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淺析冶煉煙氣制酸的關(guān)鍵問題

文檔作者：朱軍吳春高李世祿文檔來源： 1．西安建筑科技大學(xué) 2．西安有色金屬控股集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月03日
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52
礦 業(yè) 工 程
M ining Engineering
第8卷第3期
2010年6月
淺析冶煉煙氣制酸的關(guān)鍵問題
朱 軍 吳春高 李世祿
(1．西安建筑科技大學(xué)；2．西安有色金屬控股集團有限公司，陜西西安710055)
摘要：介紹了我國有色冶煉煙氣制酸工業(yè)現(xiàn)狀，總結(jié)分析了冶煉煙氣制酸工藝的配氣、脫硫、余熱利
用等關(guān)鍵問題，并提出了解決問題的方法。
關(guān)鍵詞：冶煉煙氣；硫酸；問題
中圖分類號：TF 805．3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671—8550(2010)03—0052—03
1 我國冶煉煙氣制酸現(xiàn)狀
近年來，我國有色金屬產(chǎn)量逐年增加，1O種
主要有色金屬產(chǎn)量連續(xù)6年居世界第一l】]。2008
年我國硫酸產(chǎn)量(以H SO 計)為598 700 kt， 同
比增長13 ，其中硫磺制酸占總產(chǎn)量的46．6 9／6，
同比增長18．1％ ； 冶煉煙氣制酸占總產(chǎn)量的
23．1％，同比增長13．9 ；硫鐵礦制酸占總產(chǎn)量
的29．4 ，同比增長5．3 ；其他原料制酸占總產(chǎn)
量的1．3 9／6。2008年冶煉煙氣制酸產(chǎn)量排名前10
位的企業(yè)硫酸產(chǎn)量占到全國冶煉煙氣制酸總產(chǎn)量的
59．O7 。
根據(jù)我國有色金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，大型
冶煉煙氣制酸企業(yè)主要集中在銅冶煉企業(yè)，特別是
采用閃速爐熔煉工藝的冶煉企業(yè)，國內(nèi)最大的冶煉
煙氣制酸企業(yè)為山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司，其產(chǎn)
量為700 kt／al2]。隨著冶煉工藝的改造及節(jié)能減排
的實施，2008年國內(nèi)大型冶煉企業(yè)的硫酸產(chǎn)量均
有不同程度提高，如銅陵有色硫酸產(chǎn)量同比增長
28．57％，江西銅業(yè)同比增長9．79 ，云南銅業(yè)同
比增長5．93％ ，大冶有色同比增長3．67 ，金川
集團同比增長27 ， 白銀有色同比增長29．67 ，
中條山有色同比增長6．81 ，葫蘆島有色同比增
長15．42 口]。
收稿日期：2009—11—26
作者簡介：朱軍(1962-)，男(漢族)，山東人，西安建筑科技
大學(xué)冶金工程學(xué)院黨委書記，副教授。
2 我國冶煉煙氣制酸存在的主要問題
2．1 煙氣配氣
SO。是有色冶煉廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的主要大氣污染
物，由于其濃度低，單獨治理不僅成本高，而且易
產(chǎn)生其他污染。多年來一直制約企業(yè)的環(huán)保發(fā)展。
針對上述問題，金川集團有限公司化工廠采用
冶煉煙氣網(wǎng)絡(luò)配置技術(shù)，利用閃速爐、合成爐等產(chǎn)
生的高濃度SO 與電爐、貧化爐產(chǎn)生的難治理的低
濃度SO 進行搭配、混合室配氣，采用雙轉(zhuǎn)雙吸工
藝制酸，從而不僅實現(xiàn)了低濃度SOz煙氣有效治
理，而且實現(xiàn)了冶煉煙氣的充分利用和硫酸系統(tǒng)的
均衡生產(chǎn)，達到清潔生產(chǎn)與環(huán)保的目的 ]。
2．2 有色金屬主要冶煉工藝及煙氣特點
我國是有色金屬硫化礦冶煉技術(shù)種類最齊全的
國家，相應(yīng)冶煉煙氣種類繁多、特征各異，煙氣中
SO 濃度分布較廣(0．05 ～25 )。我國主要有
色金屬冶煉工藝及煙氣情況是：云南銅業(yè)和金昌冶
煉廠煉銅主要使用奧斯麥特爐熔煉加轉(zhuǎn)爐吹煉，
SO 濃度6．0 ～l1．0 ，煙氣的特點是氣濃、氣
量同步波動(有時需停爐換噴槍)；株洲冶煉廠和
豫光金鉛等企業(yè)煉鉛主要使用燒結(jié)機加鼓風(fēng)爐，煙
氣的特點是氣量波動小，SO 濃度1．0 ～4．0 ；
韶關(guān)冶煉廠和葫蘆島有色冶煉廠等企業(yè)煉鋅主要使
用燒結(jié)機加鼓風(fēng)爐，煙氣的特點是正常時氣量較穩(wěn)
定，SO 濃度4．5％～6．5 9／5；金川公司等主要企業(yè)
煉鎳主要采用閃速爐加轉(zhuǎn)爐，煙氣的特點是氣濃、
氣量波動大，SO 濃度7．0 ～9．5 ；三門峽黃金
冶煉廠主要使用沸騰爐，煙氣的特點是氣量較穩(wěn)
2010年第3期 朱 軍等 淺析 臺煉煙氣制酸的關(guān)鍵問題 53
定、水分高，SO：濃度5．5 ～7．0 。
由于以生產(chǎn)有色金屬為主體， 以冶煉工藝為中
心，因而很難保證所產(chǎn)煙氣能滿足制酸要求。有色
金屬品種多，冶煉工藝各異，即使同類金屬也有多
種原料和不同的冶煉方法，煙氣條件變化大、極不
規(guī)范。其主要特點有：
— — 煙氣量及St) 濃度波動大。如卡爾多爐煉
鉛及轉(zhuǎn)爐吹煉銅所產(chǎn)生的煙氣量在最大值到零之間
周期性變化，同時SO 濃度呈周期性變化。同一設(shè)
備在不同時期處理不同成分的原料也影響煙氣的穩(wěn)
定；
— — 煙氣中的制酸有害成分和數(shù)量變化大。其
中As、Hg、F等是制酸產(chǎn)生的主要有害元素。As
在煙氣中以氧化物形態(tài)存在，As。O。是危害觸媒最
嚴(yán)重的毒物，同時可影響成品酸的質(zhì)量；煙氣中的
氟不僅嚴(yán)重腐蝕硅質(zhì)設(shè)備及填料塔，而且是腐蝕塔
內(nèi)瓷磚、瓷環(huán)填料和破壞觸媒載體的嚴(yán)重毒物。因
此，不同的煙氣量要求不同的設(shè)備規(guī)格，不同的煙
氣濃度要有不同的工藝參數(shù)，不同的雜質(zhì)需要不同
的凈化流程，使冶煉煙氣制酸工程的設(shè)計、生產(chǎn)操
作變得十分復(fù)雜，技術(shù)難度大于硫磺或硫鐵礦制
酸。
株洲冶煉廠2004年引進了丹麥奧昆托普公司
的濕氣體制酸(WAS)工藝[5]。其特點是系統(tǒng)內(nèi)
的反應(yīng)熱、水合熱及硫酸的部分冷凝熱全部被利
用，當(dāng)SO 濃度達2．8 時，系統(tǒng)即能自熱平衡，
轉(zhuǎn)化率可達99．3 9／6～99．5 。該工藝不必進行煙
氣干燥，對水分沒有要求，不產(chǎn)生廢水和廢渣，不
使用吸收劑或化學(xué)試劑。投產(chǎn)運行后系統(tǒng)為低濃度
煙氣制酸徹底治理SO 污染提供了有效途徑。
2．3 尾氣脫硫
近年來，環(huán)境保護倍受關(guān)注。SO 煙氣一方面
污染環(huán)境；另一方面又是寶貴的硫資源。尾氣脫硫
主要作用是回收冶煉煙氣制酸后殘留在煙氣中的少
量SO ，使其排放濃度從300 ppm降至60 ppm以
下，確保制酸尾氣低濃度排放達到環(huán)保要求。
江西銅業(yè)貴溪冶煉廠3O萬t銅冶煉工程硫酸
項目率先采用了尾氣脫硫系統(tǒng)。該脫硫系統(tǒng)主要由
SO：吸附脫除、活性焦再生、物料輸送、煙氣、公
用、電氣、DCS控制和監(jiān)測等組成。有效地保證
了脫硫系統(tǒng)的運行率和脫硫率，實現(xiàn)了減少SO。排
放量的目標(biāo)。
2．4 余熱回用
我國硫酸企業(yè)平均每噸硫酸回收蒸汽0．925 t，
廢熱利用率僅為60 ～70 。冶煉煙氣制酸企業(yè)則
更低，每生產(chǎn)1 t硫酸， 需從干吸系統(tǒng)釋放出
1 758 MJ的熱量，這是一項可供回收利用的直接能
源。我國大型冶煉企業(yè)主要回收高溫位廢熱，而部
分小型冶煉企業(yè)為節(jié)省投資甚至連高溫位廢熱也不
回收。相對硫磺及硫鐵礦制酸企業(yè)而言，冶煉煙氣
制酸企業(yè)回收中溫位廢熱的較少，只有少數(shù)企業(yè)如
貴溪冶煉廠、金隆銅業(yè)有限公司等開始回收利用該
部分廢熱。干吸工序產(chǎn)生的大量低溫位廢熱則基本
上未得到利用。
為了解決這一問題，貴溪冶煉廠對兩套硫酸系
統(tǒng)的轉(zhuǎn)化部分進行改造[6]，加設(shè)了熱管鍋爐回收轉(zhuǎn)
化系統(tǒng)多余熱量，現(xiàn)可產(chǎn)低壓蒸汽約20 t／h，取得
了明顯的經(jīng)濟效益。
2．5 關(guān)鍵設(shè)備的材料
煙氣凈化工序：我國空塔形式主要有：1)并
流式空塔是在消化吸收貴溪冶煉一期工程引進技術(shù)
的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 由于氣體及噴淋液從塔頂部
進入，因此對空塔頂部材質(zhì)要求較高，頂部材質(zhì)主
要采用抗火石或石墨磚。液體噴嘴采用特殊結(jié)構(gòu)形
式，使液體分布呈拋物面，塔體可采用全材質(zhì)，但
四周需有溢流液均勻分布以保護塔體；2)并流式
空塔主要應(yīng)用在貴溪冶煉一期、株洲冶煉鋅2系
統(tǒng)、大冶有色2系統(tǒng)、金川集團3系統(tǒng)等。
我國冶煉煙氣制酸裝置的填料塔大都采用鋼襯
瓷磚結(jié)構(gòu)， 自從貴溪冶煉一期投產(chǎn)后，填料塔基本
改用全FRP材質(zhì)。我國最大填料塔是白銀有色金
屬公司在建的 9．0 m填料塔。各廠填料塔結(jié)構(gòu)差
異主要體現(xiàn)在分酸裝置上，其裝置主要有槽式分酸
器和離心噴嘴兩種形式， 目前離心噴嘴形式已較少
使用。老式的槽式分酸器類似于干吸塔的掛槽式分
酸器，分酸點密度僅為12～ 14個／m ，分酸效果
差導(dǎo)致填料層較高。新設(shè)計的填料塔大都采用新型
多層槽管式分酸器，其分酸點密度達到36個／m。，
填料高度有所降低。
干吸工序：干吸塔是硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵大型非
54 礦 業(yè) 工 程 第8卷第3期
標(biāo)設(shè)備。傳統(tǒng)干吸塔采用塔槽分體式設(shè)計、鋼殼內(nèi)
襯瓷磚防腐結(jié)構(gòu)，不僅占地面積大，而且土建及防
腐工程量大，投資隨之增加。另外，輸酸管線長、
能耗高、密封點多、易泄漏，特別是子母槽連接
處，由于縫隙和應(yīng)力腐蝕等原因最易泄漏，給長周
期穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了極大的不便。
針對傳統(tǒng)干吸塔存在的問題，金川公司為縮短
酸循環(huán)系統(tǒng)的流程、減少能耗、使設(shè)備緊湊、降低
投資，采用國產(chǎn)超低碳高硅奧氏體不銹鋼DS一1l7
取代干吸塔傳統(tǒng)使用的內(nèi)襯材料和部件，獨立研發(fā)
了塔、槽、捕沫器集一體的三合一干吸塔及塔件，
取得良好的效果。
3 結(jié)語
冶煉煙氣制酸應(yīng)結(jié)合各廠的實際情況進行綜合
開發(fā)。盡可能選用工藝先進、污染小、硫資源利用
率高、經(jīng)濟效益高的技術(shù)。其中大型冶煉企業(yè)尤其
要加強對冶煉煙氣若干關(guān)鍵問題的研發(fā)工作。
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工業(yè)協(xié)會編，2004：213～217．
Key issues related to acid making using flue gas from smelting furnace
ZHU Jun 。W U Chun—gao ，L1 Shi—lu
(1．Xi’an Architectural Science&amp;amp; Technology University；
2．Xi’an Non— ferrous M etal Stock Holding Company Ltd， Xi’an 710055，China)
Abstract：The status of acid making using flue gas from smelting furnace in China is introduced． Key issues such as flue
gas dosing， desulphurization， waste heat utilization and the recommended solutions of such issues are discussed．
Key words： flue gas from smelting furnace； sulfuric acid； issues
I，。 ? 一 。 ? 一 一 一 ? ?-。 ? 一 ? 一 一 一 一 一 一 ? ● ? ? ?！?。 ?！?‘‘ 。、j●
i 中冶北方工程技術(shù)有限公司 i
： 完成本鋼賈家堡子鐵礦地下開采可研 ；
j} }
近日，中冶北方工程技術(shù)有限公司完成了本鋼賈家堡子鐵礦地下開采可行性研究設(shè)計。 f
j 賈家堡子鐵礦位于遼溪鐵路北臺車站的西南3．5 km，礦區(qū)距本溪16 km。1989年末，本鋼對該j
!礦做了礦山規(guī)劃，將其作為本鋼“七五”規(guī)劃的后備礦山。 ?
； 根據(jù)礦體的實際情況，賈家堡子鐵礦礦體分為兩個部位進行開采：露天采場開采(0 rn標(biāo)高以；
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上)和深部礦體開采(0 rn標(biāo)高以下)。本鋼集團特委托中冶北方工程技術(shù)有限公司做深部礦體開采{
的可行性研究設(shè)計工作。 ；
由于賈家堡子鐵礦為露天轉(zhuǎn)地下開采，中冶北方工程技術(shù)有限公司在設(shè)計過程中為了最大限度的!
利用礦產(chǎn)資源，保證露天礦過渡期的安全生產(chǎn)和產(chǎn)量均衡，最終確定了礦石開采規(guī)模為400萬t／a，j
采準(zhǔn)巖石為15萬t／a，新水平準(zhǔn)備巖石10萬t／a的設(shè)計方案。礦山采用無底柱分段崩落的采礦方法，j
主、副豎井和斜坡道的聯(lián)合開拓方式。 !
主井采用雙箕斗提升礦石；副井為單罐籠配平衡錘，承擔(dān)人員、材料、部分巖石、粉礦及設(shè)備等i
的提升任務(wù)；主斜坡道主要承擔(dān)采場所用部分物資的運送和無軌設(shè)備的進出。 ?
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