气制酸产量排名前12位的企业序号企业产量/KT1江西铜业集团公司10102铜陵有色金属集团公司9603云南铜业股份有限公司6604金川集团有限公司6005葫芦岛有色金属集团公司5206大冶有色金属公司4907白银有色金属公司3608中金岭南有色金属股份公司韶关冶炼厂3609河南豫光金铅股份公司27010烟台恒邦集团有限公司24011株冶火炬金属股份有限公司19012山东招金集团公司1803近几年烟气制酸装置的特点31大型化冶炼规模的不断扩大为硫酸装置的大型化创造了条件，这主要体现在铜、镍冶炼烟气制酸方面。江西铜业集团公司是我国率先采用闪速熔炼技术的企业，经过多年的发展，通过一期、二期建设及一期改造，硫酸产量已超过1000KT/A，单系列硫酸产能达到600KT/A。金川集团有限公司自2005年合成炉投产后，配套的530KT/A硫酸装置也成功投产，单系列硫酸产能超过了600KT/A。由于金川集团有限公司所处地区海拔较高，该套装置的实际产能规模相当于平原地区的800KT/A。铜陵有色金属集团公司经过技术改造后，硫酸产能大幅度提高，单系列酸产能达到300KT/A。大冶有色金属公司在“十五”期间加大环境污染治理力度，重点解决与冶炼不相配套的烟气制酸系统，在维持原三系列正常生产的前提下，新建硫酸四系列处理转炉烟气，四系列酸产能超过了400KT/A。这些大型冶炼厂均采用了富氧或纯氧熔炼、吹炼技术，提高了烟气SO2浓度，故而大大降低了吨酸的投资费用和运行成本。32采用新工艺、新技术在“十五”期间，新工艺主要集中在低浓度烟气处理、高浓度转化、热能回收利用以及生产其它硫产品，如烟气回收元素硫等方面。低浓度烟气主要来自铅、钼、铜等的冶炼，由于这些金属冶炼采用的炉型比较传统，烟气浓度很难提高，因此其处理方法和副产品也各不相同。生产硫酸的工艺除了一般的接触法外，还有WSA湿法制酸、非稳态转化制酸等。其它硫产品有液体SO2、硫磺以及脱硫产品硫酸铵、石膏等。关于低浓度烟气处理的技术和案例已有很多介绍，此处不再赘述。321高浓度转化随着冶炼工艺的改进，烟气中的SO2浓度大幅度提高，为采用常规制酸技术提供了条件。如目前普遍采用的氧气顶吹、底吹、侧吹、闪速熔炼、三菱工艺等技术，再加上富氧冶炼的普及，烟气SO2一般都超过了20，再采用传统的稀释制酸方式就显得很不经济。国外在处理高浓度烟气方面已经取得了一些工业化成果，主要采取的措施有使用耐高温催化剂、低起燃温度催化剂、多段转化流程、工业氧稀释、空气冷激、预转化、转化后含SO2气体返回抑制转化率等。由于SO2浓度的提高，系统热量大量富余，像硫磺制酸一样广可在转化系统采用锅炉代替传统的气气换热器来生产蒸汽，起到回收热量、节能降耗的目的。处理高浓度SO2烟气的典型工艺是奥托昆普的LURECTM工艺。其特点就是在处理高浓度烟气时，将一些含SO2的烟气循环返回转化器一段入口，以抑制SO2的转化反应，控制烟气温度。由于SO2的循环，SO2转化成SO3的反应热力学平衡向低转化率方向移动。一段催化剂床操作线作为SO2循环率的函数向上平移，由于与平衡曲线的趋近，转化率自然降低，反应温度也相应降低。循环率越大，操作线向上平移越多，反之亦然。在这个简单机理的作用下，此工艺可以适应多变的烟气浓度，只需通过自动控制循环率来控制转化器一段出口温度。目前山东阳谷祥光铜业有限公司引进奥托昆普的LURECTM工艺处理高浓度SO2气体，转化器采用内置换热器及全不锈钢结构，高温段采用锅炉以蒸汽的形式回收热量。该项目目前正处在施工安装阶段，预计2007年可投入运行。该工艺的特点是相对于传统的稀释方式可节约投资，降低运行费用，在冶炼烟气制酸领域值得推广。322低温位热能回收除了高温位热能和中温位热能外，酸厂数量相当可观的低温位热能也正在引起人们的重视、目前低温位热能回收技术比较成熟可靠的主要是美国孟莫克的HRS和奥托昆普的HEROS热回收系统。它们的工艺原理相同，都是将吸收酸温度维持在较高的范围内，利用锅炉取代传统的酸冷却器，生产低压蒸汽，实现热回收。所不同的是HRS的热回收塔与中间吸收塔是一个整体，结构紧凑，占地小；而HEROS的热回收装置与中间吸收塔是2个独立的系统，HEROS系统可根据需要启动或关闭，具有操作灵活的特点。热回收系统的应用首先需要稳定的烟气量和烟气浓度，这点对于传统的硫磺制酸似乎不是问题，但对于一般冶炼烟气制酸装置来说却并非易事。随着冶炼工艺的改进，富氧或纯氧冶炼技术的应用，烟气浓度有了很大的提高；通过合理的配置和严格的管理，烟气量也实现了相对稳定，这些都为低温位热能回收系统在冶炼烟气制酸装置的应用创造了条件。如美国的克尼科特KENNECOTT铜冶炼厂采用孟莫克公司的HRS回收酸厂的低温位热能，自1995年6月投产以来一直稳定运行，未出现任何问题。奥托昆普的HEROS装置也获得了成功应用的经验，澳大利亚一家3500T/D硫酸厂采用HEROS装置，运行情况很好。33采用新设备、新材料先进设备和材料的采用是“十五”期间烟气制酸领域的重要特点。鉴于环保要求，硫酸装置的稳定可靠运行及高开工率对于有色冶炼企业来说尤为重要。开发并应用的主要设备有气液并流的石墨拱顶空塔、全结构玻璃钢洗涤器、导电玻璃钢电除雾器、大开孔率全瓷球拱或瓷条梁干吸塔、塔槽联体结构的干吸塔、管式及槽管式分酸器、高效除雾器、带滑动底座的不锈钢转化器、高效气体换热器等设备。331净化设备高效净化设备的采用，使烟气净化技术上升到一个新的层次，如国内开发的高效湍冲洗涤器、美国孟莫克公司的动力波洗涤器、奥托昆普的可调文丘里等。采用高气速大大减小了设备的规格和占地。塔槽一体化取消了传统的塔支撑平台，节约了设备配置高度，降低了运行成本。目前普遍采用新型的导电玻璃钢电除雾器，阳极管采用导电碳纤维玻璃钢制作，截面为正方形或正六边形。与传统电除雾器相比，由于正方形或正六边形的阳极板双面均可利用，处理相同气量的烟气可减少设备台数。阴极采用四角线或芒刺线，提高了电场强度，有效改善了除雾效率。设备操作电压为80KV，操作电流为400MA，除雾效率可达96。对于一些冶炼厂，由于导电玻璃钢电除雾器耐负压强度高于塑料电除雾器，因此可以取消电收尘器后的接力风机，优化了配置。332气气换热器国内在气气换热器的研制和应用方面已经处于世界先进水平，各种不同形式的换热器均在烟气制酸领域得到了成功使用，如传统式、碟环式、空心环缩放管式、板式、急扩加速流缩放管式等。目前由我国自主开发的急扩加速流缩放管式换热器，是一种新的换热器结构形式，该换热器的管道相对于传统的缩放管对凹凸肋面做了改进，使其能满足两场矢量夹角小于90的要求，强化对流换热条件的传热管段比例由原来的60提高到90，从而有效地强化了近壁处传热滞流底层的对流传热，可获得更高的对流膜传热系数。由于提高了传热系数，减小了换热面积，降低了投资。从追求高效换热、节省能源的角度出发，该形式的换热器应该是一个不错的选择。333干吸塔干吸塔对于干燥和吸收效率来说至关重要，其结构是否合理，进气、分酸是否均匀直接影响酸厂的工艺指标。提高塔的性能与投资的合理比是众多硫酸工作者研究的重点。近几年来，烟气制酸领域采用的干吸塔主要有两种类型传统衬砖碟形底形式；塔槽一体化形式。塔槽一体化形式又分传统衬砖和内衬合金钢。这几种形式的干吸塔在生产中均获得成功应用，如江西铜业集团公司、大冶有色金属公司、株洲冶炼集团有限公司等采用的碟形塔底；金川集团有限公司、云南铜业股份有限公司采用的塔槽一体化干吸塔。塔槽一体化塔的最大优点就是由于落地配置，省去了大量的土建平台，减少了防腐工程量，缩短了酸管线，降低了酸泵扬程，减小了占地面积，综合投资比传统形式的塔降低约1020；另外减小了维修量，延长了塔的使用寿命，提高了装置的开工率。我国第一座内衬合金钢塔在金川集团有限公司运行近4年，实践证明达到原设计的要求及考核指标。334不锈钢转化器由于酸厂规模的逐渐扩大和SO2浓度的提高，不锈钢转化器的应用日益广泛。设备全部采用304不锈钢制造，全焊接结构，其强度高、使用寿命长。不锈钢具有较好的耐高温氧化性，不需要再内衬砖和部分喷铝，因而减轻了设备重量，简化了施工程序，缩短了施工周期；第一催化剂层可以直接置于底部，便于催化剂的筛分及检修；催化剂支撑板和隔板采用弧形板，较好地解决了热膨胀问题。目前不锈钢转化器的形式也各不相同，有多根柱子支撑和中心筒支撑两大类。前者在国内最大直径达到14M，处理气量约18105M3几。中心筒支撑带内置换热器的转化器的特点是取消了一段管道，减少了热损失，节省了占地面积，降低了压力损失。烟气进入催化剂层的方式由侧向改为多孔环形进气，使烟气均匀地分布在转化器截面和催化剂层，提高了转化率。对于大直径转化器来说，采用中心筒支撑形式更为合理，首先是解决了隔板和催化剂支撑板的支撑问题，其次是保证了气体的均匀分布，值得推广。335SO2风机SO2风机是硫酸厂的心脏设备，随着装置的大型化，风机规格不断增大，对其运行稳定性、安全性的要求也越来越高。风机的选择有国产和进口两种。近年来国内一些规模较大的硫酸厂多选择进口风机单台配置，实践证明，在保证酸厂稳定运行的前提下，其综合经济指标优于国产风机一用一备的配置。SO2风机多采用单级离心式，具有开式、悬臂式叶轮和独立的坚固轴承箱。整套装置主要包括离心压缩机、独立的轴承支撑座、增速齿轮箱、连轴节、底座、进口导向叶片调节装置、振动检测系统、供油装置、电机及备品备件等。2005年，国内冶炼烟气制酸系统最大的1台德国KKKSFO18型风机在金川落户。该风机叶轮直径1800MM，工况气量为313812M3/H，额定电机功率为5750KW，异步电机驱动，采用入口导向叶片调节装置。导向叶片材料为X6CRNITI7122，带有420MA输入信号传感器、电动执行器、输入/输出限位开关和紧急操作手柄，可在2090之间调节。采用叶片控制系统可使风机在低负荷下保持较高的效率。336浓硫酸泵近几年浓硫酸泵的研制和开发取得了长足的进步，随着材料问题的解决，大流量如1200M3/H的泵已经在生产实践中得到广泛的应用。目前国内自行开发的1400M3/H酸泵已经在贵溪冶炼厂试运行近1年，至今未进行检修，性能完全满足系统要求。但1600M3/H及以上的大流量泵国内尚无成功使用经验，因此一些大型烟气制酸厂仍采用国外酸泵。337其它在立足于国内开发及研制的基础上，近年来冶炼厂还引进了一些国外设备及部件，如美国孟莫克的动力波洗涤设备的部件，丹麦托普索的WSA湿法制酸工艺的关键设备，加拿大凯密迪、德国奥托昆普的全不锈钢内置换热转化器，美国孟莫克的槽管式分酸器及纤维除雾器，美国路易斯的浓硫酸泵，德国KKK、美国通用的SO2风机，孟莫克和托普索的催化剂等。这些设备和材料的使用，确保了酸厂的稳定运行和环保达标。4“十一五”期间我国有色金属市场展望41国家“十一五”规划经济发展目标“十一五”时期要实现国民经济持续、快速、协调、健康发展和社会全面进步，取得全面建设小康社会的重要阶段性进展。主要目标是在优化结构、提高效益和降低消耗的基础上，实现2010年人均国内生产总值比2000年翻一番；资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗比“十一五”期末降低20左右，生态环境恶化趋势基本遏制，耕地减少过多状况得到有效控制；形成一批拥有自主知识产权和知名品牌、国际竞争力较强的优势企业；社会主义市场经济体制比较完善，开放型经济达到新水平，国际收支基本平衡。42有色金属市场展望从全球经济运行趋势分析，有色金属将会稳定增长，不会出现大起大落，预计今后几年全球铜需求量将达到17550KT，铝需求量将达到33400KT，铅需求量将达到7500KT，锌需求量将达到10640KT。“十一五”期间中国的铜、铝等主要金属产量将保持稳定或略有增加，预计铜产量将为2700KT/A，电解铝产量将为8000KT/A，铅产量将为2210KT/A，锌产量将为2650KT/A。近几年，我国铜、铝等主要有色金属产品的消费快速增长已经超过国内矿产资源和能源的保证程度，并对世界主要有色金属的供需平衡构成压力。为了实现我国经济的全面、协调、可持续发展，必须按照科学发展观的要求，加强宏观调控，稳定国内有色金属市场。A转变发展模式，努力满足国内市场需求。根据我国有色金属矿产资源情况及能源供应形势，在相当长的时间内，我国铜、铝等主要有色金属原料需求的增长不可能完全立足于国内解决。因此，我国有色金属工业必须转变经济增长方式，确立以提高资源利用效率为重点，积极利用国内外资源和市场，大力发展技术含量和附加