株冶铅系统制酸新工艺.doc

株冶铅系统制酸新工艺冶炼烟气制酸，是我国硫酸工业的重要组成部分。株冶集团公司为治理铅烧结烟气对周边环境的污染，而引进动力波泡沫洗涤净化烟气技术和新型WSA湿式气体制酸工艺。动力波泡沫洗涤烟气净化技术主要原理：我们知道，在气液两相流动体系中，流体的流型取决于气液两相的相对质量流速，在一定条件下能形成稳定的泡沫层。动力波泡沫洗涤烟气净化技术主要原理是；液体由反向喷射器从气体相反的方向喷入直立的反向喷射筒，气体与液体相撞，从而迫使液体呈现辐射状自里向外射向器壁，这样在气液界面处建立起一定高度的高速喘动的泡沫区，气液两相呈高速喘流接触，接触表面积大，根据气液的相对动量，泡沫柱沿筒体上下移动，以适应工况的变化。由于气体与大面积不断更新的液体表面接触，在泡沫区即发生粒子的收集及气体的吸收，相应进行热量的传递。这种洗涤原理的独特之处在于不但充分有效的利用了气相能量，而且有效的利用了液相能量来形成接触界面，从 而达到高效捕集细粒，同时达到传热传质的目的。动力波洗涤器的泡沫接触方式具有以下特点：净化效率好且允许入口烟气含尘量高。由于该洗涤器对粒子的捕集率与粒度的关系曲线较其他洗涤器平坦，因此可有效进行分级洗涤，故可以用较低的能量费用来获得较高的效率。允许烟气量波动范围大，可在50-100%之间变化，对总的除尘效率不产生影响。采用一个大的开有孔的喷嘴将液体喷入气体之中，这样循环液可在较高的含固量下运行且喷嘴不会被堵塞，由于循环液含固量较高，故液体排放量可相应减少，这样污酸处理的负荷可以减轻。开孔喷嘴的另一优点是喷出的液体不发生雾化，因此烟气中就不含有细小的液滴，因为这种细小的液滴使得气液难以分离，故杂质可随烟气带出。相应利用开孔喷嘴喷液洗涤烟气的过程酸雾量的生成量较常规烟气净化流程少，这也会相应减少电除雾器的负荷。动力波系统设备规格较小，配置紧凑，减少了占地面积。设备结构简单，操作维护方便。株冶铅烟气动力波净化工艺过程：铅烧结机的冶炼烟气经电收尘初步除尘后首先进入一级动力波的反向喷射筒，与反向喷射来的液体相撞，在泡沫区除尘、降温后，进入气液分离槽进行气液分离。6#沸腾炉冶炼烟气经空塔除尘、降温后进入一级动力波气液分离槽与铅烧结烟气混合，混合后的烟气进入气体冷却塔进一步冷却除尘，然后在二级动力波内进一步除去三氧化硫、粉尘和蒸汽态杂质。系统的补水从由二级动力波加入，在其循环泵出口设置串酸管进入气体冷却塔。为排出系统的热量，在气体冷却塔循环泵出口后设置稀酸板式换热器，用循环水间接冷却，经冷却后的循环酸自上向下淋洒，使烟气进一步降温、除尘，出口温度降至38左右，冷凝下来的循环酸在泵的出口设置串酸管串入一级动力波。根据工艺要求，在一级动力波循环泵出口设置串酸管道至圆锥沉降槽进行沉降，上清夜一部分溢流回一级动力波，一部分经脱吸塔后进入空塔给6#沸腾炉烟气降温、除尘，最后进入上清夜储槽，由脱吸泵送往污酸处理。沉降底流则由泵打入铅压滤机进行压滤，滤液返回圆锥沉降槽，铅滤饼作为原料，返回铅冶炼系统。另外，为防止烟气温度过高，烧坏一级动力波洗涤器，在其逆喷筒顶部设有哈氏合金溢流堰，并设事故水高位槽和事故水阀，作为配套保护设施。经二级动力波出来后的烟气进入一级和二级电除雾器，除去烟气中的酸雾、烟雾和粉尘。电除雾器是迄今捕集效率最高，同时流体阻力又最小的气-液分离设备。从电除雾器出来得到纯净的二氧化硫气体，能够满足WSA制酸的要求，然后送往WSA制酸系统。WSA制酸技术是丹麦托普索公司开发的一种改进的湿式气体制酸工艺，它是一种净化后的烟气不必进行任何干燥而生产浓硫酸的催化工艺。TOPSOE法的最大优点是，不管烟气中的SO2浓度高或低，都能生产大于96%的浓硫酸。同时，该工艺不产生任何废水和废产品，不使用任何化学吸收剂，尾气排放能达到国家环保标准。WSA湿气制酸基本原理：由于SO2的转化起燃温度为400，因此，须将净化后的洁净烟气通过系统内部产生的热使其被加热，通过催化层反应如下：SO2+1/2O2 催化剂 SO3+99KJ/mol反应后的气体通过换热器降温，同时发生水合反应：SO3+H2OH2SO4（气）+101KJ/mol然后，气体再经过WSA冷凝器冷凝成硫酸，反应如下：H2SO4（气）H2SO4（液）+69KJ/molWSA冷凝器采用空气作为冷却介质，被加热的空气用来进行原料气的预热，WSA工艺与传统的带干燥的制酸工艺相比，具有许多不同之处，反应热、水合热及硫酸的部分冷凝热在系统内部被全部回收，在这种情况下硫酸厂仅需很少的补充热即可维持生产，甚至不需要补充热也能维持生产。株冶铅烟气WSA制酸工艺过程：工艺气体升温由电除雾器过来的纯净的二氧化硫烟气经三段加热至反应温度：首先，气体经过原料气体预热器（E101），该换热器利用了WSA冷凝器的热空气；然后烟气又在工艺气体预热器（E103）中升温致400（如果系统自热不平衡时烟气在烧嘴H104中加热到反应温度400）。由于WSA工艺是湿式制酸工艺，原料气体可以是非常湿的，在这种情况下，前面的洗涤器所消耗的冷却水量可以降到最小。这样，气体洗涤器的运转就非常灵活。原料气体风机可提供必要的动力，以补偿原料气体在WSA设备中的压力损失。热二氧化硫气体的循环能保证温度总是高于熔盐热交换器中熔盐呈熔融状态所需要的温度，原料气体风机总是在无腐蚀的环境中运转。二氧化硫的转化加热到二氧化硫的转化起燃温度（约415）后，在二氧化硫转化器（R105）中，二氧化硫气体受托普索硫酸催化剂的作用而被氧化，全部转化成三氧化硫，并形成部分硫酸蒸汽。氧化反应发生在三层隔热的催化层中，在层与层之间有三段熔盐-气体内嵌式冷却器。一层氧化后的三氧化硫气体（约515）进入一段熔盐-气体冷却器（E106）降温到约410，然后，进入二层催化层温度升高到约465，而后，进入二段熔盐-气体冷却器（E107）降温到385，再经过三层催化层，最后到达三段熔盐-气体冷却器（E108），将温度降到稍高于酸的露点约290，二氧化硫转化器（R105）产生的热，以及熔盐换热器（E106、E107、E108）中因水合作用而产生的热都由熔盐带给工艺气体预热器（E103）。通过这样的方式，就既可能利用氧化热，又可能利用水合热，从而把烟气温度始终保持在酸的露点以上。如果二氧化硫的浓度超过2.9%，过量的热将由熔盐冷却器（E161）带走。熔盐通过热交换器和熔盐循环泵（P171）进行循环。熔盐系统是一种非常稳定且易于操作的热交换系统。熔盐就是硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠的混合物，熔盐很稳定，熔点大约是140，每年仅需调整一次。SO3冷凝成硫酸最后一步是在WSA冷凝器（E109）中冷凝成硫酸。WSA冷凝器是一种立式管壳式换热器，其换热管由硼硅玻璃管制造，冷却空气走管外，逆流向下通过冷凝器，含部分硫酸蒸气的SO3气体由下向上走管内，酸在管内壁面及与玻管同质的螺旋填料上冷凝下来，冷凝硫酸形成的液膜向下流，逐渐被温度上升的热气体所浓缩，离开玻璃管时浓度达到98%，浓硫酸在冷凝器的底部收集起来。过量的水蒸气带着洁净的气体通过烟囱离开系统，温度降到约100，仅含几个PPm的酸雾,尾气排放完全能够达到国家环保标准。综上所述，WSA低浓度湿式制酸有以下技术特点：（1）气体中硫的回收率高，尾气能够达标排放。（2）产物只有商业等级的硫酸，具有一定的经济效益。（3）热回收率高，可副产蒸汽。（4