烟气制酸干吸工段自动控制及仪表设备选型

黄 鹤，李孝飞

（1.北京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

冶炼后SO2烟气经过净化工序后进入干燥塔，在干燥塔经过93%酸逆流洗涤除去烟气中水分后送入转化工段，实现SO2转化为SO3再回到吸收塔经过98%酸吸收形成H2SO4。烟气制酸干吸工段过程检测及控制系统流程见图1。

2 主要自动控制策略

2.1 串酸控制

干燥塔出口SO2烟气在进入转化工序前需利用93%浓硫酸吸收烟气中的水分，避免水分进入SO2鼓风机及转化工序设备，造成设备腐蚀。干燥塔吸收烟气中的水分后酸浓度不断降低，同时干燥循环槽的液位上升［1］。

吸收塔是利用浓度为98%的浓硫酸吸收转化后的SO3气体，吸收反应方程式为：

可以看出吸收塔酸浓度在吸收SO3气体后不断升高，同时吸收循环槽的位也会上升。

为了维持干燥塔93%浓硫酸的最佳干燥浓度和吸收塔98%浓硫酸的最佳吸收浓度，以及干燥循环槽和吸收循环槽的液位，生产过程中需采取串酸方式调节。

在工程设计中干吸工段的串酸方式主要有以下几个环节：

（1）干燥循环槽向一吸循环槽串酸，根据一吸循环槽酸浓度控制串酸调节阀。

（2）一吸循环槽向干燥循环槽串酸，根据一吸循环槽液位控制串酸调节阀。

（3）二吸循环槽向一吸循环槽串酸，根据二吸循环槽液位控制串酸调节阀。

最终系统产生的93%酸或98%酸通过干燥循环槽或一吸循环槽至地下槽送至酸罐区储存。除以上串酸调节的控制外，还应根据干燥酸循环槽和吸收酸循环槽的酸浓度，调节加水量，以满足最终产品的浓度要求［2-3］。

图1 烟气制酸干吸工段过程检测及控制系统流程图

2.2 循环酸冷却器控制

干吸工段SO3吸收水分产生H2SO4的过程会产生大量的热，工艺设计过程中通过循环酸冷却器使其降温。在此过程中酸冷却器出入口酸温度，酸冷却器出入口水温度的控制对于整个循环过程设备效率起到重要作用。在实际生产过程中根据酸冷却器出口酸温度控制冷却水用量。

SO3吸收过程酸温控制对于干吸流程起着至关重要的作用，当酸温过高降低吸收效率，造成SO3损失，同时会加大对干吸设备的腐蚀；酸温过低会导致气相与液相温差过大，形成酸雾，不利于后续尾气吸收。

根据热量平衡公式

式中：C酸：硫酸比热容；C水：水比热容；m酸：干燥/吸收塔上酸量；m水：冷却器循环水量；Δt酸：酸冷器出入口酸温差；Δt水：酸冷器出入口水温差。

当其余参数固定时，通过调节冷却器循环水量（m水）可实现换热器出口酸温度（Δt出酸）控制。此外为防止循环酸冷却器漏酸，还应在每台循环酸冷却器出水管道上设置漏酸报警设备。

3 主要仪表选型

3.1 酸浓度测量

目前98%酸浓度测量常采用电磁式（又称电导率式）硫酸浓度仪，由于硫酸电导率随硫酸浓度升高而降低，因此通过测量浓硫酸的电导率可推算出硫酸浓度［4］。

但是对于93%酸来说，电导率-硫酸浓度曲线缓慢变化区，因此93%酸不适合用电导率检测的方法测量酸浓。

目前93%酸浓度测量方式有超声波浓度仪、折光浓度仪［5］。超声波浓度仪的测量原理是硫酸浓度每变化1%，将引起19m/s 的声速变化，通过发射脉冲和反射回来的超声脉冲时间差S，推导硫酸浓度值。折光浓度仪的测量原理是建立于临界角的技术，基于化工液体的折射率（又称折光率、折光系数）是化工液体的物理常数，液体纯物质都有一定的折射率。对于一般化工液体，当光线通过不同浓度的液体时会产生不同的折光率，浓度越高，折光率越大，根据“溶液折光率--溶质浓度”的经验变化规律，可以用折光仪简便地测出溶质的浓度。

图2 硫酸浓度与电导率关系图

3.2 循环槽液位检测

干燥循环槽、一吸循环槽、二吸循环槽及地下槽液位均选用耐腐蚀雷达液位计。为防止槽内酸雾凝集到雷达液位计上，雷达液位计探头应选用PTFE 棒状天线，这样可有效防止酸雾凝集，如图3 所示。

3.3 循环酸冷却器出入口酸温度检测

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。

3.4 循环酸冷却器酸出口流量检测

由图2 可知，75℃时，93%浓硫酸导电率为330mS/cm；98%浓硫酸的导电率为230mS/cm，因此，浓硫酸流量检测选用电磁流量计即可。电磁流量计电极材料选择钽，衬里材质选择PTFE，被测介质管道材质为316，因此无需再另选接地环。电磁流量计安装时必须注意满足前后直管段的要求且必须保证被测介质满管。

3.5 干吸过程压力检测

干吸工段压力检测主要有循环冷却水和浓硫酸。循环冷却水压力检测选用螺纹连接压力变送器，接液部分材质选择316L；浓硫酸压力检测选用带毛细管法兰连接隔膜压力变送器，膜片材质选用哈氏合金，变送器放置于玻璃钢仪表保护箱内，安装于便于操作人员观测的位置。

3.6 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［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，如图4 所示。

图3 PTFE 棒状天线雷达

图4 pH/电导率在线插拔安装支架

4 结语

烟气制酸由于其工艺介质腐蚀性强，工艺流程相对复杂。在自动控制及仪表选型方面经常存在问题，本文以实际设计项目为依据，对于干吸工段的主要仪控问题进行阐述，为今后设计提供参考。