某冶煉煙氣制酸項目凈化工段儀表及控制設計

黃 鶴，何國磊

（1.礦冶科技集團有限公司 北京 100160；2.中國恩菲工程技術有限公司 北京 100038）

1 引言

冶煉煙氣成分復雜，往往含有塵、砷（As）、氟（F）以及水分等。這些成分對于煙氣制酸后續干吸及轉化工段存在不利影響。因此，煙氣制酸相對于硫磺制酸首先要進行煙氣的凈化，去除雜質［1］。項目采用目前凈化工段常用工藝流程“三塔兩電”。

2 煙氣制酸中雜質成分的影響

2.1 塵

凈化工段的首要任務是除塵。煙氣中的塵進入凈化會導致設備阻塞；進入轉化工段會覆蓋在催化劑表面導致催化劑活性下降；進入干吸工段會導致成品酸雜質含量高，直接影響產品質量。塵凈化指標應達到0.005g/m3。

2.2 砷

煙氣中的砷通常以三氧化二砷（As2O3）的形式存在。三氧化二砷會導致轉化工段催化劑中毒，降低催化劑活性。成品酸中三氧化二砷含量較高時，應用范圍將受限制。凈化工段應使砷含量降低至0.001g/m3。

2.3 氟

煙氣中的氟通常以氟化氫（HF）的形式存在。氟化氫會與二氧化硅（SiO2）發生化學反應，制酸工段設備材質中往往含有二氧化硅成分，因此氟化氫會造成設備的腐蝕，影響設備壽命。國內以往項目采用加入除氟劑硅酸鈉與煙氣中的氟反應生成Na2SiF6絡合物，生成的絡合物在稀酸中溶解較少通過外排污酸的形式形成開路移走［2-3］。凈化工段應使氟含量降低至0.001g/m3。

2.4 水分

煙氣中水分含量過高會對轉化及干吸工段管道的腐蝕性增強。同時，進入干吸工段的水蒸氣會與三氧化硫結合生成硫酸蒸汽，在吸收塔形成酸霧，不易被尾吸塔收集，導致排放至大氣中造成環境污染。凈化工段二級電除霧出口水蒸氣含量應控制在0.005g/m3。

3 凈化工段主要設備

3.1 動力波洗滌器、高位槽及斜管沉降器

動力波洗滌器由于除塵效率高，被廣泛應用于制酸的凈化工段，主要由逆噴管、噴嘴和氣液分離器組成。高溫煙氣（約300℃）自頂部進入逆噴管，稀硫酸經循環泵由噴嘴自下而上逆向噴射。同時為了防止高溫煙氣對于逆噴管的損壞，會有部分循環酸經稀酸高位槽沿溢流堰留下，在逆噴管形成保護膜，避免因逆噴管入口煙氣溫度過高對設備造成損壞。在此過程中煙氣中大部分煙塵進入到循環酸中送入斜管沉降器后經泵送至污水處理車間，同時煙氣溫度也降至60℃左右。

3.2 填料洗滌塔及板式換熱器

本項目采用兩級填料洗滌塔。填料塔的作用是進一步降塵減溫。動力波出口的煙氣進入一級填料塔與塔內噴淋酸逆流接觸，煙氣中的塵進入到噴淋酸中，煙氣溫度也隨之降低。噴淋酸經板式換熱器將溫度降低，循環利用。經過二級填料塔后，煙氣溫度已經降至50℃以下。

3.3 電除霧器

為防止酸霧進入后續工段造成設備及管道的腐蝕，在凈化工段還要除去酸霧。本項目采用的是兩級電除霧器去除酸霧。在電除霧器的電暈極接通高壓直流電源，接通后檢查電暈極當中所釋放的靜電場能否使氣體發生電離現象，以便保證硫酸霧氣可在電離子的作用下分解為負離子與正離子。由于電暈極為陰極，在接通電源后變成負高壓極，發生電子雪崩后，小顆粒如塵及酸霧等就會被異性電荷所吸引，并在電場作用力下逐漸移動到沉淀極，當沉淀極當中的塵粉及霧粒厚度達到一定程度時，就會在重力作用下流向電除霧器的底部。

3.4 安全閥與安全水封

凈化工段在二級電除霧器出口設置安全閥，安全閥與大氣連通，當二級電除霧器出口負壓低于設定值時，會造成凈化工段這邊因負壓過低而損壞，此時需連鎖打開安全閥補入空氣。維持負壓穩定，防止設備損壞。

安全水封同樣是防止因凈化工段負壓過低而對設備造成損壞。安全水封一端與大氣相通，另一端與干燥塔進口煙氣管道相通。當系統負壓過低是會造成水封內水被吸入管道內，當水被吸干后，空氣即可進入煙氣管道，避免負壓過低而損壞設備。

4 凈化工段測控要求

（1） 動力波洗滌器高位槽液位采用恒液位控制，目的是保證在循環泵故障的情況下高位槽仍能保證持續供酸降溫。當動力波洗滌器出口煙氣溫度超過設定值時，緊急開啟高位槽出口應急降溫閥。同時為保證循環泵維持正常逆噴酸，在逆噴管道設置壓力檢測儀表，壓力超過或低于設定值時報警。

（2）填料塔板式換熱器循環酸、循環水出入溫度檢測。循環酸與循環水在板式換熱器內進行熱交換?？刂蒲h酸溫度直接影響填料塔出口煙氣溫度，直接影響后續工段。因此，本項目循環水入口溫度為32℃，出口溫度要求高于40℃報警。循環酸入口溫度為55℃，出口溫度高于50℃報警。換熱器出口循環酸或循環水溫度過高一方面可能是由于焙燒工段的出口煙氣溫度升高，另一方面也可能是因為板式換熱器堵塞導致熱交換不充分引起。

（3）板式換熱器循環水出口應設置pH檢測，目的是為了檢測板式換熱器是否漏酸損壞。

（4）電除霧器出口溫度是重要控制參數。過高的溫度會導致過量的飽和水進入干吸工段干燥塔降低酸濃度，會造成干吸工段串酸波動，難以維持穩定并且酸度增加對設備造成腐蝕。此外電除霧器出口壓力對于整個凈化工段也至關重要，當凈化工段設備阻塞、后續工段二氧化硫風機故障、電除霧安全水封水位抽干、電除霧器出口安全閥故障都會導致壓力異常。當電除霧器出口壓力低于設定值時連鎖控制安全閥，避免設備損壞。

（5）凈化工段塵泥是在動力波洗滌器后的斜管沉降器經泵統一送至污水處理車間，因此后續兩級填料塔產生的含塵循環酸逐級向前串酸，才可將其送至斜管沉降器。在此過程中各塔液位會逐漸降低，因此需要補充水。各塔設置液位檢測，并通過恒液位控制串酸調節開度，保證各塔內液位穩定。項目為保證最大程度去循環酸中塵采用泵后串酸。

（6）凈化工段安全水封對于保護凈化工段設備至關重要，安全水封設置液位監測，低液位控制室當報警。水封液位降低表明管道中負壓降低，應及時排查原因。

（7）凈化工段設備出口壓力檢測。壓力檢測的目的是為了監測設備是否正常運行，壓力降是否在正常范圍內。如果出現壓力異常應及時檢查。

5 凈化工段主要儀表選擇

5.1 塔液位檢測

在以往的項目中，塔類設備的液位檢測會采用設置旁通管采用雷達液位計檢測。但是就以往項目經驗，塔類設備內往往會形成酸霧，對于雷達液位計產生干擾。因此，本項目采用雙法蘭差壓液位計對于動力波洗滌器及填料塔的液位進行檢測。

在儀表選型的時候應注意，塔內介質為酸性，因此液位計的膜片應選擇耐腐蝕的材質。本項目設計采用哈氏C合金膜片，防止腐蝕。

圖1 雙法蘭差壓液位計用于塔液位檢測

5.2 溫度檢測

根據測量溫度范圍選擇Pt 100熱電阻。綜合考慮響應時間及耐腐蝕性，最終選擇不銹鋼外涂PTFE涂層的法蘭連接熱電阻。

5.3 壓力檢測

凈化工段的介質性質比較復雜，既有腐蝕性酸性介質，又有含塵的腐蝕性煙氣。針對腐蝕性稀硫酸采用法蘭連接的壓力變送器，膜片材質選擇哈氏C合金［4］。對于腐蝕性煙氣的壓力檢測選擇差壓變送器，煙氣為微負壓，為保證測量精度選擇差壓變送器，一端接大氣，另一端采用Φ15引壓管自煙氣管道引壓，膜片同樣選擇耐腐蝕的哈氏C合金。二次儀表安裝在便于觀測、維護的平臺。

圖2 煙氣管道熱電阻和取壓檢測點

5.4 漏酸檢測

常用的漏酸檢測方法有測量循環水出口管道的電導率值或是pH值。當制酸循環冷卻水電導率很低時，發生漏酸情況，會導致冷卻水電導率增大，通過電導率分析儀實現報警。同樣，漏酸會導致冷卻水pH發生變化，通過pH分析儀實現報警。兩種分析儀表各有優缺點，pH分析儀漂移大，測量范圍?。欢妼史治鰞x受水質影響較大。因此當使用的冷卻水中鹽類較多時可選擇 pH 電化學分析儀作為漏酸報警儀; 當水質比較穩定時可采用電導式檢測儀作為漏酸報警儀［5-6］。無論是電導率分析儀還是pH分析儀均選用在線插拔式安裝支架。這樣可以在不影響生產的情況下完成設備維護。

6 結語

本文結合某煙氣制酸項目，簡要闡述凈化工段的主要檢測及控制項目。并論述了設計過程中儀表選型的注意事項，為今后的設計工作提供參考。