1 200 kt/a铜冶炼烟气制酸低温位热回收系统设计和生产总结

千文建，李书楷

（广西南国铜业有限责任公司，广西崇左532100）

广西南国铜业有限责任公司（以下简称南国铜业）一期铜冶炼项目采用侧吹熔炼、多枪顶吹吹炼、回转式阳极炉精炼、双向平行流电解以及非衡态高浓度SO2制酸工艺，配套的单系列1 200 kt/a冶炼烟气制酸装置由中国瑞林工程技术有限公司设计并于2019年4月投入生产运行，其中低温位热回收装置由南京海陆化工科技有限公司以EPC的形式总包，全部采用国产化装备。经过近三年的实际生产运行，装备运行稳定，各项技术经济指标均达到或超过设计值。

1 设计参数

硫酸装置产能 1 200 kt/a，w(H2SO4)98%，运行时间8 000 h/a，净化工序出口烟气参数见表1。

表1 净化出口烟气设计参数

2 工艺简介

2.1 工艺流程

低温位热回收装置工艺流程见图1。

图1 低温位热回收工艺流程

2.1.1 工艺气系统

来自转化工序的含SO3一次转化烟气，先进入蒸汽混合器，在混合烟道中与喷入的低压蒸汽混合。部分SO3与水蒸气反应生成气态硫酸，烟气温度升高。出混合烟道后，工艺气体进入热回收塔，在热回收塔中先用w(H2SO4)99%的硫酸进行一级吸收，再用约60 ℃的w(H2SO4)98.5%硫酸进行二级吸收，低温段硫酸来自二吸酸冷却器出口，用于降低热回收塔出口气体的温度和酸雾含量。经过两级吸收后工艺尾气经一吸塔顶除雾器去除酸雾后回转化系统。

2.1.2 酸系统

在热回收塔内含SO3气体由下而上先后经过两级填料层。在第一级填料层内，工艺气体中大部分的SO3被由上而下流经填料的w(H2SO4)约99%的一级喷淋酸吸收后继续向上流经二级填料层，在二级填料层内气体中剩余的少量SO3被二级喷淋酸全部吸收。

热回收塔二级喷淋酸来自二吸上塔酸，温度为60 ℃、w(H2SO4)98.5%，吸收SO3后的二级喷淋酸直接流入一级填料层。一级填料层喷淋的200℃、w(H2SO4)99%硫酸与二级吸收酸一起吸收SO3后流入热回收塔底部，进入高温循环槽，被设在槽内的高温酸循环泵送入蒸发器换热，产低压蒸汽0.8 MPa，酸温降至约195 ℃后再经混合器稀释到w(H2SO4)约99%后进入热回收塔一级填料层喷淋。多余的高温浓硫酸从蒸发器出口依次经低压给水预热器、低压冷凝水加热器、中压冷凝水加热器冷却后串入干吸酸循环槽[1]。

2.1.3 汽水系统

利用高温循环酸的热量产生0.8 MPa的低压蒸汽，并利用高温吸收循环系统外送硫酸加热蒸发器给水和低压冷凝水。

为保证系统安全稳定运行，设计中考虑了蒸发器液位自动调整装置。蒸发器内高温循环浓硫酸通过换热管束加热蒸发器给水并使其汽化，硫酸被冷却到195 ℃左右，产生0.8 MPa的低压饱和蒸汽，少部分蒸汽送混合烟道与工艺气体混合，大部分送入低压蒸汽管网，一部分供电解、净液等低压用户使用，剩余蒸汽全部进入SO2风机房，拖动SO2风机。SO2风机采用“汽轮机+离合器+电机+风机”汽电双拖的驱动方式，其中纯电驱动配套的电机功率为5 800 kW。送入蒸发器的给水量经过给水调节阀通过汽包液位来调节，以保持汽包液位的稳定。

2.2 主要设备

低温位热回收装置主要设备见表2。

表2 低温位热回收装置主要设备

3 生产运行

该系统自2019年4月投入运行以来，在试产期间曾出现一些小问题，在短期内解决后，一直运行平稳，关键设备如高温吸收塔、高温酸循环泵、蒸发器、除氧器、水加热器等未出现故障或泄漏。在2021年8月全厂停机检修时，仅有高温酸循环泵叶片发生了局部腐蚀或点蚀，为稳妥起见，更换备用泵，对原高温酸循环泵叶片进行修复作为备用。热回收系统的稳定运行，既保障了生产，又利用了系统产出的蒸汽直接拖动SO2风机，产生了较好的经济效益[2]。

3.1 试产期间出现的问题

3.1.1 高温酸循环泵出口回流管腐蚀

试产前期曾出现过高温酸循环泵出口回流管腐蚀，腐蚀部位在循环槽盖板以上部位。检查发现节流孔板安装的水平度未满足要求，酸液经节流孔板后以一定的速度斜向下并对管壁造成冲刷腐蚀，后经调整节流孔板水平度至设计值并更换回流管，未再出现类似问题。

3.1.2 蒸发器汽水侧垫片泄漏

蒸发器汽水侧垫片泄漏主要原因为热负荷投运后，螺栓紧固不到位，设备热膨胀引起泄漏，现场停机后对螺栓进行了热紧固，之后再未发生泄漏。

3.1.3 取样阀盘根泄漏及取样桶腐蚀

取样阀盘根泄漏及取样桶出现腐蚀，经更换取样阀，并对取样桶出酸管进行了改进，增设酸封管道，杜绝空气漏入，彻底解决了腐蚀问题。

3.1.4 低温位热回收装置串至干燥塔的酸管堵塞

工程建设期间为降低投资，低温位热回收装置串至干燥塔部分管道采用了钢衬聚四氟乙烯管道，生产开停车过程中因负压造成钢衬聚四氟乙烯管道被抽瘪堵塞管道，影响串酸量。检修期间将该部分管道全部更换为合金管，运行至今，未发生被抽瘪或泄漏的情况。

3.1.5 低压给水泵出口至蒸发器水管路三通泄漏

低压给水泵出口至蒸发器水管路三通发生泄漏，此处为施工质量问题，重新进行焊接后问题得以解决。

3.1.6 低压冷凝水加热器封头酸侧连接法兰垫片渗漏

低压冷凝水加热器封头酸侧连接法兰垫片发生渗漏，主要原因为使用耐酸石棉垫，被热酸冲刷腐蚀产生渗漏。检修期间将垫片更换为聚四氟乙烯金属缠绕垫片，之后再未发生泄漏。

3.2 主要技术指标

3.2.1 设计指标

低温位热回收装置的设计指标见表3。

表3 设计指标

3.2.2 实际运行指标

低温位热回收装置的实际运行指标见表4。

表4 实际运行指标

3.3 蒸汽利用

低温位热回收装置和转化工序2台热管锅炉共产0.8 MPa饱和蒸汽110 t/h，并入蒸汽管网后，一部分蒸汽(40～50 t/h)用于生产，一部分蒸汽(约40 t/h)直接用于汽轮机拖动SO2风机，剩余部分蒸汽(15～30 t/h)送到动力中心额定功率为 6 000 kW 的汽轮发电机组用于余热发电，做到了余热的最大化利用。

4 结语

该套低温热回收装置建设时期为首套全部采用国产化设备的装置，经过近三年的生产实践表明：装置运行率高，主要技术指标达到或超过设计值，取得了较好的经济效益。该装置的长期稳定运行，对以后的工程建设具有一定的借鉴和参考意义。与国外同类装置相比，不但能大幅度降低投资费用，而且工程的建设周期较引进国外装置缩短2～3个月，施工服务、技术服务、后期生产备品配件的采购也较国外方便快捷。