几套大型冶炼烟气制酸系统设计简介.pdf

综述 专论 硫 酸 工 业 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 1 4 一 l 8 S u lph u r ie A c i d I n d u s t r y 几套大型冶炼烟气制酸系统设计简介 高 飞，肖万平 ( 中国有色工程设计研究总院， 北京 1 0 0 0 3 8 ) 摘要：介绍大冶有色金属公司 2 7 0 k t a 铜冶炼烟气制酸系统、 河南豫光金铅集团6 5 k t a 铅冶炼烟气制酸系 统 、 株洲冶炼厂 6 8 k t a 铅冶炼烟气制酸系统、 金川公司6 6 0 k t a 镍冶炼烟气制酸系统、 河南豫光金铅集团 1 6 0 k t a 锌冶炼烟气制酸系统的工艺特点及主要设备。分析国产大型化设备和催化剂与进 口产品的差距， 建议企业根据投 资和收益 、 环保以及生产稳定性等因素， 结合 自身的实际情况来选择使用国产设备和催化剂或进口。 关键词：冶炼烟气； 硫酸装置； 工艺； 设备 中图分类号：X 7 8 1 3 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 21 5 0 7 ( 2 0 0 5 ) 0 5 0 0 1 4 0 5 随着我国有色冶金工业大型化的发展 ， 配套 的冶炼烟气制酸系统规模愈来愈大， 技术和装备 愈来愈先进， 冶炼烟气制酸在我国硫酸工业中也 逐渐占据了重要地位。冶炼烟气制酸工艺和设备 与冶炼的金属种类 、 选用的冶炼工艺和设备有密 切关系。目前 ， 大型有色冶炼系统大多采用先进 的冶炼工艺， 冶炼烟气二氧化硫浓度较高， 配套的 大型冶炼烟气制酸系统大多采用稀酸洗净化、 “ 3 + 1 ” 两次转化流程。针对冶炼烟气气量 、 气浓 波动大、 杂质含量高的特点， 近年来大型冶炼烟气 制酸系统净化工序大多采用动力波洗涤装置进行 烟气净化。动力波洗涤装置可有效地进行分级洗 涤， 以较低的能量获得较高的效率。动力波洗涤 不但充分利用了气相 能量 ， 而且有效地利用 了液 相能量形成泡沫接触界面 ， 在高效捕集细小颗粒 的同时， 达到高效传热传质的目的。动力波泡沫柱 洗涤装置适应气量波动的范围较大， 可达5 0 一 1 0 0 。以下对近几 年来 中国有色工程设计研究 总院设计的几套大型铜、 铅、 锌、 镍冶炼烟气制酸 系统作一介绍。 1 大冶有色金属公司 2 7 0 k t a铜冶炼烟 气制酸系统 大冶有色金属公 司是我国主要的铜原料生产 基地和大型铜采选冶联合企业之一， 铜冶炼采用转 炉和诺兰达炉工艺， 粗铜总生产能力为 1 7 0 k t a 。 2 7 0 k t a 铜冶炼烟气制酸系统处理转炉烟气， 于 2 0 0 2年开始设计、 2 0 0 4年初投产， 设计处理烟气 量为 1 61 0 m h 、 ( S O 2 ) 为 8 2 7 。 1 1 工艺特点 制酸系统采用一级动力波一气体冷却塔一二 级动力波一一级电除雾器一二级电除雾器净化， 两转两吸工艺流程。除净化工序采用了动力波技 术外 ， 干吸 、 转化工序也采用了一些比较先进的工 艺和设备。干燥循环酸冷却单独使用 1 台阳极保 护管壳式酸冷却器， 而一吸和二吸循环酸共用 1 台阳极保护管壳式酸冷却器， 这样节省了投资， 减 少了占地面积， 方便了管理。在串酸方式上， 干燥 酸通过循环泵出口串至一吸塔人 口酸管道上， 一 吸酸由酸冷却器出口串至干燥泵槽， 由二吸塔出 酸管产酸 ， 成品酸送至成品酸中间槽 、 再通过板式 换热器冷却后送往酸库， 这一串酸方式省去了成 品酸脱吸系统 ， 溶解 于干燥 酸中的二氧化硫经一 吸塔脱吸后进入二次转化 。干吸塔均采用低位配 置。 不设塔平台， 节省了投资。干吸塔均设计为碟 形塔底 、 卧式泵槽 ， 塔底出酸 由泵槽封头底部进入 槽中 ， 这种结构充分利用 了塔 内容积 ， 在事故停车 时塔内可储存一部分酸， 从而减少泵槽容积， 同时 收稿 日期 ：2 0 0 5 0 6一l 4 作者简介：高飞，男，中国有色工程设计研究总院 工程师 ，长期从事冶炼烟气制酸及其它化工设计工 作。电话 ：0 1 0 6 3 9 3 6 4 8 4 维普资讯 高飞等 几套大型冶炼烟气制酸系统设计简介 1 5 也可降低干吸塔位高。转化工序采用 I一 “ 3+1 ” 换热 转化 流程。在一次转化人 口和二次 转化人 口， 设置了电加热炉， 必要时采取补热以保 证转化热平衡 ； 同时 ， 可 以缩短升温时间， 确保生 产正常进行。开工预热系统的设计充分考虑热能 的利用， 由二吸塔供给的较高温度( 近 7 0) 干 燥气体先经干燥塔 、 S O 鼓风机 、 换热器换热升 温 ， 再进入预热器升温到 4 8 0 o C后 ， 分两路 ， 一路 依次进入转化器一 ， 二 ， 三层 ， 另一路进入转化器 四层， 加热各催化剂床层， 使之达到所需温度。这 样既节省了母酸用量， 又提高了升温速度， 节省了 燃料。制酸系统采用 了 D C S ， 对生产过程 的主要 参数如温度 、 压力 、 流量 、 液位等进行显示 、 记录 、 报警 、 调节及连锁。 1 2主要设备 主要设备及规格如表 1 。 表 1 大冶有 色金属公 司2 7 0 k t a 铜 冶炼烟气制酸 系统主要设备及规格 2 河南豫光金铅集团6 5 k t a铅冶炼烟气 制酸系统 河南豫光金铅集团 5 0 k t a粗铅冶炼系统采 用氧气底吹熔炼工艺， 配套的 6 5 k t a 硫酸系统处 理副产烟气， 进入净化工序烟气量为2 4 6 8 0 m h 、 ( S O 2 ) 为 8 9 。 2 1 工艺特点 制酸系统采用高效洗涤器一气体冷却塔一一 级电除雾器一二级电除雾器净化 ， 两转两吸工艺流 程。由于烟气二氧化硫浓度较高， 采用了V I一 “ 3+2 ” 换热转化流程 ， 保证尾气排 放达标。 该转化换热流程具有对冶炼烟气气浓气量波动适 应性强 ， 热稳定性好等优 点； 总转化率可 以达到 9 9 7 以上 。 2 2主要设备 主要设备及规格如表 2 。 3 株洲冶炼厂6 8 k t a 铅冶炼烟气制酸系统 株洲冶炼厂6 8 k t a 铅冶炼烟气制酸系统处 维普资讯 1 6 硫 酸 工 业 2 0 0 5年第 5期 理烧结 一 鼓风炉铅熔炼烟气， 出烧结机烟气量为 6 6 3 6 1 m h 、 ( S O 2 ) 为 2 2 3 7 7 。根据烧 结烟气二氧化硫浓度低的特点 ， 采用了丹麦托普 索公 司 WS A工艺 ， 该工艺具有热稳定性好 、 硫 回 收率高( 硫回收率可达9 9 以上) 、 不消耗任何化 学品也不产生任何废弃物等优点。 表2 河南豫光金铅集团6 5 k t a 铅冶炼烟气制酸系统主要设备及规格 3 1 工艺特点 经过动力波洗涤净化 、 WS A系统内部预热器 预热后 ， 烟气进入催化剂层反应 ， 烟气中的 S O 转 化为 s 0 ， ； 反应后的气体先通过换热器降温， 再经 过冷凝器冷凝产 出硫酸。WS A冷凝器采用 空气 作为冷却介质， 换热后的空气用来进行原料气预 热。WS A系统以熔盐混合物作为传热介质， 采用 熔盐冷却器控制热量平衡。反应热、 水合热及硫 酸的部分冷凝热在 系统 内部全部被 回收利用 ， 所 以 WS A系统仅需很 少的补充热 即可维持系统运 行。转化器装填托普索公司生产的V K WS A环 状催化剂。 3 2 设备特点 净化部分采用美 国孟 山都公司的动力波洗涤 设备。WS A部分 除转化 器和高温 管段 采用不锈 钢材质外， 主要设备的材质大多为碳钢和合金钢。 加热来自净化工序湿气体的第一台换热器换热管 采用玻璃材料 ， 与湿气 接触的表面用聚四氟 乙烯 衬里作为保护层。WS A冷凝器为管壳式 ， 管子材 质为特殊的耐热 、 耐酸玻璃 ， 进气室采用乙烯基树 脂衬里， 管板衬聚四氟乙烯作为保护层。 4 金川公司6 6 O k 【 ， a镍冶炼烟气制酸系统 金川公 司镍熔炼系统采用顶吹熔炼一顶吹吹 炼一贫化电炉产弃渣 生产工 艺 ， 配套 的 6 6 0 k t a 镍冶炼烟气制酸系统处 理来 自熔炼 、 吹炼 及贫化 电炉的烟气， 混合 烟气量为 1 6 2 1 0 6 3 5 m h 、 ( S O ) 为 1 4 0 2 。目前， 该项 目已通过可行性 研究审批 ， 预计 2 0 0 7年初建成。 4 1 工艺特点 制酸系统采用一级动力波一气体冷却塔一二 级动力波一一级电除雾 器一二级 电除雾器净化 ， 维普资讯 高飞等 几套大型冶炼烟气制酸系统设计简介 1 7 两转两吸工艺 流程。转化 工序采用 I一 “ 3 + l ” 换热转化流程。干吸塔均采用低位配置， 降低了土建费用， 节省了投资， 同时还降低了泵的 运行成本。 4 2 主要设备 主要设备及规格如表 3 ， 其中电除雾器为新型 导电玻璃钢电除雾器 ， 沉淀极横截面为正六边形， 取 消了中间壳体， 仅设上下气室， 简化了设备结构。 表 3 金 J l 1 公司6 6 0 k t a镍冶炼烟气制酸 系统主要设备及规格 5 河南豫光金铅集团 1 6 0 k t a锌冶炼烟 气制酸系统 河南豫光金铅集团五期扩建项 目( 1 0 0 k t a 电锌) 采用锌精矿沸腾焙烧工艺， 配套的硫酸系 统生产能力为 1 6 0 k t a ， 进入净化工序烟气量为 6 1 6 2 5 m h 、 ( S O 2 ) 为7 6 4 。硫酸系统采用稀 酸洗净化、 两转两吸工艺， 主要设备及规格 如 表 4 。 6 大型化冶炼烟气制酸装置设备的选择 及国产化 经过多年的发展， 我国冶炼烟气制酸的设计、 施工 、 生产 已逐步走向成熟 。近年来 ， 国外和国内 一 些新技术和新材料 的出现 ， 进一步推动 了冶炼 烟气制酸工业的发展， 使生产更稳定、 设备使用寿 命更长、 环境污染更小。目前 ， 我国大型冶炼烟气 制酸装置的设备基本上实现了国产化， 但有一些 国产设备和催化剂与进口的相 比还存在一些差 距 ， 主要有： a 稀酸板式冷却器。在使用可靠性方面， 国 产稀酸板式冷却器与进13的相比有一些差距。目 前， 国内大型冶炼烟气制酸系统大部分采用进 13 稀酸板式冷却器。 b 稀酸泵和浓酸泵。进 13泵 、 国产泵均可满 足生产要求 ， 但进1 3泵使用寿命更长一些 、 稳定性 更高一些。 c S O 鼓风机。大型冶炼烟气制酸系统大 多使用进 13 S O ： 鼓 风机 ， 中小型冶炼烟气制酸 系 统大多采用国产风机。进 13 风机运行稳定， 通常 单台配置， 而国产风机一般需要一用一备。 维普资讯 硫 酸 工 业 2 0 0 5年第5期 表 4 河南豫光金铅集团 1 6 0 k t a锌冶炼烟气制酸 系统主要设备及规格 d 催化剂。在稳定性和活性方面， 国产催化 剂与进口的相比有一些差距。根据不同冶炼烟气 浓度， 结合环保要求， 考虑是否采用进13 催化剂。 e 不到环 干吸塔除雾器。在使用国内同类产品达 虽然一些国产设备和催化剂与进口的相比有 一 些差距， 但国产设备和 催化剂具有价格低廉、 售 后服务及时等优势。因此， 各企业可根据投资和 收益 、 环保以及生产稳定性等因素， 结合自身的实 保要求的情况下， 可考虑选用进口除雾器。 际情况来选择使用国产设备和催化剂或进口。 I n t r o d u c t i o n o f s e v e r a l l a r g e - s c a l e me t a l l u r g i c a l s u l p h u r i c a c i d p l a n t s d e s i g n e d b y CNM EDRGI Ga o Fe i ， Xi a o W a n p i ng ( C h i n a 0 n _， e r r o lMe t a l E n g i nee r i n g D e s n a n d R e s e a r c h G e n e r a l I n s t i t u t e ， B e ij i n g， 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e p r o c e s s f e a t u r e s a n d ma i n e q u i p me n t o f Da y e No n f e r r o u s Me t a l C o mp a n y S 2 7 0 k t a c o p p e r me t a l l u r g i c al a c i d p l a n t ，He n a n Yu g u a n g Go l d a n d L e a d C o mp a n y S 6 5 k t a l e a d me t a l l u r g i c a l a c i d p l a n t a n d 1 6 0 k t a z i n c me t a l l u r g i c a l a c i d p l a n t ，Z h u z h o u S me l t e r S 6 8 k t a l e a d me t a l l u r g i c a l a c i d p l a n t a n d J i n c h u a n C o mp a n y S 6 6 0 k t a n i c k e l me t a l l u r g i c a l a c i d p l a n t ，a l l d e s i g n e d b y C h i n a No n f e r r o u s Me t a l E n g i n e e rin g De s i g n a n d R e s e a r c h G e n e r a l I n s t i t u t e( C N M E D R G I ) ， a r e i n t r o d u c e d T