冶煉煙氣制酸系統一吸塔煙氣酸霧含量高的處理實踐

仝瑞璽

（銅陵有色金屬集團股份有限公司金冠銅業分公司，安徽銅陵244000）

銅陵有色金屬集團股份有限公司金冠銅業分公司奧爐廠區（以下簡稱金冠奧爐）陰極銅產能達200 kt/a，冶煉系統采用奧爐熔煉-智能數控吹煉爐吹煉工藝，冶煉煙氣制酸工藝采用“一級動力波洗滌器—填料洗滌塔—二級動力波洗滌器—兩級電除霧器”稀酸洗滌凈化、ⅢⅠ-ⅣⅡ、“3+1”二轉二吸的常壓接觸法制酸工藝，w(H2SO4)100%硫酸產量達760 kt/a，于2018年5月投產。

制酸系統干吸工序一吸塔采用w(H2SO4)98.5%硫酸吸收SO3煙氣后，需用纖維除霧器除去煙氣中夾帶的硫酸霧，使煙氣在進行二次轉化時硫酸霧達到標準，因為高濃度酸霧會腐蝕后面工序的煙氣管道、熱交換器，甚至降低催化劑活性及機械強度[1]。金冠奧爐根據一吸塔出口煙氣管道焊縫滲酸及其他異常現象，判斷出一吸塔出口煙氣酸霧濃度偏高，采取系統的排查方法，逐個分析排除干擾因素，最終查明酸霧濃度偏高的原因，整改后問題得以徹底解決，系統恢復正常。

1 系統異常現象

2019年3 月，一吸塔出口煙氣管道先后出現2次焊縫砂眼滲酸現象，管道材質為碳鋼，主要輸送SO2干煙氣，正常情況下管道不會腐蝕，最初出現焊縫砂眼時金冠奧爐懷疑是因為煙氣中酸霧濃度增加造成管道腐蝕。

通過一吸塔塔頂視鏡觀察，由于酸霧遮擋無法看到花板，于是在Ⅳ換熱器殼程進口處用木棒測試酸霧，結果木棒發黑，Ⅳ換熱器殼程有冷凝酸排出，每5 d排出冷凝酸約25 L。因此表明一吸塔出口煙氣酸霧濃度高是造成出口煙氣管道焊縫砂眼漏酸的主要原因。

2 煙氣酸霧濃度增加的原因

為查明酸霧濃度高的原因，金冠奧爐除檢修外，還進行了2輪系統性停產排查，一次是利用同年4月短期停產月修排查，另一次是利用6月年度停產大修排查。

2.1 第一次排查

金冠奧爐利用月修排查纖維除霧器纖維床、排酸管、花板及分酸槽等，月修投產后測試了纖維除霧器阻力、SO2風機出口煙氣漏點、熱管鍋爐煙氣進出口水分及觀測視鏡等。

2.1.1 纖維除霧器纖維床

纖維除霧器內側原先靠近上部的碳化物消失，其原因是與被碳化物捕獲的酸霧形成酸流沖刷帶走。2018年9月，當時一吸塔花板上的積酸較少，一吸塔除霧器內部有碳化物。一吸塔纖維除霧器采用的是玻璃纖維，玻璃纖維在制造過程中會掛上浸潤劑有機物，該有機物在一吸塔內被濃硫酸碳化。一吸塔除霧器內側的碳化物仍然存在，表明一吸塔內酸霧量不大，因為如果一吸塔內酸霧量大的話，這些碳化物就會被沖刷帶走。

ES型除霧器采用纖維帶大角度纏繞而成，不易產生二次夾帶，但含有酸沫的煙氣在一吸塔煙氣出口下沿有沖刷痕跡，說明纖維除霧器可能存在二次夾帶，分析其原因可能是一吸塔內酸霧產量過大或纖維除霧器排酸不暢。

2.1.2 排酸管

進入一吸塔檢查排酸管和密封杯，未發現排酸管脫落或密封杯腐蝕現象，拆下2支疑似問題纖維除霧器檢查，發現密封杯內的酸泥較少，表明排酸暢通，且無煙氣短路現象。

2.1.3 分酸器

一吸塔分酸器未發現分酸器噴酸或分酸槽漫酸。檢查時發現捕集填料表面較為濕潤，與以往打開干吸塔時捕集填料表面基本干燥不同，由此憑經驗判斷，一吸塔內酸沫夾帶量可能增加，安排檢修人員疏通分酸器全部落酸管。

2.1.4 一吸塔纖維除霧器

在抽樣檢查一吸塔纖維除霧器時，檢查2支ES型疑似問題纖維除霧器，發現纖維床較為飽滿，內層玻纖布腐蝕不明顯，之前觀察到的黑色漏洞實為碳化物。用水沖洗纖維除霧器，冒出大量紅棕色煙霧，判斷是NOx。若冶煉煙氣含有一定量NOx，輕者容易導致除霧器排酸不暢，重者造成亞硝基硫酸（NOHSO4）結晶，如果在一吸塔除霧器纖維床上聚集，除霧器壓降會上升，當吸收塔上塔酸溫度提高到80 ℃時，80%的亞硝基硫酸可隨除霧器捕集酸從纖維床中排出。

2.1.5 花板及纖維除霧器法蘭

清理一吸塔纖維除霧器上端的花板酸泥，發現焊縫未腐蝕，拆開纖維除霧器上端的法蘭墊片，發現墊片有輕微沖刷痕跡，但腐蝕程度不足以導致酸霧量大而引起管道腐蝕。

2.1.6 煙氣量大導致氣速過快

自2019年1月起，奧爐投料量逐步增加，最高時達135 t/h，制酸系統產量已達設計值，金冠奧爐懷疑是否存在冶煉煙氣量過大導致氣速過快、酸霧夾帶嚴重、纖維除霧器除霧能力下降的問題，故將花板上原先預留的5支纖維除霧器安裝孔安裝上新纖維除霧器，加上更換原有的1支纖維除霧器，共安裝6支纖維除霧器。

2.1.7 一吸塔分酸器捕集填料

通常，裝填分酸器捕集填料時，捕集填料頂部距分酸槽底部留有一定距離，目的是降低捕集填料頂部氣速，從而減少塔內霧沫夾帶量。

排查時一吸塔內分酸器捕集填料堆放高度已超過分酸槽下沿，由于分酸槽占據塔截面積，導致捕集填料頂部氣速上升，經測算，發現捕集填料裝填過高造成捕集填料頂部空塔氣速增加近40%。

2.1.8 SO2風機出口水分

日常生產測定，煙氣中ρ(H2O)為 100～120 mg/m3，略高于控制指標100 mg/m3，但一直相對穩定，說明干燥塔干燥效果不是導致此次酸霧含量高的原因。

2.1.9 熱管鍋爐出口水分

采用干燥稱量法測量熱管鍋爐進出口煙氣水分。取樣時，煙氣因冷卻形成冷凝酸，酸霧過濾棉、干燥劑管均出現嚴重碳化現象，煙氣中ρ(H2O)高達40 g/m3，冷凝酸對結果干擾過大，無法測出真實值。考慮到熱管鍋爐運行正常，若煙氣水含量較大，易出現冷凝酸腐蝕鍋爐殼體現象，因而判斷一吸塔進口煙氣水分含量不高，不是形成酸霧的原因。

2.2 第一次排查結果分析及措施

電除霧器經整改，投產2周后，轉化工序Ⅳ換熱器冷凝酸量呈減少趨勢，但又過了2周，冷凝酸量增加，一吸塔出口酸霧高的原因仍未徹底查清。金冠奧爐再次分析原因發現：

1）一吸塔出口酸霧高是導致管道腐蝕的主要原因。形成的冷凝酸導致后續換熱器腐蝕，因此在Ⅳ換熱器殼程定期排出冷凝酸，避免設備腐蝕。

2）煙氣進入纖維除霧器前，所夾帶的酸霧量已增大，形成酸霧主要發生在一吸塔瓷環填料段，金冠奧爐計劃利用年度大修，降低捕集填料高度，縮短與分布槽底部間距，降低捕集填料段氣速；在分酸器T型管增加分布孔，提高分酸效果。

3）確認是否存在漏點導致煙氣短路。利用大修之際將密封杯全部拆下檢查，清理花板酸泥后再次檢查焊縫，將纖維除霧器上端法蘭墊片緊固。

2.3 第二次排查

金冠奧爐利用2019年6月年度大修，采用煙餅試驗、扒填瓷環、T型分酸管改造等多項措施，降低一吸塔出口酸霧含量。

2.3.1 煙餅試驗

燃燒煙餅，在一吸塔內制造煙霧模擬生產工況，檢查51支纖維除霧器是否存在煙氣短路。經檢查，發現有3支纖維除霧器存在短路現象。

將3支纖維除霧器密封杯灌滿酸，重新進行煙餅試驗，3支纖維除霧器均未短路漏煙，可能密封杯存在故障。將短路的纖維除霧器吊裝拆下，檢查密封杯并試漏，密封杯及纖維床狀況良好，無異常。初步判斷是這3支密封杯酸液位過低，無法起到密封作用，導致煙氣短路。

2.3.2 T型分酸管

優化改造一吸塔分酸槽T型分酸管，增開分布孔，減緩分酸管流速，進一步保證分酸槽液位平穩。整改后分酸槽液面更平穩、落酸更均勻，避免因分酸不均引起噴淋覆蓋率減小，從而增加酸霧產生量。

2.3.3 一吸塔瓷環扒填

將一吸塔耐酸瓷環裝填高度降低至分酸槽底部以下，并在分酸槽正下方用小瓷環填滿，降低分酸槽處的煙氣流速，減少煙氣酸霧夾帶量。

2.4 第二次排查結果分析

大修結束投產，通過一吸塔頂視鏡觀察纖維除霧器花板，發現花板清晰，無明顯酸霧，另外轉化Ⅳ換熱器殼程排冷凝酸，幾乎無冷凝酸排出，說明一吸塔出口煙氣酸霧問題得以解決。

1）纖維除霧器密封杯液位低，無法密封管口，煙氣不經纖維床就可直接通過密封杯管口，無法起到除霧作用，將密封杯重新灌滿后漏煙問題得以解決，說明密封杯酸液位低是導致一吸塔出口煙氣酸霧含量高的主要原因。

2）耐酸瓷環裝填高度在分液槽底部以上，煙氣只能在分酸槽之間孔隙通過，氣速過大，酸霧夾帶量也隨之增加，纖維除霧器除霧效率變化不大時，通過纖維床的酸霧量也隨之增加，這是一吸塔出口酸霧高的次要原因。

3）通過一吸塔頂視鏡觀察花板以及觀察Ⅳ換熱器殼程排出冷凝酸2種方法，可直觀判斷出一吸塔出口煙氣酸霧。在生產過程中，應持續、定期落實。

4）停產狀態下，煙餅試驗可直觀地判斷纖維床或密封杯是否短路。此外利用檢修完成還未投產之際，確保密封杯灌酸足量，僅僅封住管口是不夠的，因為一旦通煙氣就會吹開，起不到密封作用，就會發生煙氣短路。

3 結語

一吸塔出口酸霧高對后續設備危害較大、容易造成腐蝕，酸溫度、酸濃度、濃硫酸循環量、煙氣流速、煙氣短路和纖維除霧器除霧效率是較為確定的原因，但有時原因并不單一，而是由多種因素共同導致，需逐一排查，縮小范圍。吸收塔內呈濃酸環境，給檢修排查工作帶來較大困難，嚴重時甚至停產。排查工作首先要有耐心，此外要果斷決策，務必查實每個因素。