铜冶炼烟气制酸净化系统的优化改进

张健涛

(铜陵有色集团控股有限公司金冠铜业分公司，安徽 铜陵 244001)

铜陵有色集团控股有限公司金冠铜业分公司(以下简称金冠铜业)座落于铜陵市循环经济工业园，公司采用世界先进的闪速熔炼、闪速吹炼、永久不锈钢阴极法电解、“非衡态”高浓度制酸等铜冶炼工艺技术处理铜精矿，设计阴极铜产量400kt/a，配套烟气制酸系统产能为1450kt/a。烟气制酸净化系统采用高效一级动力波逆喷洗涤技术，对净化入口的冶炼高温含尘烟气进行初步除尘降温。

1 存在问题及分析

烟气制酸系统净化一级动力波洗涤器由玻璃钢材质构造而成，为防止玻璃钢设备被高温冶炼烟气烧坏，在其上部逆喷管内配置了内衬石墨砖结构的溢流堰，通过一级动力波循环泵持续供液至溢流堰，在逆喷管内壁形成均匀的液膜，吸收高温冶炼烟气传递的热量，确保逆喷管内部维持在较低的温度范围。自系统开车投产以来，净化溢流堰及进液管结垢堵塞问题成为了制约高效生产的一大瓶颈，因溢流堰及进液管道结垢堵塞直接影响到设备安全运行，每月须定期组织系统停车检修清理。日常生产过程中，甚至发生过因溢流堰堰口及进液管堵塞突然加剧，系统不得不安排紧急停车的影响生产事件。

一级动力波循环液、溢流堰及管道结垢物取样化验分析见表1、2所示，通过连续一段时间抽样化验结果可知，一级动力波循环液含Se平均达87.17mg/L，溢流堰结垢物取样含Se百分比达40%以上，分析造成净化溢流堰频繁结垢堵塞的主要原因为，一级动力波循环液中Cu、Se含量高，含Cu物料密度大及Se特有黏粘性，循环过程中不断富集造成管道及设备内壁堆积结垢。

表1 一级动力波循环液分析化验表

表2 溢流堰结垢物分析化验表

2 方案选择及实施

烟气制酸净化工序原设计条件，一级动力波循环液含有1%的固体杂质，气体冷却塔和二级动力波的循环液含有小于0.2%的固体杂质，实际生产过程中，三者循环液中含固量均大幅超过原设计值。因冶炼上游工序收尘设备不在控制范围内，从烟气制酸工艺角度考虑出发，解决问题的关键在于如何减少降低一级动力波溢流堰进液的含固量，结合净化系统工艺设计要求，提出如下三点改造优化方案。

2.1 方案一 气体冷却塔循环液串酸供溢流堰

硫酸系统净化工序的生产工艺为，烟气自前至后，先进入一级动力波内经循环液逆喷洗涤降温，后经气体冷却塔循环液喷淋降温，再进入二级动力波进行洗涤净化；生产新水自二级动力波中补入，经洗涤交换形成废酸，自后向前串联置换，最终经一级动力波循环泵引出。气体冷却塔循环液含固量明显低于一级动力波循环液，通过改造配管将气体冷却塔循环液直接供液至溢流堰。

存在问题：正常工况下，设计气体冷却塔至一级动力波的串酸量为64 m3/h，净化溢流堰供液量的设计值为63m3/h，存在理论上可行性，然而生产低负荷时串酸量大幅减少，直接导致溢流堰供液量不足问题。如若考虑将气体冷却塔循环液通过泵输送至事故高位槽，再由事故高位槽自流至溢流堰(事故高位槽起到缓冲罐的作用)，在生产低负荷工况时仍需大量补充生产新水，大幅增加了净化系统废酸产出量，同时外排废酸酸浓因稀释明显降低，导致废酸处理工序操作难度加大，直接影响到后续废酸处理效果。

2.2 方案二 圆锥沉降槽上清液供溢流堰

一级动力波循环液连续引出至圆锥沉降槽，高含固量的废酸经沉降分离，底部沉淀经压滤机处理得到固态滤饼，上部溢流的清液进入上清液槽，考虑其含固量明显降低，可改造后直接供给溢流堰。

存在问题：净化设计补充新水40 m3/h，从二级动力波中补入，经分步串酸从一级动力波排出，后进入圆锥沉降槽，废酸产出量约40 m3/h。溢流堰供液量的设计值为63m3/h，改造后，净化废酸产出量大幅增加至103 m3/h。为确保圆锥沉降槽沉降效果，需增加一台处理能力更大的圆锥沉降槽，因现场场地有限，新增后可能影响到未来产能提升的总图配置。此外，为确保溢流堰供液连续稳定，上清液泵需一开一备、配置备自投连锁，同时增加到全厂大联锁条件，增大了联锁跳车风险。

2.3 方案三 一级动力波及气体冷却塔联合串液供溢流堰

气体冷却塔循环液原设计直接串酸至一级动力波洗涤塔内，通过管道配置优化改造，将气体冷却塔循环液串至溢流堰进液总管，与一级动力波原进液串酸管汇合并流，共同供液至溢流堰。具体改造方案如图1所示。

图1 溢流堰进液方式改造示意图

气体冷却塔串酸阀设置与液位自动联锁控制，正常工况下，一级动力波与气体冷却塔循环液共同串酸至溢流堰，在确保溢流堰设计供液量的前提下，适当减少一级动力波循环液串酸量；生产低负荷时，气体冷却塔串酸量减少，临时增加一级动力波至溢流堰串酸量。在不同工况下，此方案能适时灵活调整，且一定程度上有效降低了溢流堰供液的含固量，故推荐方案三为最佳改造方案。此外，为最大程度上减少溢流堰及进液管堵塞结垢，保障溢流堰供液连续稳定，增加实施以下三点措施：

2.3.1

增加切换气动阀及仪表联锁控制，减少人为操作失误导致溢流堰上酸管道断流，最大程度保障溢流堰上酸量稳定和玻璃钢逆喷管安全。

2.3.2

对溢流堰排污管路进行优化改造，现有DN50排污阀流道空间狭小，清理难度大，通过增设三通管和阀门，使用杂用压缩空气进行吹扫，实现在线高效清理。如图2所示。

图2 溢流堰排污管路在线清理示意图

2.3.3

结合溢流堰酸液进出管路现有走向，重新布局优化，尽可能减少不必要的弯头，在现有管径的基础上，按1.5倍系数扩大输酸管道管径。

通过实施系列改造后，经系统多次停车检修时拆检溢流堰及管道查看，发现溢流堰及管道均未见明显结垢堵塞，改造效果良好，净化溢流堰结垢堵塞这一生产瓶颈问题得到有效解决，系统检修时长缩短，同时延长了系统检修周期。

4 问题思考

夏季高温季节净化系统生产过程中，为控制气体冷却塔出口烟气温度，需增加至稀酸板换流量，即增大稀酸板换进口阀门开度。同时因夏季高温季节，制酸烟气中含水量增加，气体冷却塔中冷凝水量增多，循环泵流量一定的情况下，因流体输送势能差，气体冷却塔循环液优先进入稀酸板换后进行内部循环，导致出现气体冷却塔液位高无法及时引出的问题。此时，在确保气体冷却塔出口烟气不超温的前提下，适当减小稀酸板换进口阀门开度，通过增加至溢流堰引出外排量，确保气体冷却塔液位稳定控制。后期可考虑气体冷却塔新增一台循环泵，单独运行供液至溢流堰，通过设置与塔液位联锁控制，确保溢流堰稳定供液，同时不影响进入板式换热器的稀酸循环冷却量，确保气体冷却塔烟气出口温度有效控制。

5 结语

金冠铜业分公司通过对烟气制酸净化系统实施系列优化改进，解决了多年来影响系统生产的瓶颈问题，提高了生产作业率，减少了系统检修时长，同时增加了公司经济效益。