第二章金川冶煉煙氣制酸中低溫位余熱的回收研究VIP

1、第二章金川冶煉煙氣制酸中低溫位余熱的回收研究21冶煉煙氣制酸現(xiàn)狀有色金屬、貴金屬的冶煉過程中，礦石中的硫化物會進(jìn)入冶煉煙氣，其中S02含量為3-,13的煙氣，其制酸己經(jīng)有了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。由于我國有色金屬冶煉生產(chǎn)選用多種冶煉工藝技術(shù)，因此煙氣中S02含量及雜質(zhì)不同，隨之形成了多種形式的煙氣制酸工藝。其差別主要體現(xiàn)在凈化工序上，如常見的水洗流程、熱硫酸洗流程、稀酸洗流程及干法凈化流程。目前，我國冶煉煙氣制酸工藝主要有下列幾種【l】：(1)干法凈化冷凝成酸工藝目前該工藝在有色金屬冶煉煙氣制酸行業(yè)基本不被采用；(2)一轉(zhuǎn)一吸工藝該法在生產(chǎn)中利用有限：(3)稀酸洗凈化兩轉(zhuǎn)兩吸工藝這是目前廣泛采用的制

2、酸方法。從今后發(fā)展來看，兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸將逐漸取代上兩種制酸工藝，該法不但硫利用率高且產(chǎn)品質(zhì)量好，最重要的是尾氣S02含量降低到lOOppm或50ppm以下。(4)非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法制酸該法主要針對一些中小型冶煉廠的低濃度冶煉煙氣處理而設(shè)計(jì)。該技術(shù)具有操作簡單，設(shè)備投資少等優(yōu)勢。近年來該技術(shù)在我國低濃度冶煉煙氣制酸中不斷贏得市場。由于現(xiàn)代大型冶煉廠的冶煉煙氣中S02濃度大幅提高，實(shí)現(xiàn)常規(guī)制酸技術(shù)成為可能。制酸裝置不斷向大型化、工藝多樣化方面發(fā)展。目前大中型企業(yè)的高濃度S02煙氣，大多采用雙接觸“兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝，該工藝產(chǎn)品酸濃度大于98，尾氣達(dá)標(biāo)排放。目前該制酸工藝技術(shù)在國內(nèi)有比較成熟的運(yùn)行模式。煙

3、氣制酸工業(yè)的新發(fā)展主要表現(xiàn)在【2】：煙氣制酸產(chǎn)量的增長、規(guī)模大型化、新工藝、新技術(shù)、與先進(jìn)的設(shè)備、新材料及熱能的回收等方面。211煙氣制酸產(chǎn)量的增長冶煉煙氣制酸具有運(yùn)行成本低，與其它方式制酸相比有明顯價格優(yōu)勢等特點(diǎn)，隨著工藝技術(shù)不斷成熟，其產(chǎn)品酸的品質(zhì)也不斷提高。通常的“兩轉(zhuǎn)兩吸"制酸工藝得到的產(chǎn)品酸，完全達(dá)到了市場要求。近幾十年來，有色金屬冶煉煙氣制酸在全國硫酸行業(yè)中的地位逐漸凸顯出來，特別是“十五"期間，冶煉煙氣制酸取得了很大進(jìn)展，酸產(chǎn)量平均每年遞增約1000 kt， “十五"期間煙氣制酸產(chǎn)量圖2一l；2003年我國冶煉煙氣制酸在各種制酸原料中所占比例約為22

4、，到2012年，估計(jì)其還會大幅提高【1。3】。我國冶煉煙氣制酸的產(chǎn)量大、質(zhì)量有保證、有很強(qiáng)市場的競爭優(yōu)勢。圖2-1“十五”期間煙氣制酸產(chǎn)量圖2005年我國冶煉煙氣制酸總產(chǎn)量【21 9810 kt，其中主要的12家制酸企業(yè)見表21。該12家企業(yè)制酸的總年產(chǎn)量5840kt，占該年總產(chǎn)量的一半以上。表2-1 2005年蕕國煙氣制酸產(chǎn)貢排名前12位的企業(yè)212裝置大型化如今大型冶煉廠均采用了先進(jìn)冶煉技術(shù)，使得冶煉煙氣制酸采用常規(guī)的冶煉煙氣制酸工藝大規(guī)模低成本運(yùn)行成為可能【1捌。制酸裝置不斷向大型化發(fā)展，在銅、鎳冶煉煙氣制酸行業(yè)尤為突出。金川公司2005年投產(chǎn)53萬噸硫酸裝置，其單系列產(chǎn)酸年產(chǎn)量超過60

5、0 kt。我國最早采用閃速熔煉技術(shù)的企業(yè)，如江西銅業(yè)集團(tuán)公司，其冶煉煙氣制酸年產(chǎn)量超過1000kta規(guī)模，單系列酸年產(chǎn)量達(dá)到600 kt。大冶有色金屬公司新建煙氣制酸的四系列，其年產(chǎn)量達(dá)到400 kt。213新設(shè)備、新材料設(shè)備的現(xiàn)代化和新材料是近些年來冶煉煙氣制酸裝置發(fā)展的特征之一，這也是滿足冶金企業(yè)的環(huán)境污染治理要求的關(guān)鍵有效方法?，F(xiàn)代冶煉煙氣制酸工藝設(shè)備的新改進(jìn)開發(fā)包拼M】：全結(jié)構(gòu)玻璃鋼洗滌器、導(dǎo)電玻璃鋼電除霧器、氣液并流的石墨拱頂空塔、塔槽聯(lián)體結(jié)構(gòu)的干吸塔、大開孔率全瓷球拱或瓷條梁干吸塔、管式及槽管式分酸器、帶滑動底座的不銹鋼轉(zhuǎn)化器、高效換熱器等設(shè)備。最近幾年，為了裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行和環(huán)

6、境排放達(dá)標(biāo)，我國一些制酸企業(yè)還采用了國外先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)備【2】，如孟莫克的動力波洗滌設(shè)備的部件，托普索的WSA濕法制酸工藝的主要設(shè)備，加拿大凱密迪、德國奧托昆普的全不銹鋼內(nèi)置換熱轉(zhuǎn)化器，美國孟莫克的槽管式分酸器及纖維除霧器，美國路易斯的濃硫酸泵，德國KK&K、美國通用的s02風(fēng)機(jī)，孟莫克和托普索的催化劑等。214煙氣制酸新工藝、新技術(shù)近些年，冶煉煙氣制酸中的技術(shù)革新主要體現(xiàn)在【21：高濃度s02煙氣轉(zhuǎn)化、低濃度S02煙氣處理、煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)及余熱的利用等。1)高濃度轉(zhuǎn)化由于采用更先進(jìn)的冶煉技術(shù)和設(shè)備，冶煉企業(yè)獲得S02濃度更高更有回收價值的冶煉煙氣。目前國內(nèi)有很多冶煉廠的煙氣S02濃

7、度都超過了20，使采用常規(guī)制酸技術(shù)進(jìn)行煙氣回收很有必要。國外已經(jīng)積累了對于高濃度冶煉煙氣的處理初工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，其新的技術(shù)點(diǎn)主要有【2】：耐高溫或低起燃溫度催化劑、多段轉(zhuǎn)化工藝、空氣冷激式、預(yù)轉(zhuǎn)化工藝、工業(yè)氧稀釋、返回部分轉(zhuǎn)化氣等工藝方法。由于使用傳統(tǒng)制酸技術(shù)處理高濃度S02冶煉煙氣，其工藝流程同樣伴隨大量廢熱產(chǎn)生，因此在轉(zhuǎn)化工段、吸收段可采用先進(jìn)中低溫位用余熱回收技術(shù)利用廢熱，降低運(yùn)行成本提高經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)的山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司引進(jìn)的奧托昆普的LURECTM制酸系統(tǒng)，該系統(tǒng)是專門用于高濃度S02冶煉煙氣的處理的煙氣制酸工藝成功典范。該工藝的機(jī)理很簡單在于通過調(diào)節(jié)S03循環(huán)倍率可有效控制的轉(zhuǎn)化

8、器一段的出121煙氣溫度，因此該工藝能夠處理較寬范圍濃度S02冶煉煙氣。實(shí)踐證明該制酸系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)稀釋制酸工藝投資少裝置運(yùn)行成本不高。2)低濃度煙氣處理主要來自采用傳統(tǒng)冶煉方法冶煉鉛、鉬、銅等冶煉系統(tǒng)，對這些煙氣處理方法和副產(chǎn)品種類很多。其制酸生產(chǎn)系統(tǒng)主要有：接觸法、WSA濕法制酸、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化法等。其它硫產(chǎn)品包括硫磺、液體S02、硫酸銨和石膏等。3)冶煉煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)金川集團(tuán)有限公司冶煉爐種類多，冶煉系統(tǒng)常常存在著部分爐窯煙氣因?yàn)镾02含量低而無法進(jìn)入制酸系統(tǒng)的問題，故其先前S02冶煉煙氣污染情況很嚴(yán)重。為滿足我國企業(yè)環(huán)保要求，冶煉廠就必需加強(qiáng)治理冶煉低濃度S02煙氣，把高、低濃度不同的煙

9、氣做到最大限有效利用。針對該廠的實(shí)際狀況，金川公司投入大量資金和技術(shù)著手解決對低濃度S02煙氣污染問題，經(jīng)過一系列的自主研發(fā)和集成創(chuàng)新，在改造原有“三、一干線"等煙氣管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，形成了現(xiàn)在的煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)14，即集中現(xiàn)有制酸裝置的冶煉煙氣，形成了目前包括5個制酸系統(tǒng)在內(nèi)的130萬噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)和15萬噸亞硫酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)的配氣系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)冶煉煙氣實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化配置，使冶煉廠的各個爐窯之間的煙氣有效結(jié)合，解決了金川19臺爐窯的煙氣調(diào)配與低濃度S02煙氣治理的難題，使冶煉和制酸兩個系統(tǒng)在生產(chǎn)、檢修時更靈活機(jī)動。煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)，把冶煉硫酸廠的冶煉爐不同濃度、不同氣量的冶煉煙氣形成網(wǎng)絡(luò)

10、進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配的方式，提供濃度穩(wěn)定的s02煙氣，保證制酸系統(tǒng)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各種冶煉煙氣綜合利用。據(jù)悉，該網(wǎng)絡(luò)配氣技術(shù)在煙氣制酸行業(yè)尚屬世界首創(chuàng)。該技術(shù)通常適用于那些冶煉爐與酸系統(tǒng)復(fù)雜、冶煉煙氣S02濃度多樣的大型冶煉廠，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙贏。22課題的提出及研究內(nèi)容221金川冶煉煙氣制酸系統(tǒng)簡介金川集團(tuán)有限公司(以下簡稱金川公司)地處甘肅河西走廊中部金昌市，而金昌市是我國的鎳鈷工業(yè)基地【5】，其鎳產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量80以上，因此又被譽(yù)為中國鎳都。金川公司化工廠作為公司主流程中一個重要的環(huán)節(jié)，肩負(fù)金川地區(qū)大氣污染防治的主要責(zé)任，同時生產(chǎn)硫酸、亞硫酸鈉等一系列脫硫產(chǎn)品。近年來，隨著金川公司有

11、色金屬冶煉技術(shù)的迅速發(fā)展以及冶煉規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其配套的煙氣制酸也獲得進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品酸產(chǎn)量每年遞增。從2000年開始，公司先后在化工廠投入了十多億元，用于冶煉煙氣處理項(xiàng)目建設(shè)。在2000年,-,2002年兩年間，該公司先后對化工廠的I硫酸系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)進(jìn)行了復(fù)產(chǎn)改造【5捌，使冶煉一期轉(zhuǎn)爐排放的S02煙氣得到了有效治理。為了解決硫酸產(chǎn)品生產(chǎn)與銷售的難題，2001年該公司投資新建成了4個硫酸儲存庫和購置了200臺鐵路槽車，從而實(shí)現(xiàn)了制酸裝置的滿負(fù)荷生產(chǎn)。同時2001年2003年兩年間該公司對其亞硫酸鈉生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)建，形成了年產(chǎn)12kt亞硫酸鈉的規(guī)模，冶煉轉(zhuǎn)爐煙氣得到進(jìn)一步治理。2004年公司

12、投資建成53萬噸冶煉煙氣制酬4IT程，該項(xiàng)目的建成投產(chǎn)把金川公司硫資源的利用率提高到9875以上，使冶煉銅合成爐產(chǎn)生的S02冶煉煙氣從此得到根治。緊接著與富氧頂吹鎳熔煉項(xiàng)目配套70萬噸硫酸工程也在2008年建成，該裝置的S02煙氣年處理量達(dá)到45kt。這些項(xiàng)目的成功投產(chǎn)進(jìn)一步提高了金川公司的硫資源綜合利用率，為金昌市早日解決S02污染問題提供有力保障。目前為止，金川公司硫資源回收共有五大制酸系統(tǒng)和一個亞硫酸納生產(chǎn)系統(tǒng)。五大制酸系統(tǒng)分別是：53萬噸硫酸系統(tǒng)、30萬噸硫酸系統(tǒng)、一硫酸制酸系統(tǒng)、三硫酸制酸系統(tǒng)、70萬噸硫酸系統(tǒng)。222 53萬噸硫酸裝置項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景隨著世界能源形勢不斷緊張，國家對能源

13、回收提出更高要求，回收并利用能源變得尤為重要。在制酸生產(chǎn)工藝過程中，從原料到成品酸的全過程會有多種大量余熱，該怎樣去有效實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，降低生產(chǎn)成本，成了硫酸生產(chǎn)技術(shù)水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。而今逐漸成熟的中低溫余熱回收技術(shù)條件和先進(jìn)的熱回收設(shè)備，使得冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化、吸收工序的大量中低溫余熱回收項(xiàng)目成為可能?？刹捎脽峁軗Q熱設(shè)備通過產(chǎn)生蒸汽或提供熱水等方式回收廢熱，達(dá)到綜合利用了煙氣制酸系統(tǒng)廢熱的目的。對于s02轉(zhuǎn)化時放出的中低溫位余熱，目前幾乎所有的硫磺制酸裝置都設(shè)置III換熱器出口和換熱器熱出口均設(shè)有省煤器，以回收170一-280的熱能。因受認(rèn)識原因及技術(shù)條件因素等的限制，當(dāng)初冶煉煙氣制

14、酸系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)未能好好考慮中低溫余熱的回收利用問題。其制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化煙氣余熱幾乎全部以轉(zhuǎn)化工藝氣空氣冷卻器中熱介質(zhì)的熱量全部拋棄，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。目前由于國家提倡和企業(yè)需求，以技改工程建設(shè)帶動環(huán)保項(xiàng)目建設(shè)很有意義，不但能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且從源頭控制污染物的排放。發(fā)展與環(huán)保并進(jìn)的思路是企業(yè)和社會逐漸形成良性友好發(fā)展的前提。在轉(zhuǎn)化、吸收過程中，直接通過生產(chǎn)蒸汽或熱水來回收熱量，需要解決設(shè)備材質(zhì)耐高溫下的濃硫酸腐蝕，同時保證不降低吸收效率等一系列難題。因此在煙氣制酸系統(tǒng)該部分中、低溫?zé)崮荛_發(fā)尚處于起步階段。本項(xiàng)目針對金川公司冶煉煙氣制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化工序的余熱回收問題進(jìn)行研究，最后選定化工廠53萬噸硫酸裝置作

15、為研究。223 53萬噸硫酸裝置工藝流程金川公司2004年投資建成53萬噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)，該項(xiàng)目是目前國內(nèi)煙氣制酸行業(yè)最大、工藝最先進(jìn)的單系列生產(chǎn)裝置，它也是近幾年來金昌市最大的硫資源綜合利用項(xiàng)目。該系統(tǒng)采用絕熱蒸發(fā)封閉酸洗滌凈化、“3+1兩轉(zhuǎn)兩吸工藝Im II換熱流程481，主要工藝過程如下圖22：圖22 53萬噸硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)該系統(tǒng)主要處理銅熔煉系統(tǒng)煙氣、鎳礦熱電爐和銅貧化爐等S02煙氣進(jìn)行制酸，煙氣條件見表22，設(shè)計(jì)處理煙氣量187000m3h，挖潛處理能力225000m3h，S02濃度810。 表2-2各冶金爐窯煙氣條件表本論文課題是對金川公司53萬噸硫酸系統(tǒng)進(jìn)行的，該制酸系統(tǒng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸

16、工藝。針對其轉(zhuǎn)化工段的中、低溫余熱回收利用的問題，提出技術(shù)改造方案并優(yōu)化工藝條件。該項(xiàng)目旨在考慮施工過程對現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)不造成影響或影響最小，同時確保改造后的工藝穩(wěn)定、不改變S02轉(zhuǎn)化率，即通過高效換熱元件和合理工藝安排來實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)的熱能回收率，特別是利用低位余熱的目的。23小結(jié)金川公司現(xiàn)有的煙氣制酸系統(tǒng)除一硫酸系統(tǒng)仍采用一轉(zhuǎn)一吸工藝外，其它4套煙氣制酸制酸裝置均采用雙轉(zhuǎn)雙吸流程。目前，這些裝置轉(zhuǎn)化后多余熱量的處理現(xiàn)狀，是通過設(shè)置的工藝氣冷卻系統(tǒng)冷卻后拋棄掉。制酸廠響應(yīng)國家的能源政策號召，變被動為主動，盡最大可能利用所有可能的廢熱，做好節(jié)能降耗工作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大利益。參考文獻(xiàn)【11林河成四川有色金屬【J】用有色冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸的進(jìn)展，2006，(3)：712【2】董四祿硫酸工業(yè)J】“十五”有色金屬冶煉、煙氣制酸回顧及“十一五”發(fā)展趨勢，2007，(1)：17【3】施群有色冶金設(shè)計(jì)與研究【J】我