動力波技術在云銅總廠煙氣凈化方面的應用與實踐

陳俊華（云南銅業股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102）

動力波技術在云銅總廠煙氣凈化方面的應用與實踐

陳俊華
（云南銅業股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102）

分析了冶煉工藝煙氣性質，介紹了動力波的工作原理、技術特點等，系統地總結了動力波技術在云銅冶煉加工總廠硫酸尾氣、凈化工序、稀貴分銀爐等煙氣凈化方面的實踐應用，闡述了動力波吸收塔在煙氣凈化方面的廣闊應用前景及需完善改進的地方。

煙氣凈化；動力波；泡沫洗滌；特點；實踐

云銅冶煉加工總廠在動力波吸收塔應用之前無論是制酸工藝煙氣凈化、尾氣治理，還是分銀爐工藝排放煙氣：煙氣量波動大，成份復雜，含S、CL、Se，易造成設備嚴重腐蝕；煙氣成份治理單一，凈化效果差；成品酸質量、煙氣達標率難控制；操作不穩定，低空污染、二次污染嚴重。動力波的應用極大地改善了以上問題。總廠廢氣排放煙氣治理狀況從篩板式泡沫塔到動力波洗滌器的應用，2000年12月以前一直是空白。2003年4月硫酸Ⅱ系列尾吸改造使用了新型設備動力波吸收塔，吸收低濃度SO2尾氣；2004年6月硫酸Ⅳ系列投產，尾氣排放同樣采用動力波作吸收裝置；硫Ⅱ、Ⅳ系列尾氣治理工程針對的是煙氣。2006年3月硫酸Ⅳ系列凈化工藝經考察、技術論證、增加動力波洗滌器凈化煙氣，加強煙氣的凈化提高煙氣的凈化效果；2006年6月稀貴分廠2＃轉動式分銀爐投入試生產，工藝煙氣治理、煙氣排放處理裝置最終選取動力波濕式收塵系統來處理分銀爐工藝外排煙氣；2010年8月硫酸Ⅲ系列凈化工藝改造在空塔前增加動力波洗滌器，空塔做為氣液分離的通道，提高Ⅲ系列煙氣的凈化效率。硫酸Ⅳ、Ⅲ系列凈化，稀貴分銀爐動力波濕式收塵系統不僅針對煙氣，還有煙塵的凈化。經過多年的探索實踐、經驗的積累，云銅股份冶煉加工總廠動力波泡沫洗滌技術在工藝煙氣凈化、尾氣達標排放等方面得到了廣泛的應用，但動力波泡沫洗滌器的凈化效率還有待進一步完善提高。

1 云銅總廠冶煉工藝煙氣的性質

云銅冶煉加工總廠冶煉煙氣特別是艾薩爐工藝煙氣具有“四高”的特點：“高溫、高塵、高SO2、高濕”。“高溫”380～420℃；“高塵”12～35g／m3； “高SO2”15％～24％； “高濕”8％～22％。冶煉煙氣中有灰塵、酸霧、煙霧、揮發性金屬、有害氣體等雜質?；覊m系艾薩爐、電爐（貧化爐）、轉爐、分銀爐排放出來的固體顆粒。酸霧是熱煙氣中的SO3急冷時與水化合所形成的極小的氣溶膠（直徑 ＜0.5μm）。煙霧為鋅、鉛、銻、鉍等金屬化合物和它們的氯化物、硫酸鹽或氧化物所生成的氣溶膠。揮發性金屬有砷、硒、汞及它們的氯化物、硫酸鹽或氧化物。氣態雜質為SO3、HCl、H2S等，SO2、SO3對后續工序（余熱鍋爐、收塵、硫酸）的設備具有極強的腐蝕性。

鉛、鋅、銻的氧化物和硫酸鹽會在設備的表面形成堅硬而致密的復蓋層，堵塞設備及其管道；酸霧、硒、氯化物加速金屬設備的腐蝕。這也是稀貴分銀爐動力波洗滌器管道、設備為什么時間一長阻力增大、管路堵塞的主要原因。

2 動力波泡沫洗滌技術的工作原理及作用

動力波泡沫洗滌技術是洗滌液通過一個非節流性開孔，從氣體流動的相反方向噴洗滌入直立的反噴射筒，直接與工藝氣體相撞，從而迫使液體呈輻射狀自里向外射向器壁。按照合理的 L（液）／G（氣）比，以達到合理的氣-液動量平衡，進而在氣-液的界面處建交起氣體必須通過的泡沫區，如圖1所示。

圖1 動力波吸收塔

該泡沫區呈高度的湍動狀態，并根據氣液的相對動量，沿筒體上下移動，由于氣體與大面積的不斷更新的液體表面接觸，在泡沫區能有效地同時除去塵粒和氣體雜質。動力波泡沫洗滌技術同時也是一個投資效率很高的氣體冷激裝置，可用于冷激高溫氣體，也可通過合理的設計進行緩慢的程序冷卻，因此也可用于通過粒子長大增加亞微粒子的捕集效率。

圖2 兩相流動狀態圖

圖2為兩相流動狀態圖，該圖表示了一個合理的操作區，泡沫區的面積很大，足以承受相當大的調節比而不會降低洗滌效率。

動力波泡沫洗滌裝置的主要作用是清除煙氣中的塵粒和氣體雜質，同時也使煙氣冷卻降溫，以達到加強煙氣凈化的目的。

動力波的應用在降低能耗及減輕對環境的影響方面可發揮巨大的作用，這也成為動力波泡沫洗滌技術不斷改進、優化發展的關鍵因素。

3 動力波泡沫洗滌技術的特點

（1）允許入囗煙塵量高（7～10g／m3），捕塵率高。由于該洗滌器對粒子的捕集率與粒度的關系曲線較其它洗滌器平坦，因此可有效地進行分級洗滌，從而以較低的能量費獲得較高的效率。一個典型的三級洗滌系統脫除亞微粒子的效率可達99％以上。

（2）洗滌器洗沫區的面積大，足以承受相當大的調節比，氣量波動范圍在50％～100％變化，對總的洗滌除塵效率不會降低。這對冶煉煙氣制酸是非常有價值的。

（3）噴液采用一個大的開有孔的噴咀，孔視處理量而定，這樣循環液可在較高的含固量下運行而噴咀不會被堵塞（據加拿大英珂冶煉廠介紹循環液中含固濃度可為20％～25％），由于循環液固體含量較高，故液體排放量可相應減少，這樣廢酸處理裝置的負荷可以減輕。

（4）開孔噴咀的另一個特點是噴出的液體不發生霧化，因此排氣中就不含有細小的液滴。這種細小的液滴會使得氣-液難以分離，雜質常隨排煙帶出。所以這種洗滌方式氣-液分離過程簡單，被捕集的雜質不會隨煙氣帶出。

（5）由于開孔噴咀噴出的液體不發生霧化，而呈液柱狀噴入氣體中，故在煙氣洗滌過程中酸霧的生成量較傳統的濕式煙氣凈化工藝少，這樣對電除霧器的負荷可以減輕。相應可縮小電除霧器的規格尺寸或者只用一級電除霧器。

（6）操作簡單。動力波洗滌技術帶有大開孔噴咀，系統不會堵塞，系統能自動地調節以適應氣體流量的變化而不需要調節液體流量或其它洗滌變化，泡沫接觸區的設計允許系統通過自身校正氣液接觸點來適應這些變化。

（7）設備結構的耐腐蝕材料及氣液輸送管道材料容易解決。由于酸性介質的腐蝕性，動力波容器由FRP制成，氣液輸送管道由FRP或PVC鋼襯PO管、鋼骨架復合管等材料制作，這些材料已被證明完全能抵抗任何形式的SO2／SO3腐蝕（云銅總廠硫酸尾吸、凈化，稀貴分銀爐、金隆用玻璃鋼，貴冶用合式合金）。

綜上可知，這種洗滌原理的獨特之處在于不但有效地利用了氣相動量，而且有效地利用了液相動量來形成接觸界面，從而達到高效捕集細粒，同時達到傳熱傳質的目的。

4 云銅總廠動力波泡沫洗滌技術在煙氣凈化方面的實踐應用

4.1 動力波洗滌技術在硫酸Ⅱ、Ⅳ系列尾氣治理工程中的實踐與應用

云銅股份冶煉加工總廠低濃度SO2尾氣氨吸收裝置2000年12月Ⅲ系列使用了兩段式篩板泡沫塔，在此基礎上，云銅低濃度 SO2尾氣氨吸收的生產裝置中，Ⅱ、Ⅳ系列使用了新型設備動力波吸收塔。

4.1.1 與傳統設備泡沫塔的比較

（1）結構簡單，塔槽一體，節約設備投資。（2）吸收效率達到和超過傳統塔型。

（3）尾氣中的SO2排放各指標均低于國家《GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準》表1中的一級標準，SO2的削減率為99.9％，達標排放，現排放SO2濃度均＜400mg／m3。

4.1.2 存在問題

（1）運行初期操作控制不穩定，SO2吸收率不高（僅達到50％左右），游離氨易從煙道排出形成白煙。

（2）主流程基本實現自動化，但吸收塔出口SO2在線系統沒有作為操作控制參數，造成系統控制調整不及時。

表1中數據為傳統泡沫塔與動力波設備的比較。

4.2 硫酸Ⅳ、Ⅲ系列空塔前增設、改一級動力波洗滌器的實踐與應用

4.2.1 現狀、存在問題

硫酸現有工藝設備凈化效率不高，主要是Ⅳ、Ⅲ系列空塔、填料塔之間帶酸現象嚴重，造成Ⅳ、Ⅲ系列空塔、填料塔循環酸之間沒有形成濃度差。原因是空塔為順流塔，空塔出口洗滌酸被出口煙氣順勢帶入填料塔，空塔出口煙氣大量帶液導致了填料塔循環酸的酸度、含塵量、砷、氟雜質含量與空塔一樣，甚至高于空塔。對工藝指標、產品質量均造成一定影響，直觀上造成填料塔板式換熱器每季度就要拆開清洗1次，工作強度大，備件（膠墊）消耗大。

表1 傳統泡沫塔與動力波設備比較 ％

方案一在硫酸Ⅳ系列空塔前嫁接增設一級動力波洗滌器；方案二在Ⅳ系列改造運行取得的經驗基礎上，對關鍵點進行大膽的技術創新改造，將硫酸Ⅲ系列空塔改造成動力波洗滌器，具體如下：在硫酸Ⅲ系列空塔前增加動力波洗滌器，將空塔做為氣液分離的通道，以改善硫酸Ⅳ、Ⅲ系列凈化工藝指標。

4.2.2 Ⅳ、Ⅲ系列凈化動力波洗滌器改造運行效果

（1）對制酸工藝進行優化，減少凈化污酸的排放，使風機出口指標好轉，延長凈化工序后設備的使用壽命，提高系統的作業率。

（2）工藝成熟，效果良好，運行平穩，動力波循環酸度控制在＜140g／L時，填料塔循環酸的酸度僅有20g／L左右，稀酸板式換熱器1.5a才須清洗1次。

（3）實現一級洗滌與二級洗滌循環液之間的濃度梯度。

（4）由于動力波洗滌器增加了系統阻力，風機入口壓力將增大，可以提高Ⅳ、Ⅲ系列2＃、1＃KKK風機的效率。

4.3 稀貴分銀爐動力波濕式收塵系統的實踐與應用

稀貴分廠分銀爐煙氣凈化部分原采用布袋除塵器，最大的缺點就是對煙氣成份沒有凈化吸收功能，收塵效率底、低空污染嚴重、操作環境差。2006年，稀貴動力波濕式收塵系統完善項目開始投入使用，一舉改善了原來布袋收塵存在的諸多問題。由于此工藝系國內首次在高塵煙氣收塵上的運用，投產前期還是遇到了一些問題?？倧S2008年將此項目列為技術開發攻關項目，動力波洗滌技術得到進一步的應用。

4.3.1 動力波濕式收塵系統投入運行后存在主要問題及需采取的措施

（1）工藝方面問題。分銀爐工藝煙氣量、煙塵波動大，煙氣成份復雜、變動大，造成動力波收塵效率達不到設計要求，根據安環部監測組測試數據初步計算，收塵效率在60％～70％左右。

（2）設備方面問題。設備使用后期，填料塔填料全部結死，造成系統阻力顯著增加，填料塔底堆積了大量污泥。同時電霧極線結塵嚴重，重錘懸掛不穩，大量脫落。

（3）操作方面問題。清灰不即時，沉降室出口水平管、動力波入口水平管、電霧入口水平管經常造成堵塞。循環吸收液積塵嚴重，板框過濾次數不夠，水泵吸水口對面最高厚達1m，一部分煙塵進入后續系統，造成填料塔、電霧積塵嚴重。

針對生產中存在的問題，分廠提出兩個解決思路：第一，重新設計工藝路線。增加一級動力波，使兩級動力波收塵效率能夠達到90％，避免煙塵后移，采用過濾后的清液噴淋填料，進一步解決填料結死、阻力大幅增加的問題，加大風機抽力，克服系統阻力不斷升高的趨勢，獲得最好的爐前抽風效果。第二，進一步強化操作。增加板框過濾次數，盡量減少系統積塵，增加堵點疏通頻次，確保管路暢通。

4.3.2 二次改造后的稀貴分銀爐濕式收塵系統技術特點

分銀爐排出的高溫煙氣，經沉降室粗收塵和降溫后，進入濕法收塵系統。濕法收塵系統采用三級收塵，第一級為一級動力波塔，主要除去4μm以上的含塵液滴；第二級為二級動力波塔，主要除去3～4μm的含塵液滴；第三級為濕式電除霧器，主要除去3μm以下的含塵液滴。

4.3.3 稀貴分銀爐濕式收塵系統現存主要難題

每一次檢修完前期動力波運行很好，爐前負壓較大，爐口外逸煙氣很小，現場環境較好，多次測塵顯示風機出口煙氣含塵能夠＜100mg／m3。但是后期系統阻力上升較大，爐口外逸煙氣很多，與布袋收塵中后期相當，儀表顯示填料塔阻力上升最大，可以達到4000Pa以上?？傮w上后期系統收塵效果不理想，煙塵逐步后移，管道堵塞疏通工作量大。生產實踐中凸現出來的這一技術難題（瓶頸），需在今后稀貴分銀爐改擴建中通過技術創新不斷改進，須提高濕式收塵系統的效率，攻關完善進動力波前的煙氣含塵狀況使系統暢通。

5 小結

（1）伴隨著現代冶金工藝的發展，產品質量、環境保護問題日益突出，冶煉工藝煙氣凈化、廢氣治理達標排放、節能減排促進了動力波泡沫洗滌技術在云銅冶煉加工總廠煙氣凈化方面的應用和發展，使總廠動力波泡沫洗滌技術成為煙氣凈化、廢氣治理措施的一個重要組成部分。

（2）通過動力波泡沫洗滌技術在冶煉工藝煙氣凈化、尾氣吸收達標排放的實踐應用，證明其塔體結構簡單，可用玻璃鋼材料制造，耐腐蝕性能好，制造成本低。操作彈性較大，設備可進一步放大，適應大氣量處理。適用面廣，可用于煙氣除塵、降溫和氣體吸收。

（3）通過動力波的實踐應用，證明其技術可靠，對煙氣中的雜質捕集效率高，運行可靠性高，維修費用少，嫁接靈活，建設投資節省。對于云銅總廠在冶煉煙氣凈化、廢氣煙氣、煙塵治理等方面動力波吸收塔都具有廣闊的應用前景。

（4）動力波泡沫洗滌技術專利屬美國孟莫克有限公司，國內生產產家、使用公司根據實際需要，為了節省投資，大多都是在引進、吸收、消化的基礎上來發展適合自身需求的動力波吸收塔。這樣做由于技術、資金、設備、場地所限，動力波泡沫洗滌器的凈化效率較低或達不到技術交流和資料介紹的水平，凈化效率還有待進一步提高。

［1］雷仲存.工業脫硫技術［M］.北京：化學工業出版社，2001.

［2］南昌有色冶金設計研究院.動力波泡沫洗滌技術用于冶煉煙氣凈化［R］.

ApplicationofDynamicWaveTechnologyonFumePurificationofthe SmeltingFactoryofYunnanCopperIndustryLimitedbyShared

CHENJun-hua
（TheSmeltingFactoryofYunnanCopper（Group）CompanyLimited，KunmingYunnan650102，China）

Thepropertiesoffumeofthesmeltingfactorywereanalyzed.Thetheoryofdynamicwavetechnologywas introducedaswellasthecharacteristicsofthistechnology.ThepracticesofdynamicwavetechnologyinthepurificationofSulfuricacidtailgasandthefumefromtherareandprecioussilverfurnaceweresummarized.Thepotentialapplicationofthetechnologyinthefumepurificationwasnarratedaswellastheweaknessesofit.

fumepurification；dynamicwave；foamwashing；characteristic；practice

X701

A

1673-9655（2015）03-0073-05

2014-11-03