侯马北铜硫酸系统技术改造与运行实践

2020-10-10晋迎升

云南化工 2020年9期

晋迎升

（侯马北铜铜业有限公司，山西侯马 043010）

侯马北铜铜业有限公司硫酸系统1996年开始动工兴建，1999年9月进行试车。由于熔炼系统因素生产初期频繁停车，进入硫酸系统的烟气SO2浓度较低且不稳定，直至2001年生产逐步转入正常。至2016年5月共产出合格的工业硫酸190万吨。配套的污酸污水处理站经过逐步完善，处理后的回用水循环利用，实现零排放，中和渣全部返回熔炼生产系统，实现资源回收利用。

1 硫酸生产技术及装备

1.1 生产规模

硫酸系统是利用奥斯麦特熔炼炉及奥斯麦特吹炼炉烟气制造硫酸。两炉烟气经余热锅炉及电收尘降温收尘后，一并送入硫酸系统制造硫酸，年生产硫酸能力为15万吨，生产92.5%H2SO4或98%H2SO4。污酸污水处理系统采用钙盐三段中和法处理工艺［1］，日处理酸性污废水400m3。

1.2 设计条件及变化

1.2.1 硫酸系统

设计进入制酸系统的烟气条件：奥斯麦特熔炼炉加吹炼炉一周期烟气SO2浓度7.0%，奥斯麦特熔炼炉加吹炼炉二周期烟气SO2浓度8.91%。实际生产转化器入口烟气SO2浓度4%～7%，两台炉烟气量由原设计66501m3／h增大到85000m3／h，生产初期转化器触媒热平衡困难，需转化电炉补热，经采取优化工艺管线等技术措施后实现自热平衡。

1.2.2 污酸污水处理系统

污酸污水处理站采用钙盐三段中和法处理工艺，日处理酸性污废水400m3。由于近年来原料精矿成分复杂多变，造成污酸处理工艺操作困难。采取延长工艺流程、改进设备性能、优化操作参数等措施，进一步提高了系统对铜、铅、砷等重金属的去除能力。

1.3 生产流程

1.3.1 硫酸生产工艺

硫酸生产工艺图见图1。

图1 制酸系统工艺流程简图

硫酸工艺设计采用稀酸洗涤，双接触流程。硫酸车间包括电收尘工序、净化工序、干吸工序、转化工序、触媒筛分、SO2鼓风机房、尾气烟囱及酸库。净化工艺为空塔—填料塔—两级电除雾器流程。干吸工艺选用泵后冷却流程。转化工艺采用“3+1”式，换热流程 “ⅣⅠ—ⅢⅡ”。

1.3.2 污酸污水处理工艺

污酸污水处理站现设硫化工序和中和工序。工艺采用一级硫化、钙盐三段中和法处理流程。污酸污水处理工艺见图2、图3。

1.4 主要设备

硫酸设备配置较为先进，控制系统采用美国霍尼韦尔公司先进的DCS集散控制系统，关键设备采用进口设备，如净化的稀酸板式换热器为瑞典阿法拉伐公司，转化器、浓酸冷却器引进加拿大凯米迪克斯公司［2］，干吸耐酸泵为美国路易斯泵，吸收塔柱状捕沫器采用美国孟莫克公司产品。

主要设备规格及改进措施见表1。

表1 主要设备规格及改进

图2 污水处理站硫化工序工艺流程简图

图3 污水处理站中和工序工艺流程简图

1.5 主要技术经济指标

主要技术经济指标见表2。

表2 主要技术经济指标

2 技术改造措施

随着产能的提升及安全环保日渐严格的法规标准不断更新，原有设备设施不能满足生产需求。针对生产过程出现的的各类问题，进行相应的技术改造，学习借鉴选用合适的新工艺、新材料及先进的设备［3］，使硫酸生产及污酸污水处理逐渐适应绿色发展的要求，近年来主要进行了以下改进。

2.1 电收尘工序

①阴极振打装置改造。原设计传动方式由顶部改为侧部，强化了振打效果，大幅降低了石英管破损率，出口含尘满足工艺要求，保证电收尘持续稳定运转。②出灰装置改造。因烟灰烧结频繁，原气化射流泵管道输送装置停用。采取刮板机部位增设检修孔、减速机设置受力薄弱点（减速机壳）、增设放灰溜槽及调整放灰频次、汽车运灰等措施，保证电收尘运行正常。③增设双道排空阀。增强原蝶阀装置密闭性，降低正常生产时环保风险。

2.2 净化工序

①空塔壳体堵漏处理。空塔壳体为钢衬铅板、耐酸瓷砖、石墨砖。由于运行时间长久，外壳出现渗漏点，底部较严重。采用兰州中顺石化专利堵漏材料，对壳体表面打眼注胶（胶装物的堵漏材料），处理后空塔壳体完好无漏点。

②稀酸泵过流部件改进。由904L不锈钢采用碳纤维材质，较好适应稀酸中高浓F、Cl离子的工况，并为国内类似苛刻工况条件下酸泵材质的选用，提供有益的借鉴。每年为公司节约备件费用50余万元。

③净化稀酸排放循环利用改造。通过加大沉降设施能力实现污酸分级循环利用，并较好满足烟气中高含尘工况。

④强化板式换热器换热效果。通过增加板式换热器面积、水路切换装置较好解决了板片堵塞严重问题，稳定塔出口烟温，实现低浓烟气条件下全年98%酸的稳定生产。全年可创直接经济效益50万元。

⑤电除雾绝缘箱冷风改造。年可节约电量50万kWh以上，具有可观的经济效益。

⑥电除雾极线材质更换。电除雾极线由高效合金芒刺线改为铜铅扁刺极线，断线率大为降低，除雾效果合格达标。

2.3 干吸工序

1）干吸工序的自动串酸改造。对酸浓度仪、自动串酸阀及自动串酸模式进行改造和改进。经过以上改进措施后自动串酸控制运行良好，稳定了工艺控制参数，产出成品酸浓度合格稳定并节省人力投入。

2）成品酸外观质量攻关。采取以下措施：①及时跟踪熔炼系统柴油使用情况，当净化系统稀酸外观变化时，及时协调联系，保证烟气合格后再进入制酸系统；②对成品酸阳极保护冷却器进行了通酸使用，降低成品酸温度；③成品酸脱气塔投入使用，通过上述措施的，解决了外销成品酸颜色时常有发黑发红对成销售造成影响。

3）干吸塔捕沫器改造。在干燥塔顶部增加一层丝网捕沫器，降低进入干燥塔后序系统烟气中的酸沫，一吸塔柱状捕沫器长度增加0.6m，加强除雾能力，尾气烟囱冒烟现象大为好转。

2.4 转化工序

①转化升温补热管线改造。对转化升温补热管线进行了改造，取消了因工艺条件限制多年不用的一层冷副线和12#阀门，解决了转化一层触媒温差过大、热量无法平衡、频繁启动1#电炉补热调整等不利局面；而且转化率得到提高，尾气排放浓度明显下降。

②转化器触媒填装更新改造。对转化器触媒量进行了重新核算，转化器四层选用了进口巴斯夫触媒，补充触媒量36m3。改造后，制酸尾气SO2浓度降低为原来的40%，年可减少尾气排放含硫（SO2）2000余吨，增加硫酸产量3500余吨，并可使转化2#电炉节约耗电40%左右，年节约用电170万kWh。

③转化1#电炉更换改进。由电热管一体式电炉，更换为可拆卸检修的电炉元件小车结构电炉，延长了电炉的使用寿命。

④SO2鼓风机变频改造。SO2风机调速由液力耦合器改为变频，改造取得良好的效果，大大节省了设备的维修量，每月节电达20万kWh。

2016年6月的时候“char siu”（叉烧）已被牛津词典收录（见例3），而12月的报道还使用了“char siew”，这样容易使译文读者产生混淆。

2.5 酸库工序

①干吸至酸库输酸管线改造。输酸管线为碳钢管更换为钢衬玻璃管，消除了经常发生腐蚀泄漏现象，极大降低了安全、环保隐患，大大节省了维修量。

②酸库汽车装酸设施改造。原酸库汽车装酸罐容积过小，装酸量不足10t，为此将原装酸平台延长，安装高2.2m、长11m的卧式罐，装酸量达60t，满足汽车装酸需求，消除了安全隐患。

2.6 污酸污水处理站

①污水处理回用水实现零排放改造。大力推进车间节水减排，各工序生产用水实行了循环分级使用，排水实行了分类分流排放，加强车间现场冲洗用排水管理，做好初期雨水回收处理，严格控制污水来源；加强电收尘运行管理，提高收尘效率，净化稀酸含固量得到控制和减少；根据生产运行情况，及时调整净化稀酸排放浓度，及时调整污水处理系统生产。通过以上措施，月均回用水产生量下降了2000余吨，同时加强污水处理岗位与制酸净化、熔炼水淬等岗位的协作配合，实现了回用水零排放。

②石灰乳制备增设化灰机改造。原石灰乳制备由于外购袋装白灰粉含细小砂量太大，一般都达到20%左右，该砂粒细小，且硬度较大，极易沉积，工艺管道磨损、堵塞非常严重，中和槽叶轮叶片磨损严重，中和槽半个月被砂石沉积淤满，严重影响污酸污水处理正常运转。改进措施：原料改为块状石灰，增设加料漏斗、带式输送机及石灰消化机，通过加水、搅拌、分离。固体杂质进入渣坑由铲车运出，石灰乳扬送到石灰乳大罐，输送至污酸污水处理工序。改造后基本在化灰机中除去石灰乳中的砂石，为后续设备管线运转提供可靠保障，确保污酸污水处理工序正常运行，大大降低了生产过程的劳动强度，改善操作环境。

③中和渣实现直接入仓回炉利用的技术改造。引进芬兰奥图泰拉罗克斯立式全自动压滤机（型号为LAROX PF12.6／12.6 M1.6 4 40），将中和渣含水率降至35%以下，利用中和渣主要成分硫酸钙，代替熔炼炉熔剂石灰石的消耗，同时回收中和渣中的铜、硫、钙等有价元素，年创经济效益二百余万元，并且环境效益明显。

④增设重金属离子去除装置。原工艺采用的石灰-铁盐法对污酸中的重金属离子去除能力有限，处理后的回用水重金属离子超标严重，为保证回用水重金属离子达到国家标准要求，利用部分原有设施，新增硫化反应塔、OPR电位计等部分设备，改造增设硫化处理工序，提高重金属回收能力。

⑤污水处理工艺高浓度泥浆法改造。污水处理生产时浓密机沉淀效果不良，上清液面保持在0～1m，经常因浓密机上清液浑浊，无法满足生产要求；因料浆浓度低，LAROX压滤机运行负荷大，滤饼薄，含水率高。为此，通过对浓密机回流管线改造，每班对料液进行含固量测定，控制在规定范围。该工艺可使石灰得到充分利用，年可节约石灰用量400t；浓密机沉淀效果明显提高，底流泥浆含固量由12%提高至40%以上，可提高污水处理能力1倍以上；压滤机过滤时架桥结构快速形成，滤饼变厚，渣中游离水含量由15%降低至10%以下。

⑥LAROX压滤机滤布、滤板国产化选型。设备运行过程中，试用定型了与压滤机配套的国产滤布、国产滤板，降低了运行成本，年可节约成本30余万元。