侯馬北銅硫酸系統技術改造與運行實踐

晉迎升

（侯馬北銅銅業有限公司，山西 侯馬 043010）

侯馬北銅銅業有限公司硫酸系統1996年開始動工興建，1999年9月進行試車。由于熔煉系統因素生產初期頻繁停車，進入硫酸系統的煙氣SO2濃度較低且不穩定，直至2001年生產逐步轉入正常。至2016年5月共產出合格的工業硫酸190萬噸。配套的污酸污水處理站經過逐步完善，處理后的回用水循環利用，實現零排放，中和渣全部返回熔煉生產系統，實現資源回收利用。

1 硫酸生產技術及裝備

1.1 生產規模

硫酸系統是利用奧斯麥特熔煉爐及奧斯麥特吹煉爐煙氣制造硫酸。兩爐煙氣經余熱鍋爐及電收塵降溫收塵后，一并送入硫酸系統制造硫酸，年生產硫酸能力為15萬噸，生產92.5%H2SO4或98%H2SO4。污酸污水處理系統采用鈣鹽三段中和法處理工藝［1］，日處理酸性污廢水400m3。

1.2 設計條件及變化

1.2.1 硫酸系統

設計進入制酸系統的煙氣條件：奧斯麥特熔煉爐加吹煉爐一周期煙氣SO2濃度7.0%，奧斯麥特熔煉爐加吹煉爐二周期煙氣SO2濃度8.91%。實際生產轉化器入口煙氣SO2濃度4%～7%，兩臺爐煙氣量由原設計66501m3／h增大到85000m3／h，生產初期轉化器觸媒熱平衡困難，需轉化電爐補熱，經采取優化工藝管線等技術措施后實現自熱平衡。

1.2.2 污酸污水處理系統

污酸污水處理站采用鈣鹽三段中和法處理工藝，日處理酸性污廢水400m3。由于近年來原料精礦成分復雜多變，造成污酸處理工藝操作困難。采取延長工藝流程、改進設備性能、優化操作參數等措施，進一步提高了系統對銅、鉛、砷等重金屬的去除能力。

1.3 生產流程

1.3.1 硫酸生產工藝

硫酸生產工藝圖見圖1。

圖1 制酸系統工藝流程簡圖

硫酸工藝設計采用稀酸洗滌，雙接觸流程。硫酸車間包括電收塵工序、凈化工序、干吸工序、轉化工序、觸媒篩分、SO2鼓風機房、尾氣煙囪及酸庫。凈化工藝為空塔—填料塔—兩級電除霧器流程。干吸工藝選用泵后冷卻流程。轉化工藝采用“3+1”式，換熱流程 “ⅣⅠ—ⅢⅡ”。

1.3.2 污酸污水處理工藝

污酸污水處理站現設硫化工序和中和工序。工藝采用一級硫化、鈣鹽三段中和法處理流程。污酸污水處理工藝見圖2、圖3。

1.4 主要設備

硫酸設備配置較為先進，控制系統采用美國霍尼韋爾公司先進的DCS集散控制系統，關鍵設備采用進口設備，如凈化的稀酸板式換熱器為瑞典阿法拉伐公司，轉化器、濃酸冷卻器引進加拿大凱米迪克斯公司［2］，干吸耐酸泵為美國路易斯泵，吸收塔柱狀捕沫器采用美國孟莫克公司產品。

主要設備規格及改進措施見表1。

表1 主要設備規格及改進

圖2 污水處理站硫化工序工藝流程簡圖

圖3 污水處理站中和工序工藝流程簡圖

1.5 主要技術經濟指標

主要技術經濟指標見表2。

表2 主要技術經濟指標

2 技術改造措施

隨著產能的提升及安全環保日漸嚴格的法規標準不斷更新，原有設備設施不能滿足生產需求。針對生產過程出現的的各類問題，進行相應的技術改造，學習借鑒選用合適的新工藝、新材料及先進的設備［3］，使硫酸生產及污酸污水處理逐漸適應綠色發展的要求，近年來主要進行了以下改進。

2.1 電收塵工序

①陰極振打裝置改造。原設計傳動方式由頂部改為側部，強化了振打效果，大幅降低了石英管破損率，出口含塵滿足工藝要求，保證電收塵持續穩定運轉。②出灰裝置改造。因煙灰燒結頻繁，原氣化射流泵管道輸送裝置停用。采取刮板機部位增設檢修孔、減速機設置受力薄弱點 （減速機殼）、增設放灰溜槽及調整放灰頻次、汽車運灰等措施，保證電收塵運行正常。③增設雙道排空閥。增強原蝶閥裝置密閉性，降低正常生產時環保風險。

2.2 凈化工序

①空塔殼體堵漏處理。空塔殼體為鋼襯鉛板、耐酸瓷磚、石墨磚。由于運行時間長久，外殼出現滲漏點，底部較嚴重。采用蘭州中順石化專利堵漏材料，對殼體表面打眼注膠 （膠裝物的堵漏材料），處理后空塔殼體完好無漏點。

②稀酸泵過流部件改進。由904L不銹鋼采用碳纖維材質，較好適應稀酸中高濃F、Cl離子的工況，并為國內類似苛刻工況條件下酸泵材質的選用，提供有益的借鑒。每年為公司節約備件費用50余萬元。

③凈化稀酸排放循環利用改造。通過加大沉降設施能力實現污酸分級循環利用，并較好滿足煙氣中高含塵工況。

④強化板式換熱器換熱效果。通過增加板式換熱器面積、水路切換裝置較好解決了板片堵塞嚴重問題，穩定塔出口煙溫，實現低濃煙氣條件下全年98%酸的穩定生產。全年可創直接經濟效益50萬元。

⑤電除霧絕緣箱冷風改造。年可節約電量50萬kWh以上，具有可觀的經濟效益。

⑥電除霧極線材質更換。電除霧極線由高效合金芒刺線改為銅鉛扁刺極線，斷線率大為降低，除霧效果合格達標。

2.3 干吸工序

1）干吸工序的自動串酸改造。對酸濃度儀、自動串酸閥及自動串酸模式進行改造和改進。經過以上改進措施后自動串酸控制運行良好，穩定了工藝控制參數，產出成品酸濃度合格穩定并節省人力投入。

2）成品酸外觀質量攻關。采取以下措施：①及時跟蹤熔煉系統柴油使用情況，當凈化系統稀酸外觀變化時，及時協調聯系，保證煙氣合格后再進入制酸系統；②對成品酸陽極保護冷卻器進行了通酸使用，降低成品酸溫度；③成品酸脫氣塔投入使用，通過上述措施的，解決了外銷成品酸顏色時常有發黑發紅對成銷售造成影響。

3）干吸塔捕沫器改造。在干燥塔頂部增加一層絲網捕沫器，降低進入干燥塔后序系統煙氣中的酸沫，一吸塔柱狀捕沫器長度增加0.6m，加強除霧能力，尾氣煙囪冒煙現象大為好轉。

2.4 轉化工序

①轉化升溫補熱管線改造。對轉化升溫補熱管線進行了改造，取消了因工藝條件限制多年不用的一層冷副線和12#閥門，解決了轉化一層觸媒溫差過大、熱量無法平衡、頻繁啟動1#電爐補熱調整等不利局面；而且轉化率得到提高，尾氣排放濃度明顯下降。

②轉化器觸媒填裝更新改造。對轉化器觸媒量進行了重新核算，轉化器四層選用了進口巴斯夫觸媒，補充觸媒量36m3。改造后，制酸尾氣SO2濃度降低為原來的40%，年可減少尾氣排放含硫 （SO2）2000余噸，增加硫酸產量3500余噸，并可使轉化2#電爐節約耗電40%左右，年節約用電170萬kWh。

③轉化1#電爐更換改進。由電熱管一體式電爐，更換為可拆卸檢修的電爐元件小車結構電爐，延長了電爐的使用壽命。

④SO2鼓風機變頻改造。SO2風機調速由液力耦合器改為變頻，改造取得良好的效果，大大節省了設備的維修量，每月節電達20萬kWh。

2016年6月的時候“char siu”（叉燒）已被牛津詞典收錄（見例3），而12月的報道還使用了“char siew”，這樣容易使譯文讀者產生混淆。

2.5 酸庫工序

①干吸至酸庫輸酸管線改造。輸酸管線為碳鋼管更換為鋼襯玻璃管，消除了經常發生腐蝕泄漏現象，極大降低了安全、環保隱患，大大節省了維修量。

②酸庫汽車裝酸設施改造。原酸庫汽車裝酸罐容積過小，裝酸量不足10t，為此將原裝酸平臺延長，安裝高2.2m、長11m的臥式罐，裝酸量達60t，滿足汽車裝酸需求，消除了安全隱患。

2.6 污酸污水處理站

①污水處理回用水實現零排放改造。大力推進車間節水減排，各工序生產用水實行了循環分級使用，排水實行了分類分流排放，加強車間現場沖洗用排水管理，做好初期雨水回收處理，嚴格控制污水來源；加強電收塵運行管理，提高收塵效率，凈化稀酸含固量得到控制和減少；根據生產運行情況，及時調整凈化稀酸排放濃度，及時調整污水處理系統生產。通過以上措施，月均回用水產生量下降了2000余噸，同時加強污水處理崗位與制酸凈化、熔煉水淬等崗位的協作配合，實現了回用水零排放。

②石灰乳制備增設化灰機改造。原石灰乳制備由于外購袋裝白灰粉含細小砂量太大，一般都達到20%左右，該砂粒細小，且硬度較大，極易沉積，工藝管道磨損、堵塞非常嚴重，中和槽葉輪葉片磨損嚴重，中和槽半個月被砂石沉積淤滿，嚴重影響污酸污水處理正常運轉。改進措施：原料改為塊狀石灰，增設加料漏斗、帶式輸送機及石灰消化機，通過加水、攪拌、分離。固體雜質進入渣坑由鏟車運出，石灰乳揚送到石灰乳大罐，輸送至污酸污水處理工序。改造后基本在化灰機中除去石灰乳中的砂石，為后續設備管線運轉提供可靠保障，確保污酸污水處理工序正常運行，大大降低了生產過程的勞動強度，改善操作環境。

③中和渣實現直接入倉回爐利用的技術改造。引進芬蘭奧圖泰拉羅克斯立式全自動壓濾機 （型號為LAROX PF12.6／12.6 M1.6 4 40），將中和渣含水率降至35%以下，利用中和渣主要成分硫酸鈣，代替熔煉爐熔劑石灰石的消耗，同時回收中和渣中的銅、硫、鈣等有價元素，年創經濟效益二百余萬元，并且環境效益明顯。

④增設重金屬離子去除裝置。原工藝采用的石灰-鐵鹽法對污酸中的重金屬離子去除能力有限，處理后的回用水重金屬離子超標嚴重，為保證回用水重金屬離子達到國家標準要求，利用部分原有設施，新增硫化反應塔、OPR電位計等部分設備，改造增設硫化處理工序，提高重金屬回收能力。

⑤污水處理工藝高濃度泥漿法改造。污水處理生產時濃密機沉淀效果不良，上清液面保持在0～1m，經常因濃密機上清液渾濁，無法滿足生產要求；因料漿濃度低，LAROX壓濾機運行負荷大，濾餅薄，含水率高。為此，通過對濃密機回流管線改造，每班對料液進行含固量測定，控制在規定范圍。該工藝可使石灰得到充分利用，年可節約石灰用量400t；濃密機沉淀效果明顯提高，底流泥漿含固量由12%提高至40%以上，可提高污水處理能力1倍以上；壓濾機過濾時架橋結構快速形成，濾餅變厚，渣中游離水含量由15%降低至10%以下。

⑥LAROX壓濾機濾布、濾板國產化選型。設備運行過程中，試用定型了與壓濾機配套的國產濾布、國產濾板，降低了運行成本，年可節約成本30余萬元。

3 結語

3.1 產能及主要技術指標

硫酸產量在投產的前幾年一直在10萬噸以內，通過增加轉化觸媒量，更換電爐，加強系統查漏堵漏，提高硫利用率等措施的實施，于2005年硫酸產量突破15萬噸，達到設計值，酸／銅比完成3.42，制酸系統硫利用率達97%以上。

3.2 制酸系統實現雙轉雙吸操作

由于煙氣中SO2濃度低未達到設計值，轉化器熱平衡困難，通過增添觸媒量、更換外熱交轉化電爐、末段使用德國巴斯夫低溫觸媒等措施，制酸系統實現了低SO2濃度煙氣條件下的雙轉雙吸操作。

3.3 污水處理回用水實現零排放

通過循環分級使用、分類分流排放及節水減排措施，污水處理后的回用水全部回用于生產，實現了回用水零排放。

3.4 中和渣返爐實現資源回收利用

通過引進立式全自動壓濾機，產出的中和渣由于含水率低，可代替熔煉爐熔劑石灰石，全部返回熔煉生產系統，同時回收中和渣中的銅、硫、鈣等有價元素，取得了明顯的經濟和環保效益。