铜冶炼烟气制酸系统优化浅析

铜冶炼烟气制酸系统优化浅析张学兵（楚雄滇中有色金属有限责任公司）摘要本文结合目前铜冶炼企业发展现状，说明冶炼烟气制酸系统实现清洁生产的重要性，接着立足与本公司硫酸生产状况，阐明生产过程中容易出现的问题，为方便制酸系统维护及合理选材，对硫酸系统一些常用材质进行介绍，根据一些设备在本公司的使用情况，对设备的性能，设备的选用注意事项加以论述，望能够更好地引导生产。

关键词：尾气制酸清洁生产材质设备选用前言随着人们不断地对自然资源开发利用，推进着人类社会日见发展的同时，环境污染、资源短缺，能源危机等问题已经显现在人们的面前，对铜冶炼企业来说，此类问题表现尤为突出，企业如何在如此严峻的形式下继续发展壮大？逐步实现清洁生产是我们取得最终胜利的唯一途径，尾气制酸作为冶炼行业的后续处理工序，如果工艺配置合理，所选设备能够发挥最优作用，加之先进的生产管理制度，可为企业实现清洁生产，取得经济、环保双重效益扮演重要角色。

楚雄滇中有色金属有限责任公司自2010年5月艾萨炉投产以来，在公司全体员工的共同努力下取得了较好的效益，现公司主要产品为粗铜和硫酸，硫酸生产车间虽作为公司第二大产品产出点，同样担负着创造效益的艰巨任务，现实已经证明，过去的一年我们是成功的，在实际生产中我们积累了一些生产经验，掌握了生产主体设备性能，也看到了硫酸生产中容易出现的问题，为保证顺利生产，结合公司再建一套硫酸系统的计划，个人认为；由于铜冶炼烟气具有气量波动大，成分复杂且有毒有害杂质多的特点，在生产过程中难免出现问题，不管是在检修、技改，还是系统建设都经过设备、材料选择这一至关重要的环节，以便能够根据自身情况选择到适用性最强的设备和材料，就要对各种不同的设备、材料和市场动向有所了解，才能更好的指导工作。

1 生产状况介绍1.1 工艺介绍艾萨炉和转炉烟气分别进入电收尘器内，烟气中大部分的粉尘被除去之后，由高排风机将烟气送往混气管内混合，接着2SO风机再将烟气抽往净化岗位，在净化岗位烟气首先经过动力波稀酸逆喷洗涤，绝热蒸发，烟气温度被降至约060C 后进入填料塔进一步冷却，在填料塔中大部分水蒸汽被冷凝下来，放出的热量经换热器换热后由冷却水带入凉水塔释放，此时烟气温度被降至约033C，并且除去了大部分剩余粉尘，烟气中所带的酸雾、A s、F、Se等杂质经一两并两串电除雾器进一步去除后，烟气被抽至干燥塔用93%硫酸进行干燥，将烟气中水分降至约0.1%后由2SO风机将烟气送往转化岗位，采用,31ⅣⅠⅢⅡ两转两→-→+吸工艺，2SO烟气经换热后在转化器一层入口温度达到约0430C，进入转化器一、二、三段转化后被送至一吸塔用98%硫酸吸收，3SO被吸收后，烟气再经过换热后温度约达0415C进入转化器四段进行转化，转化后烟气进入二吸塔用同样浓度的硫酸吸收，尾气达到国家排放标准后经烟囱排空。

工艺简图如图1所示：图1 工艺流程简图1.2 存在问题分析硫酸系统设计生产能力为180/kt a，但从去年的生产实际看，年生产量已达200kt以上，系统在超负荷运行的情况下保持了良好的生产状况，但也表现出一些不好的迹象，主要为以下几点：SO风机抽气量已接近)a在转炉造铜后期气浓高气量大，相对含氧量较低，2额定值还是不能开大配气孔增加烟气氧含量，否则炉子将冒烟，直接结果就导致转化率偏低，此时转化率一般为98%左右，再者吸收塔内气速增大，烟气带酸雾量增加，吸收塔上部捕沫器难以完全捕集，于是尾气冒白烟。

)b转化岗位不能实现自热平衡，需开电炉补热，这样就加大了生产成本。

转化岗位所用触媒使用时间已久，触媒活性有所下降，现需将转化器一层入口烟气温度升至0才能获得比较满意的转化率，为此开电炉变得更频繁，435438C尤其在转炉造渣期，需开多组电炉。

100m酸冷器，现一吸酸冷器)c一吸塔热负荷过高，虽然一吸已经新增一个2总换热面积为2362m，但在转炉造铜期一吸出塔酸温在全关副线阀的情况下还时有超过0105C的现象。

)d电除雾器已满负荷运行，气量大时除雾效率达不到设计要求，一级电雾出现故障跳闸现象，需为电雾新增一通道。

)e艾萨炉烟气电收尘器灰尘烧结频繁，放尘困难。

分析其原因，主要是由于来自艾萨炉的烟气含水量较高，调浆系统故障较多，灰尘不能及时排出，加之灰斗盘式阀关不严，漏入冷空气，电场内温度无法保证在水分露点温度之上，为此出现烧结现象。

)f干吸岗位一吸、二吸循环槽受腐蚀漏酸不止，一吸上酸管有破裂现象，干燥循环泵跳闸频繁。

在之前的循环槽漏酸事件中，漏酸量比较少，且酸泥和硫酸结晶体可补漏，过一段时间后就不再漏了。

可此次循环槽漏酸量较大，极有可能影响到生产。

)g系统自动化程度低，所用操作均为手动，工作环境有待改善。

以上为本公司硫酸生产面临的主要问题，用于尾气制酸的冶炼烟气成分复杂，硫酸具有腐蚀性、氧化性、吸水放热性的特点，因此在硫酸生产过程中容易造成的堵塞、设备受腐蚀磨损问题在我公司也经常出现，例如：高排风机及其管道积灰，动力波排污泵管道受酸泥堵塞，稀酸板式换热器板片上附着酸泥和水垢及填料塔、干吸塔内填料受酸泥污染，转化换热器冷凝酸难以排出，干吸塔上部捕沫器堵塞，这些问题都需要定期处理。

此外还有各种阀门容易报废，烟气管道、转化器和换热器壳体受腐蚀漏气等。

综上所述，硫酸的顺利生产少不了不断地发现问题和解决问题，当然，在新建硫酸系统时，对工艺、设备、材料的选择及施工质量控制至关重要。

2 尾气制酸系统实现清洁生产的理念实现清洁生产的主要途径为：调整和优化经济结构和产业产品结构；重视产品设计和原料选择；改革工艺，开发新技术；节约能源和原材料；开展资源综合利用；提高企业技术创新能力；强化科学管理，改进操作；开发、生产对环境无害、低害的清洁产品等。

清洁生产本身是一个相对的、动态的概念，其最大的特点是持续不断地改进，实现过程因地而异。

对我公司炼铜尾气制酸系统来说，其属于铜冶炼的辅助工序，实施侧重点在于工艺、设备的“清洁性”和生产过程的控制和管理，在系统新建过程中，还要考虑到两个“全过程”控制，即产品生命周期和产品生产过程，所有这些都要以材料、设备为基础。

楚雄地区经济发展状况和工业技术水平还比较落后，距实现“无废工艺”、建成生态工业园区还需要一些时间，但目前我们必须要拥有实现清洁生产的理念，尽最大努力做好清洁生产工作，节能降耗，降本增益，不断提高企业的生存能力。

在今后的工作中，不管是原料的采购还是设备、材料的选择，我们都能够做到“我所选为我最需”，确保花出的钱都用到实处，那么我们也能从另一个角度解释了清洁生产的意义。

3 制酸系统材料介绍3.1 非金属材料非金属材料具有较强的耐腐蚀特性，因此被广泛应用于化工行业。

陶瓷、胶泥、石棉、水玻璃由于其耐酸耐腐蚀特性被广泛应用于硫酸生产中，陶瓷制填料以其优越的性能被长期用做干吸岗位吸收单元载体，耐酸胶泥、石棉、水玻璃主要用于堵漏。

有机高分子材料种类众多，其中一类可衍生出多种不同特性的材料，新型复合材料也不断被开发出来，现仅对硫酸生产经常用到的有机材料进行介绍，具体内容见表1：表1 有机材料比较名称工作温度 ()o C 材质特性 用途 聚氯乙烯(PVC) 070→ 耐腐蚀，质轻，绝缘，韧性，价格低，对流体阻力小，耐气候。

阀门，管道，管道衬里，电除雾器，PVC 垫等。

聚乙烯 (PE) 6080→ GXPE 为 65100-→ 耐腐蚀，质轻，化学稳定性好，但耐老化性差，GXPE 可改善这一缺点。

阀门，管道，贮罐、管道衬里，泵叶轮等。

聚丙烯 (PP) 2095→ GXPP 为 14100-→ 抗腐蚀性，防锈性，轻便性，耐老化，表面光洁度极好。

阀门，管道，阀门、管道衬里，填料等。

环氧丙烷 (PO) 20105-→ GXPO 为 58110-→ GXPO 有防腐蚀、防静电、无毒害、高强度的特点。

设备和管道件内衬等。

聚四氟乙烯(F4) 200250-→ 具有优异的化学稳定性，有很高的耐热性、耐寒性，摩擦系数很低，是极好的自润滑材料，但加工困难。

管件、阀门、分酸孔、喷嘴内衬，密封件、垫片、密封垫圈，泵叶轮等。

聚全氟乙丙烯 (F46)85200-→ 材料特性稍差于F4，但有加工较容易的优点。

应用范围类似于F4。

玻璃钢 (FRP)4080-→轻质高强、耐腐蚀性能好、电性能好、热性能良好、可设计性、工艺性优良等优点，但也有质脆，长期耐热性差，易老化的缺点。

管道，贮罐，塔器等， CFRP 用于电除雾器等。

3.2 金属材料金属材料有着很强的机械强度，一些金属还具有耐腐蚀、耐高温特性，因此也被用于硫酸生产设备、管件、塔器的制造，随着材料科学的不断发展，一些高性能耐酸不锈钢也不断被开发出来，为硫酸生产奠定了基础。

3..2.1 铅和铝的耐酸特性铅与硫酸反应生成不溶物硫酸铅，覆盖于铅表面，形成保护膜，其耐腐蚀能力随着硫酸浓度和温度的上升而下降，实践证明，铅制设备可用于硫酸浓度小于80%、温度080C 以下的硫酸生产环节使用。

铅的纯度愈高，在稀硫酸中的耐腐蚀性能也愈好，但高纯度铅质软，强度低，为此高纯铅不能单独用于设备制作，可作为内衬材料使用，在加入一定比例的锑（4%10%→）后形成硬铅，其机械性能大为改善，铅铜合金是在铅中加入一定比例的锑（0.02%0.04%→）和铜（0.06%0.08%→）所形成的材料，其具备更好的耐腐蚀性能和机械强度。

由于铅制材料的这些特性，铅制设备被广泛应用于硫酸生产净化工序，一些厂家一直延用至今。

在有氧条件下，单质铝表面生成的氧化膜23Al O α-，俗称刚玉，此种晶形氧化物质地坚硬、结构紧密、耐酸腐蚀，耐高温，为满足转化工序生产特点，在转化器内壁和内部构件（如气体分布管，喷头等）、换热器列管、负荷较重管道（转化一层、二层出口）表面采用渗铝技术处理，可有效增强设备使用性能。

3.2.2 碳钢和铸铁的应用普通碳钢可在0400C <温度条件下长期使用，其机械强度较高，兼有价格低廉的优点，在过去转化器的制作以碳钢材质为主，但转化工序温度通常在0400630C →之间，这就超出了碳钢的使用温度，在这种工况下，碳钢将缓慢蠕变，导致壳体、篦子板和各段隔板变形或破坏，发生泄漏事故，恶化生产状况。

目前制作转化器的主体材料为不锈钢（通常为304），不锈钢有着很好的高温抗拉强度，在温度为0600C 时，其抗拉强度约为碳钢的2倍，这就解决了碳钢高温蠕变的问题，为安全生产提供了保障。

碳钢在硫酸系统中使用仍然很频繁，主要用于烟气输送管道，生产系统框架搭建。

众所周知，铸铁件被长期用于硫酸生产干吸工序，灰铸铁在使用过程中容易出现“砂眼”和开裂现象，为此现在已很少使用，使用多为球墨铸铁、可锻铸铁和延性铸铁，此类铸铁的组织由连续的片状石墨组织变为不连续的球状组织，可有效预防开裂现象。