銅冠冶化硫鐵礦制酸節能環保技術回顧與總結

徐潔書，林天云

（銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司，安徽銅陵 244001）

銅陵有色金屬集團股份有限公司銅冠冶化分公司（以下簡稱銅冠冶化）成立于2005年10月，是國內首批循環經濟試點單位之一。該公司按照“資源循環利用，能源梯級利用”的循環經濟理念，綜合利用銅陵有色內部礦山的硫鐵資源。銅冠冶化擁有2套400 kt/a硫鐵礦制酸裝置，分別于2007年和2009年建成投產。投產后，該公司為充分利用資源，節約能耗，減少對環境的影響，在生產實踐中不斷對工藝及設備進行優化改造，取得了良好的經濟效益和環保效益。

1 主要技術改造

1.1 開車升溫技術改進

硫鐵礦制酸系統在開車初期要給沸騰爐加熱升溫，待爐內溫度達到物料的反應溫度后才能投入物料生產。投料后通過物料燃燒所釋放出的熱量維持反應所需要的溫度，使反應能夠持續進行下去。

大型沸騰爐開車一般將細黃砂作為鋪爐底料，采用燃燒柴油的方式進行升溫。升溫時，先點燃1個主油槍，然后根據升溫的需要逐個增加點燃主油槍的數量，直至4個主油槍全部點燃；在點主油槍時盡量對稱點燃，使爐內溫度盡可能保持均勻。待爐床溫度升至400 ℃后，每2 h做一次大風量翻騰，使沸騰爐流態化，整個爐內開工底料受熱均勻，每次翻騰的時間為5～10 min。當沸騰爐爐床溫度升至600 ℃后，向爐床內插入10支輔助小油槍。輔助油槍燃燒穩定后開始少量投料生產，待溫度呈上升趨勢后逐漸增加投料量；當爐床溫度升至750 ℃以上時可逐步熄滅油槍，轉入正常生產。

升溫技術改進后，技術人員用硫鐵礦燒渣取代黃砂作為開工底料。由于燒渣比黃砂更為干燥，能減少升溫過程中水分蒸發帶走的熱量，提高前期升溫效率。同時，由于底料燒渣為硫鐵礦焙燒后的產物，對生產初期的硫酸燒渣品質沒有影響。當沸騰爐爐床溫度升至400 ℃后，向爐底微量送風，爐底送風閥開度在5%左右，使爐內上部底料緩緩流動，在不會造成大量熱量損失的情況下提高底料的均勻性。由于硫磺燃點比硫鐵礦燃點低得多，可考慮在投料初期時摻入少量硫磺，通過燃燒硫磺為點燃硫精砂提供熱源，使投料溫度點降低。經實踐證明，采用摻入少量硫磺投料后，投料溫度點可降至500℃，縮短了升溫時間，減少了柴油的消耗。改進前后升溫情況對比見表1。

表1 改進前后升溫情況對比

1.2 增加Ⅳb換熱器

轉化工序主要設備為轉化器和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ換熱器及主副線煙氣管道。轉化器采用全304不銹鋼制作，規格為φ10 500 mm×17 600 mm，分為四段。轉化器殼體由殼體、內部支柱、橫梁、格柵、隔板等組成。換熱器采用空心環縮放管式換熱器，殼體材料均采用Q235鋼。Ⅰ換熱器換熱管材料采用304不銹鋼，其余換熱器換熱管采用20G材料，其中Ⅱ換熱器換熱管進行滲鋁處理。系統投入運行后，受一吸塔出塔煙氣硫酸霧夾帶的影響，轉化工序Ⅳ換熱器殼程內部逐步發生列管腐蝕，Ⅳ換熱器換熱情況逐步惡化。技術人員對腐蝕破損管束進行封堵后導致有效換熱面積減少，換熱效率下降。

為解決Ⅳ換熱器換熱能力不足，降低出塔煙氣硫酸霧對換熱器的腐蝕，考慮在Ⅳ換熱器前增加1臺換熱器Ⅳb。該換熱器采用全316L不銹鋼材料制作，與原Ⅳ換熱器（現稱Ⅳa）串聯。出塔煙氣先經Ⅳb換熱器管程，再進入Ⅳa換熱器殼程，換熱后進入到轉化器四段進行二次轉化，煙氣中硫酸霧主要在Ⅳb換熱器中發生冷凝，匯集于換熱器底部，檢修時排出清理。

1.3 增加催化劑裝填量

單臺轉化器催化劑裝填量是中國瑞林工程技術有限公司按照400 kt/a硫酸裝置規模設計的。催化劑采用國外某公司催化劑，裝填系數為223 L/（t·d），SO2總轉化率按 99.80% 設計，催化劑裝填總量為267.6 m3。運行一段時間后，SO2總轉化率經常達不到設計值。檢修時，技術人員發現催化劑粉化嚴重。

大修期間，技術人員對各段床層原有催化劑進行篩分并回填后，添加另一國外公司催化劑，重新調整裝填系數，優化各層催化劑的分布并適當增加催化劑的裝填量，確保裝置達到較高的轉化率。調整后催化劑裝填情況見表2。

表2 調整后催化劑裝填情況

1.4 保溫噴涂技術的應用

保溫技術主要應用在設備的外表面，減少設備本體與外部的熱量傳遞。銅冠冶化公司轉化工序原采用硅酸鋁保溫棉作為保溫材料，表面用鋁板作為防水層。由于保溫鋁板易脫落，造成保溫材料受潮損壞，降低了設備保溫效果。2018年裝置大修時，該公司引進保溫噴涂技術[1]，將專用纖維噴涂棉與配套的膠黏劑經專用噴涂設備均勻噴涂于設備表面，經自然干燥后形成具有一定強度和厚度的無接縫、整體穩定密閉的噴涂層。該噴涂層具有較好的黏著性。改用噴涂材料后，保溫層牢固性及防水性較好，運行近兩年時間未發現保溫脫落的現象，檢修時保溫材料的局部拆除或恢復操作簡單，保溫效果較好。

1.5 鈉堿法脫硫+電除霧器

目前，低濃度SO2煙氣處理工藝有10多種。在前期考察交流的基礎上，銅冠冶化公司對各種煙氣脫硫工藝的優缺點進行分析，并按照一次性投資、10年期總運行費用進行對比，綜合考慮系統的穩定性、可靠性及關鍵指標，認為鈉堿法具有設備投資低、工藝流程簡單、占地面積小等優點，且產生的脫硫廢液可送至后期建設的焦亞硫酸鈉項目，作為產品對外銷售[2]。該公司最終選擇鈉堿法作為脫硫工藝。

2018年底，硫酸行業超低排放相關政策出臺。在該標準下，鈉堿法脫硫裝置在工況變化時存在排放氣體硫酸霧超標的風險。為確保硫酸尾氣在各種條件下實現超低排放，2019年3月技術人員在硫酸尾氣脫硫塔后新增1臺電除霧器，降低尾氣中硫酸霧及含塵量。改造后，ρ(SO2)從188 mg/m3左右降到50 mg/m3左右，酸霧(ρ)從100 mg/m3左右降到20 mg/m3左右，達到了超低排放要求。

2 運行情況

改造后，裝置生產成本得到了有效控制，資源利用率得到提升，產品電耗、油耗降低。硫酸裝置主要指標設計值及2019年實際值見表3。

3 結語

銅冠冶化公司不斷進行節能環保技術改造，充分利用資源，挖掘生產潛能，優化工藝配置，降低各種輔材的消耗，提高企業的經濟效益和環保效益，將“打贏藍天保衛戰”付諸實際行動。實踐證明，低能耗、低污染、低排放的節能環保經濟模式是最具競爭力的經濟模式，也是一條實現可持續發展的有效途徑。

表3 主要相關指標設計值及2019年實際值對比