硫精砂制酸PDF
第1期
2015年2月
泓壮应4c谗觑妇谚
硫酸工业
No.1Feb.。2015
200
kt/a硫精砂制酸装置磁性焙烧设计与生产实践
仲数1,吴卫民2,王新耀1
(1.江西全鑫科技化工有限公司,江西九江332700;2.四川金德汇环保科技有限公司,四川什邡618400)
摘要:介绍了200kL/a硫酸装置磁性焙烧的工艺设计特点、设备选型,以及硫酸装置开车生产的实践情况。试生产期间通过对沸腾炉点火工艺改进,以及对系统设备、工艺方面的调试和完善,使装置目前运行平稳。硫酸产量、工艺指标、消耗等方面优于设计值,为以后的矿渣产品、余热发电、蒸汽外卖、循环利用和经济发展打下基础。
关键词:硫精砂硫酸磁性焙烧设计循环利用生产实践中图分类号:1Q111.16
文献标识码:B
文章编号:1002—1507(2015)01—0037—06
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Key釉rds:p如teconeentrate;slllph撕cacid;删印e血F嗯sting;desi印;cycliculilization;pnDduction江西全鑫科技化工有限公司(以下简称江西全
鑫)于2012年3月新建1套200kt/a硫精砂制硫酸生产装置,2013年11月28日一次投产成功,并迅
返回锤式破碎机,循环到滚动筛,合格物料经大倾角皮带机进入沸腾炉前高位料斗备用。原料工序未设烘干设备。
1.2焙烧工序
速达产达标。
l装置概况
200
焙烧工序的配置为沸腾炉、余热锅炉、旋风除尘器及电除尘器,沸腾炉排出的高温渣与锅炉、旋
风电除尘器排出的灰混合进入3级滚筒,经冷却增湿后由皮带送人渣库堆放。
kt/a装置以叫(S)为25%一30%、叫(Fe)为
45%~50%的硫精砂、磁硫铁矿和少量黄铁矿为主要原料。针对原料来源广、发热量高等特点,设计采用磁性焙烧、余热回收、稀酸封闭净化、“3+2”二转二吸制酸工艺。辅助工序包括原料工序、脱盐水工序、循环水工序、尾气回收及污水处理工序。
1.1原料工序
沸腾炉设计充分考虑了原料来源广、含硫低、
粒度细、耗氧高和焙烧强度低的特点。为达到磁
性焙烧快速脱硫的目的,沸腾炉炉床面积设计为
52
m2;2点投料,夹角90。;溢流口高I,5m,焙烧
原料库和渣库面积20
000
m2,原料库存按25
d
收稿日期:2014一10—15。
著者简介:仲数,男,江西全鑫科技化工有限公司总工程师,长期从事硫酸生产技术管理工作。电话:15371917009;
考虑,储存实物量约30kt。为保证原料供给正常,采用行车双线上料(1用l备),原料经抓斗行车送入料斗,由圆盘给料机、皮带机送入滚动筛。粗料
E—mil:s西dh88@163.c锄。
・38・
硫酸工业
2015年第1期
强度11.54∥(m2・d),有效容积1
000
m3。炉体为钢壳圆筒上部扩大型,为防止炉壁挂灰,炉腹角度
为12。。沸腾层内衬高铝耐火砖和保温砖,其他为
耐火砖和保温砖。沸腾炉内风帽小孔气速为
56
m/s。炉床温度为900℃,出口温度为950℃,烟气停留时间为18s。沸腾炉内装有10组冷却水管束,与风帽距离为500mm,迎风面装有防磨筋,
每组管束面积6.6m2。通过这些管束充分移走沸腾焙烧热量。
余热锅炉为自然循环锅炉,与沸腾炉烟道水平
连接。为防止烟尘堵结和冲刷,将I烟道设计成空烟道;Ⅱ烟道高温过热器管迎风面装有防冲刷片,
以减少烟尘对过热管直接冲刷。随后是低温过热器和蒸发区,四周采用Q形管水冷壁,锅炉本体采
热面积1
578
m2,锅炉本体及汽管道用硅酸铝保温,
厚度达25cm,外用彩钢瓦防水。余热锅炉进口温度950℃,出口温度350℃,锅炉生产3.82
MPa、
450℃过热蒸汽约28—30L/h。移热效率高,用于发
电和工业园区供汽。
考虑到矿尘细,为确保除尘效率采用了电除尘器,电除尘器设计面积为60m2,三电场。采用恒流高压电位仪,阴极线采用芒制形,阴极线与阳极板距离恰当,电除尘器出口尘质量浓度为200
mg/m3。
系统排渣从电除尘器、旋风除尘器、余热锅炉排出灰,汇集到一级滚筒冷却器,经过冷却与沸腾
炉出口二级渣滚筒冷却器再冷却,最后一起到三级滚筒冷却至57℃,淋洒后,由输送皮带送入渣库
待售。
1.3净化工序
装置采用空塔一动力波洗涤器一填料塔一两
级电除雾器稀酸封闭洗涤净化流程。为降低土建
和设备投资,全部采用塔槽一体结构。所有玻璃钢塔和烟气管道采取内防氟、外防老化措施,稀酸
泵出口采用钢衬PE管道,具有强度高、不易泄漏的优点。
空塔为钢外壳结构,为使塔体长期安全运行,
内衬石棉板,4mm铅板,113mm瓷砖和2层
10
mm石墨砖。瓷砖和石墨砖交替相贴以防渗漏。
设计3层喷淋以确保洗涤效果。空塔具有洗涤
好、阻力小、操作弹性大、适应性强的优点,所以运
行成本大大降低。
稀酸固液分离斜管沉降器加反冲洗阀门。材料选用钢衬PE,与其他沉降器相比,具有经济运行可靠、操作简便不易堵塞、固液分离效果稳定等
优点。
动力波洗涤器采用2层喷头,进一步将烟气中的尘和杂质除去。设备对降温没有特别要求,一般在65℃以下不需要对喷头和逆喷管采取防高温保护措施,设备投资小,适应性强。
填料塔采用整体玻璃钢内部增加中心柱,使塔体结构更加牢固结实。训(H:SO。)<5%的稀硫酸由
塔顶的玻璃钢分酸器均匀分布在填料表面,填料层
高度为4.5m,填料为西76mm聚丙烯海尔环。
稀酸采用板式冷却器进行冷却。板式冷却器具有换热效率高、占地面积小和操作方便等优点,夏天能将净化工序出口气体温度控制在40℃以下,
保证制酸系统水平衡。
两级电除雾器均采用六边形蜂窝状玻璃钢电除雾器,采用恒流电位仪控制系统。与塑料电除雾器相比,具有电导性能高、阻力小、除雾效率高、抗压强度高、运行可靠和使用寿命长等优点。
1.4干吸工序
干吸工序采用“塔一槽一泵一器一塔”的循环流程,泵后产酸和干吸串酸的工艺设计,具有以下
特点:
1)循环槽采用低位配置,下塔酸从循环槽底部进入卧式循环槽内。塔与槽均为碳钢内衬耐酸砖结构。分酸器为管式结构,分酸点密度为28点/m2,具有分酸均匀、结构简单、质量小、运行维修电耗低等
优点。
2)干吸塔顶采用2层金属丝网除沫器。干吸塔采用碟形底和防涡流装置,干吸塔内采用大开孔率的球拱支撑结构,有利于气体分布。主填料为
咖76
mm新型阶梯环,填料高度为4.5m;其余为
西38mm阶梯环,高度为0.5
m。
3)上酸管道采用厚度为10mm的带阳极保护
316L不锈钢管,下酸管为低铬铸件,考虑到干吸工
序操作安全和减少尾气排放,二吸塔循环槽单独加
水,一吸塔循环槽不向二吸塔循环槽串酸,酸泵出
口不设阀门,酸泵采用变频自调,设计时配置了多套自动调节和报警装置,确保系统安全平稳运行。
4)干燥酸、吸收酸和成品酸均采用阳极保护酸
仲数等.
200
k∥a硫精砂制酸装置磁性焙烧设计与生产实践
・39・
冷却器进行冷却。1.5转化工序
段出口和二段出口采用304不锈钢管装配,避免与转化器壳体连接处因高温蠕变而拉裂,此外增加不锈钢波管膨胀节。为使进转化器各段气体分布均匀,转化器一段进口设有气体分布板,其他各段进口加装导流板,转化器和气管道外保温
采用300mm厚度硅酸铝板材和O.6mm厚铝板防水。
1.6循环水工序
转化工序采用ⅢI—VⅣⅡ、“3+2”二次转化换热流程。设计转化器进口妒(SO:)为7.5%~8.0%,氧硫比为1,采用高效缩放管换热器进行
换热。
装置采用碳钢结构转化器,转化器外壳为
Q345碳钢,中心支柱材质为12CrMoV,各段内壁
进行喷铝处理防止高温氧化。顶盖和隔板为
10
净化工序稀酸板式冷却器及干吸工序阳极保护酸冷却器和发电工序配置5台循环水量均
为1
000
mm厚的304不锈钢。为保证转化器蓄热能力,
转化器内砌1层保温砖,砖表面涂刷高温防腐涂料。每层隔板砌1层保温砖,保证各段相互隔热。每层不锈钢筛网上铺设1层瓷球,以增加催化剂
的蓄热能力。转化器自上而下依次为一至五段,
m3/h冷却塔,其中3台为制酸系统用,2
台为发电系统用,通过循环水泵对冷却水进行
循环。
1.7尾气吸收工序
尾气吸收工序采用钠碱法脱硫工艺,动力波
每段床层均设有副线对催化剂床层温度调节,其
中一段和四段为自动调节。
洗涤器塔顶设置1层500mm厚的除沫层,用埘(NaOH)20%液碱吸收尾气中的sO:和sO,,具有操作简便、SO:吸收效率高、吸收剂用量少的优点。
1.8配套设施
换热器为新型空心环支撑缩放管换热器。换热器上气室内衬304不锈钢板,以防高温氧化铁锈掉落,从而能长期有效地保证管程阻力不上涨。
Ⅲ换热器、Ⅳ换热器采用a、b2台串联形式,且在Ⅲ。Ⅳ。下部管1.5m处改用不锈钢管,延长使用
配套设施主要有6
000
kw汽轮机发电站和
35∥h脱盐水站。汽轮发电站利用余热锅炉生产的
30L/h、435℃、3.82
寿命。
为消除主鼓风机噪声,主鼓风机进出口为波纹
软管连接,进、出口管道采用硅酸铝板包裹。
MPa过热蒸汽发电,同时抽出
部分蒸汽供工业园区内其他企业使用。
1.9污水处理工序
污水处理工艺流程见图1。
转化工序烟气管道采用应力全消除设计,一
净化系统补充水
图1污水处理工艺流程
污水采用2级中和、2级压滤处理。先用石灰乳中和调节pH值至8~9,中和大部分酸。加入絮凝剂,使p(As)降至5—10mg/L,进行一级压滤废水进入二级中和池,再用石灰乳和硫酸亚铁进行二级处理,将pH值调至7.5~8进行二级压滤。污水进入两级沉降池,控制Fe/As值。使上清液中砷、重金属离子达标后送清水池备用。一部分清水用于净
化系统补充水;另一部分用于焙烧工序出渣增湿,不外排。压滤机废渣视其杂质成分,一部分回沸腾炉煅烧;一部分送危险废物处置中心处理。
2主要设备选型及规格
200
k∥a硫精砂制酸磁性焙烧装置主要设备及
规格见表1。
・40・
硫酸工业2015年第1期
3生产实践
3.1原料工序
打和改变进料角度等措施,存在的问题得到解决。当加(s)在25%时,每班喂料约5h,如果埘
(S)在40%以上,每班喂料约3h。加上1条上料线备用,原料工序的设备基本能满足硫酸系统生
在试生产过程中,因原料水分问题,出现过
滚动筛堵塞、链条拉断等情况,通过增加滑板、振
仲数等.
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kt/a硫精砂制酸装置磁性焙烧设计与生产实践
・41・
产要求。
3.2焙烧工序
1)沸腾炉开车升温,不用传统的木柴或柴油点火,而采用矿渣拌硫磺,固定层厚度约50cm,做热载体,埘(S)为15%一18%,在固定层表面铺1层硫磺,再用棉纱引燃,等沸腾层中层温度上升至300℃以上时,开启炉风机,慢慢加风至固定层微微沸腾,并不断用铁耙翻动固定层,等沸腾炉内火势好转,炉温不断上升时再适当加风,同时加强和转化岗位的联系,注意SO:进转化器浓度,防止转化器催化剂
因缺氧不参与反应而污染环境。检查沸腾炉内固
定层时铁钎应有微微振动感,如果某个部位没有振动感,说明这个部位固定层没有沸腾,要尽快用铁
耙翻动。沸腾炉底温度达700℃时,要观察固定层
渣颜色,必要时慢慢加料,但也要注意沸腾炉风机
风量不能过大,防止把固定层吹空,还要重新点火,
点火过程中不需要放空,始终保持微负压操作,炉前无SO:泄漏,基本达到无污染开车的标准。52
m2
沸腾炉开炉升温时间约7h,需硫磺8~12
t。
2)沸腾炉采用磁性焙烧,沸腾层温度维持在
880~920℃,炉顶温度在950—980℃,渣、尘能在适
当的温度中尽快脱硫;炉底压力维持在1.4一1.6kPa,渣、尘在沸腾炉内与氧气有足够的时间反应,使沸腾炉底层温度与顶部温度基本平衡,适当控制炉底压力,使沸腾炉不易产生冷灰,能长期安全
运行。
3)根据渣尘颜色操作沸腾炉,参考沸腾炉出口氧浓度,以防沸腾炉内缺氧而使渣、尘残硫超标。
调节和控制给料量,避免影响矿渣成品的质量。
4)沸腾炉采用硫磺点火升温,使转化催化剂温度在SO:低气浓下能快速起反应,减少了电炉启用时间,节省了电耗。另硫磺点火与柴油点火相比,点火成本低,减少了成品黑酸,减少环境污染。
5)余热锅炉蒸发量30∥h,安装了8组管束振打装置,确保过热器管不结灰,锅炉出口温度设计值为350~380℃,实际生产过程中锅炉出口温度只有320℃,说明余热锅炉设计合理,收热效率高,无需在电除尘器后安装省煤器,节省了设备投资。
6)电除尘器运行二次电压基本维持在55~
65
kV;出口温度在220—240℃,因为是磁性焙烧,该
温度仍在露点以上,出口尘质量浓度在200吲m3
以下。
沸腾炉、余热锅炉、电除尘器等设备在试生产过程中运行稳定,排渣系统在试生产初期出现过溢流绞龙卡死、链条拉断等故障。
3.3净化工序
来自焙烧工序温度为230℃、尘质量浓度约
200
mg/m3、伽(sO:)约11.5%的炉气进入净化工序。
1)空塔采用绝热蒸发冷却。10%的下塔稀硫酸
流人空塔下部循环槽,稀硫酸经空塔泵出口大部分进入塔内喷淋,使气体温度下降至60℃以下,尘及有害杂质得到洗涤清除,少部分稀酸进入斜管沉降器,经斜管沉降器沉降矿尘后,上清液大部分返回循环酸槽继续循环。为降低循环酸中溶解的砷、氟等有害杂质,从斜管沉降器底部间断排出的污泥进
入净化污水收集池。
2)循环稀酸从动力波塔底泵出口进入下部逆喷段和上部溢流堰对气体进行冷却洗涤,维持稀硫酸埘(H:SO。)不超过5%,通过高速气体与循环稀硫酸碰撞,达到冷却和净化目的。
3)由填料塔底流出的稀硫酸温度约57℃,用
泵打人板式换热器,经循环水间接冷却后,稀硫酸冷却至38℃以下进入填料塔进一步冷却和洗涤SO:气体,增加的循环稀硫酸串至空塔循环酸系统。
4)电除雾器采用二级串联形式布置,一级电除
雾器通气速度为0.6rn/s,有效面积约28m2,二次电压控制在50kV;二级电除雾通气速度为
0.65m/s,有效面积约28m2,二次电压控制在
60
kV;从二级电除雾器入口视镜看气体清澈透明,除雾效果理想。
净化工序在试生产初期除出现过升华硫堵塞
空塔喷嘴及板式换热器外,其他设备运行情况达到
设计效果,实现污水零排放。3.4转化工序
在试生产过程中,初开车不久短期停车后,因
操作未注意到转化器氧浓度低,从而造成转化器各
段催化剂不起反应。后来运行期间转化器各段催化剂反应温度正常。转化器、换热器及烟气管道保温效果好,蓄热能力强。即使停车50h后开车,电
炉升温也只需要2—3h转化系统就能顺利通气,大大提高了整个系统的开工率,节约了吨酸能耗,整个转化器催化剂层压降维持在3.0kPa左右,换热器系统压降维持在8.0kPa左右,目前未到满负荷,
仍有较大的增产空间。在进转化器妒(sO:)为
・42・
硫酸工业
2015年第1期
7.5%~8.0%情况下,转化率达99.7%一99.84%。
3。5干吸工序
干吸工序在试生产过程中比较顺利,未发生溢酸或法兰泄漏事故。刚开车时,尾气烟囱出口有硫酸雾,后经检查校正各循环槽酸浓、酸温,调节上酸量等,其中,干燥塔上酸温度40℃,一吸塔上酸温度60℃,二吸塔上酸温度48℃。整个干吸系统压降比较低,干燥塔压降1.2kPa;一吸塔压降1.05
kPa,
二吸塔压降0.8kPa。尾气硫酸雾经过3—4d正常
运行后逐步消失。控制各塔上酸温度,循环槽和计量槽液位计经多次调试后才能显示正确的液位。
3.6成品工序
成品工序设4个成品库各5
000
t,配有地下事
故槽、装酸计量表和电磁流量计等设施,可根据客户要求,管道输送至长江码头的船舶上或由硫酸槽
罐汽车外运。
4生产实践
200
k∥a硫精砂制酸装置磁性焙烧工艺温度、
设备压降等生产运行指标见表2。
表2
200
k∥a硫精砂制酸装置磁性焙烧工艺温度和设备压降
200
kt/a硫精砂制酸装置主要经济指标见表3。
采用磁性焙烧的硫酸生产系统具有下列优势:1)提高矿渣产品附加值。因为采用磁性焙烧,
矿渣主要成分是Fe,O。,使矿渣产品更有利于磁选富集,在市场上更具有循环利用的竞争力,为环境治理和社会效益做出了贡献。
2)减轻对制酸设备的腐蚀。因为采用磁性焙烧,降低了露点,尤其减轻对锅炉、电除尘器及烟气
管道的腐蚀。
3)提高了硫利用率。因为采用磁性焙烧,使沸腾炉出口初始sO,浓度降低,净化工序稀硫酸浓度不易上升,大大减少稀硫酸排放量,从而减少硫
损失。
4)提高硫酸系统综合效益。因为净化系统排
污少,减轻了污水处理站的负担。
表3
200
kt/a硫精砂制酸装置主要经济指标
装置生产运行中存在以下问题:
1)3级滚筒冷却面积原设计为198m2,后改为
177
m2,如果沸腾炉人炉矿训(S)在25%以下,矿渣
温度没有冷却到80℃以下,矿渣会随着滚筒增湿水蒸气上扬,严重影响现场环境。将人炉矿伽(S)提高
到30%以上,就可解决粉尘上扬问题。
2)一吸塔进口温度严重偏高达240~260℃,如果不采取防范措施,将会加速对一吸塔酸管道、泵等设备的腐蚀。已准备配置1台面积为1
890
m2省
煤器,每小时可增加蒸汽产量约1.5~2.O
t。
3)循环水无组织排放时有发生。优化循环水
用水量,节约用水,加强岗位管理,在循环水质得到
保证的情况下,又不无序排放。
5结语
目前200kL/a硫精砂制酸装置工艺设计合理,
设备选型恰当,技术先进,尤其沸腾炉对原料适应范围广,可对伽(S)25%一46%硫精砂焙烧而又无需进行特殊调整,为今后硫酸生产向“安全、环保、清洁生产、循环经济、社会效益”发展打下了坚实的
基础。