CN107473304A - 一种冶炼烟气制酸低温位余热绝热蒸发污酸的装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置及处理污酸的方法，包括一体式绝热蒸发塔、第一自动阀、第二自动阀、第三自动阀、第一压力变送器、第二压力变送器、第一气动调节阀和第二气动调节阀，一体式绝热蒸发塔的气相出口通过管路与第三自动阀和第二压力变送器连接，一体式绝热蒸发塔气相入口通过管路连接有第二自动阀和第一压力变送器，分别通过管路连接的第一气动调节阀和第二气动调节阀汇集后与一体式绝热蒸发塔的液相入口连接。本发明以废治废充分利用冶炼烟气制酸系统中的低温位余热，自动化程度较高，节能效果及污酸减排量明显，降低了企业污酸处理成本，提高企业市场竞争力。
Description
技术领域
本发明属于冶炼烟气制取工业硫酸技术领域，具体涉及一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置及处理方法。
背景技术
硫酸是一种重要的基本工业原料，它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛应用于国民经济的其他部门，在国民经济及人民生活中发挥着重要的作用。硫酸的产能往往是衡量一个国家化学工业生产能力的标志之一。
硫酸的生产原料主要以硫磺、硫铁矿和冶炼烟气为主。冶炼烟气制酸的产量取决于火法有色冶金工业的发展，是一种被动的生产工艺。近年来随着有色冶金的不断发展，冶炼烟气制酸所具有不可替代的环保意义及其廉价的原料优势日显突出。
火法有色金属冶炼过程中，矿石中的有色金属通过焙烧、熔炼、吹炼、电解精炼等一系列的工序转化为高纯度的单质，而矿石中伴生的金属硫化物则在焙烧过程中转化成为二氧化硫，夹杂在高温的多组分烟气中进入配套的环保冶炼制酸系统。
冶炼烟气制酸装置中高温的多组分烟气需要不断用工业水进行洗涤降温，以确保制酸系统的安全生产和产品质量，洗涤后含二氧化硫的烟气经过干燥工序、转化工序和干吸工序后液相即为合格的工业硫酸，而出干吸工序带有一定热量的绝干烟气进入尾气吸收塔靠碱液吸收达标后排放。在烟气洗涤时会产生大量的污酸，该污酸溶液体系非常复杂，组分多、浓度高，主要含有镍铜砷铅等多种重金属、尘、卤族元素化合物等有害物质，是一种难处理的矿冶工业废水。目前行业内对这部分污酸无较为理想的处置方法，大多数企业只能依法建设庞大的污酸处理系统来满足严格的环保要求，所建的污酸处理装置规模大，投资和运行成本均较高；同时在冶炼烟气制酸时二氧化硫氧化过程中的高、中温位余热的利用已有很成熟的工艺且被普遍回收利用，如转化器中的热量通过设置的余热锅炉生产饱和蒸汽等，然而对于出干吸工序绝干烟气中的低温余热未进行回收利用，传统上都靠空气带走。虽然这部分绝干烟气温度一般在70～120℃，比热容较低，但这部分绝干烟气源头来自有色金属的焙烧过程，气量一般在100000～250000Nm3/h之间，总热量数目可观，直接排放热能损失较大。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种以废治废并充分挖掘利用了冶炼烟气制酸系统中的低温位余热，自动化程度较高，操作简便，节能效果及污酸减排量明显的装置。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置处理污酸的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置，包括一体式绝热蒸发塔、第一自动阀、第二自动阀、第三自动阀、第一压力变送器、第二压力变送器、第一气动调节阀和第二气动调节阀，一体式绝热蒸发塔的气相出口通过管路与第三自动阀和第二压力变送器连接，一体式绝热蒸发塔气相入口管路上通过管路连接有第二自动阀和第一压力变送器，分别通过管路连接的第一气动调节阀和第二气动调节阀汇集后与一体式绝热蒸发塔的液相入口连接，一体式绝热蒸发塔的下部通过管路连接有浓缩酸输送泵和气动调节回流阀，气动调节回流阀和设在一体式绝热蒸发塔下部的液位变送器联锁设置，一体式绝热蒸发塔的下部还通过浓缩循环泵返回至一体式绝热蒸发塔内；一体式绝热蒸发塔包括绝热蒸发塔塔体，绝热蒸发塔塔体内自上而下依次设有丝网压板格栅、捕沫丝网、第一格栅板、液体分布器、乱堆填料段、规整填料段和第二格栅板，乱堆填料段和规整填料段分别选用波纹板填料和十字球形填料，波纹板填料和十字球形填料均由PP材质制成；绝热蒸发塔塔体的中下部壁上分别设有绝干烟气进口N1、浓缩循环泵进口N4、绝热蒸发塔塔体塔底排口N5、浓缩酸出口N6、浓缩酸回流进口N7、污酸和尾吸液入口N8、中上部壁上设有循环液进口N3，顶部设有饱和湿烟气出口N2；绝干烟气进口N1的烟气管道向一体式绝热蒸发塔塔中心方向伸入塔径的1/3长度，烟气管道末端向下弯曲；循环液进口N3的管道伸入到一体式绝热蒸发塔内并与液体分布器相连接；绝热蒸发塔塔体上还设有M1、M2、M3和M4人孔。
优选的，第一自动阀、第二自动阀、第三自动阀、第一气动调节阀、第二气动调节阀、气动调节回流阀、第一压力变送器、第二压力变送器和液位变送器的信号接入制酸DCS控制系统。
一种利用冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置处理污酸的方法，该方法按照下述步骤进行：
步骤1：打开绝热蒸发塔塔体的M2和M4人孔，分别先后装入规整填料段和乱堆填料段；
步骤2：打开M3人孔并装入内置捕沫丝网，封闭绝热蒸发塔塔体的M2、M3及M4人孔；
步骤3：在制酸DCS控制系统上关闭第一自动阀、打开第二自动阀和第三自动液相入口连接，来自制酸DCS控制系统的二级吸收塔出口的绝干烟气经第二自动阀进入绝热蒸发塔塔体的N1口，污酸和尾吸液分别经第一气动调节阀和第二气动调节阀后汇集后进入绝热蒸发塔塔体的N8口；
步骤4：当液位变送器的液位超过60%时，启动浓缩循环泵实现污酸与绝干烟气的强制逆流直接接触浓缩，然后启动浓缩酸输送泵实现浓缩酸的下游输送，并将气动调节回流阀置于自动状态联锁控制一体式绝热蒸发塔的液位，制酸DCS控制系统自动监测第一压力变送器和第二压力变送器的数值，并将第一压力变送器和第二压力变送器两者的差值控制在0-3KPa；
步骤5：绝热增湿后的饱和湿烟气经第三自动阀返回冶炼制酸系统作进一步尾气脱硫处理,浓缩酸则输送至下游水处理系统；
步骤6：若步骤4中的第一压力变送器与第二压力变送器两者的差值超过3KPa时，制酸DCS控制系统上先打开第一自动阀再关闭第二自动阀和第三自动阀，通过塔底排口N5排净一体式绝热蒸发塔内的污酸后打开M1人孔进行检修处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将行业内普遍外排的这部分烟气与系统产生的污酸进行了结合，提供了一种设计合理、操作控制简单、热回收效率高的污酸绝热蒸发装置及方法。该装置利用制酸系统干吸出口的绝干烟气对系统产生的污酸在本发明的装置中进行绝热蒸发浓缩，从而使污酸中的部分水分在极短的时间内得到蒸发并基本达到气液平衡，平衡后的气相返回制酸系统中的尾气吸收塔进行环保达标处理后排放，本发明以废治废并充分挖掘利用了冶炼烟气制酸系统中的低温位余热，自动化程度较高，操作简便，节能效果及污酸减排量明显。本发明大大降低了企业污酸处理的成本，提高了企业的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中一体式绝热蒸发塔的结构示意图；
图3为利用图1处理污酸时的工艺流程图；
图中：1.第一自动阀、2.第二自动阀、3.第三自动阀、4.第一压力变送器、5.第一气动调节阀、6.第二气动调节阀、7.浓缩酸输送泵、8.液位变送器、9.气动调节回流阀、10.浓缩循环泵、11.一体式绝热蒸发塔、12.第二压力变送器、13.绝热蒸发塔塔体、14.第二格栅板、15.规整填料段、16.乱堆填料段、17.液体分布器、18.第一格栅板、19.捕沫丝网、20.丝网压板格栅。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置，包括一体式绝热蒸发塔11、第一自动阀1、第二自动阀2、第三自动阀3、第一压力变送器4、第二压力变送器12、第一气动调节阀5和第二气动调节阀6，一体式绝热蒸发塔11的顶端通过管路与第三自动阀3和第二压力变送器12连接，一体式绝热蒸发塔11一侧通过管路连接有第二自动阀2和第一压力变送器4，分别通过管路连接的第一气动调节阀5和第二气动调节阀6汇集后与一体式绝热蒸发塔11的一侧连接，一体式绝热蒸发塔11的下部分别通过管路连接有浓缩酸输送泵7和气动调节回流阀9汇集后输出，气动调节回流阀9和设在一体式绝热蒸发塔11下部的液位变送器8联锁设置，一体式绝热蒸发塔11的下部还通过浓缩循环泵10返回至一体式绝热蒸发塔11内。
如图2所示，一体式绝热蒸发塔11包括绝热蒸发塔塔体13，绝热蒸发塔塔体13内自上而下依次设有丝网压板格栅20、捕沫丝网19、第一格栅板18、液体分布器17、乱堆填料段16、规整填料段15和第二格栅板14，乱堆填料段16和规整填料段15分别选用波纹板填料和十字球形填料，波纹板填料和十字球形填料均由PP材质制成，绝热蒸发塔塔体13下部一侧壁上分别设有绝干烟气进口N1、浓缩循环泵10进口N4、绝热蒸发塔塔体13塔底排口N5、浓缩酸出口N6、浓缩酸回流进口N7、污酸和尾吸液入口N8，绝热蒸发塔塔体13另一侧壁上设有循环液进口N3，绝热蒸发塔塔体13顶部设有饱和湿烟气出口N2，绝干烟气进口N1的烟气管道向绝热蒸发塔塔体13塔中心方向伸入塔径的1/3长度，烟气管道末端向下弯曲，循环液进口N3的管道伸入到绝热蒸发塔塔体13内并与液体分布器17相连接，绝热蒸发塔塔体13上还设有M1、M2、M3和M4人孔，第一自动阀1、第二自动阀2、第三自动阀3、第一气动调节阀5、第二气动调节阀6、气动调节回流阀9、第一压力变送器4、第二压力变送器12和液位变送器8的信号接入制酸DCS控制系统，
如图3所示，将上述冶炼烟气制酸低温位余热绝热蒸发污酸的装置应用于某600kt/a新建完工的铜冶炼烟气制酸装置中，具体包括以下步骤：在新建的冶炼烟气制酸装置中时第一自动阀1可省略，一体式绝热蒸发塔11已按图2的要求组装完毕，直接通入冶炼烟气。来自冶炼烟气制酸系统二级吸收塔出口烟气量为166000Nm3/h、温度为110℃的物料A(组分见表1) 经第二自动阀2进入一体式绝热蒸发塔11的N1口，来自冶炼烟气制酸系统的10.7m3/h的物料B(组分见表2)和2.3m3/h的物料C(组分见表3) 分别经第一气动调节阀5和第二气动调节阀6后汇集后进入一体式绝热蒸发塔11的N8口，当液位变送器8的液位大于60%时，启动浓缩循环泵10实现污酸与绝干烟气的强制逆流直接接触浓缩，然后启动浓缩酸输送泵7实现浓缩酸的下游输送，并将气动调节回流阀9投入置于自动状态联锁控制一体式绝热蒸发塔的液位，制酸DCS控制系统自动监测第一压力变送器4和第二压力变送器12的数值，将第一压力变送器4和第二压力变送器12的数值两者差值控制在0-3KPa即可，绝热增湿后175000Nm3/h、温度为33℃的烟气物料E(组分见表4) 经第三自动阀3返回冶炼制酸系统作进一步尾气脱硫处理。经本发明装置绝热蒸发污酸中的水份为7.8m3/h，剩余5.2m3/h的高浓度物料D（组分见表5）则输送至下游水处理系统；DCS控制系统上实时检测第一压力变送器4和第二压力变送器12两者差值是否在0-3KPa的范围内，当第一压力变送器4和第二压力变送器12两者差值超过3KPa时，超利用冶炼制酸系统检修时机，排净一体式绝热蒸发塔11中的污酸后打开相应的人孔进行检修处理。
实施例2
将实施例1中的一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置应用于某550kt/a镍冶炼烟气制酸系统改造装置中以充分回收利用低温位余热，具体包括以下步骤：在冶炼及制酸系统停产检修期，对原有的系统按冶炼烟气制酸低温位余热绝热蒸发污酸的装置实施改造，改造完毕后，打开一体式绝热蒸发塔11的M2和M4口，分别先后装入一定高度的规整填料段15和乱堆填料段16，打开M3口并装入内置捕沫丝网19并在捕沫丝网19上方安装固定丝网压板格栅20，封闭一体式绝热蒸发塔11的M2、M3及M4口，在DCS控制系统上打开第二自动阀2和第三自动阀3，来自冶炼烟气制酸系统二次吸收塔出口气量为189000Nm3/h、温度为75℃的物料A(组分见表6) 经第二自动阀2进入一体式绝热蒸发塔11的N1口，来自冶炼烟气制酸系统15.85m3/h的物料B(组分见表7)和3.38m3/h物料C(组分见表8) 分别经第一气动调节阀5和第二气动调节阀6后汇集后进入一体式绝热蒸发塔11的N8口，当液位变送器8的液位大于60%时，启动浓缩循环泵10实现污酸与绝干烟气的强制逆流直接接触浓缩，然后启动浓缩酸输送泵7实现浓缩酸的下游输送，并将气动调节回流阀9置于自动状态联锁控制一体式绝热蒸发塔的液位，制酸DCS控制系统自动监测第一压力变送器4和第二压力变送器12的数值，当第一压力变送器4和第二压力变送器12两者差值控制在0-3KPa即可，绝热增湿后气量为191200 Nm3/h、温度为24℃的烟气物料E的(组分见表9) 经第三自动阀3返回冶炼制酸系统作进一步尾气脱硫处理。经本发明装置绝热蒸发污酸中的水份为5.31m3/h，剩余13.92m3/h的高浓度物料D（组分见表10）则输送至下游水处理系统；当第一压力变送器4与第二压力变送器12的差值超过3KPa时，DCS控制系统上先打开第一自动阀1再关闭第二自动阀2和第三自动阀3，排净一体式绝热蒸发塔11中的污酸后打开相应的人孔可进行检修处理。
Claims (3)
1.一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置，包括一体式绝热蒸发塔（11）、第一自动阀（1）、第二自动阀（2）、第三自动阀（3）、第一压力变送器（4）、第二压力变送器（12）、第一气动调节阀（5）和第二气动调节阀（6），其特征在于，所述的一体式绝热蒸发塔（11）的气相出口通过管路与第三自动阀（3）和第二压力变送器（12）连接，气相入口通过管路连接有第二自动阀（2）和第一压力变送器（4），分别通过管路连接的第一气动调节阀（5）和第二气动调节阀（6）汇集后与一体式绝热蒸发塔（11）的液相入口连接，所述的一体式绝热蒸发塔（11）的下部通过管路连接有浓缩酸输送泵（7）和气动调节回流阀（9），所述的气动调节回流阀（9）和设在一体式绝热蒸发塔（11）下部的液位变送器（8）联锁设置，所述的一体式绝热蒸发塔（11）的下部还通过管道和浓缩循环泵（10）连接至一体式绝热蒸发塔（11）的上部；所述的一体式绝热蒸发塔（11）包括绝热蒸发塔塔体（13），所述的绝热蒸发塔塔体（13）内自上而下依次设有丝网压板格栅（20）、捕沫丝网（19）、第一格栅板（18）、液体分布器（17）、乱堆填料段（16）、规整填料段（15）和第二格栅板（14）；所述的绝热蒸发塔塔体（13）的中下部壁上分别设有绝干烟气进口N1、浓缩循环泵（10）进口N4、绝热蒸发塔塔体（13）塔底排口N5、浓缩酸出口N6、浓缩酸回流进口N7、污酸和尾吸液入口N8、中上部壁上设有循环液进口N3，顶部设有饱和湿烟气出口N2；所述的绝干烟气进口N1的烟气管道向一体式绝热蒸发塔（11）塔中心方向伸入塔径的1/3长度，烟气管道末端向下弯曲；所述的循环液进口N3的管道伸入一体式绝热蒸发塔（11）内并与液体分布器（17）相连接；所述的绝热蒸发塔塔体（13）上还设有M1、M2、M3和M4人孔；所述的乱堆填料段（16）和规整填料段（15）分别选用波纹板填料和十字球形填料，波纹板填料和十字球形填料均由PP材质制成。
2.如权利要求1所述的一种冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置，其特征在于，所述的第一自动阀（1）、第二自动阀（2）、第三自动阀（3）、第一气动调节阀（5）、第二气动调节阀（6）、气动调节回流阀（9）、第一压力变送器（4）、第二压力变送器（12）和液位变送器（8）的信号接入制酸DCS控制系统。
3.一种利用权利要求2所述的冶炼烟气余热绝热蒸发污酸的装置处理污酸的方法，该方法按照下述步骤进行：
步骤1：打开绝热蒸发塔塔体（13）的M2和M4人孔，分别先后装入规整填料段（15）和乱堆填料段（16）；
步骤2：打开M3人孔并装入内置捕沫丝网（19），封闭绝热蒸发塔塔体（13）的M2、M3及M4人孔；
步骤3：在制酸DCS控制系统上关闭第一自动阀（1）、打开第二自动阀（2）和第三自动阀（3），来自制酸DCS控制系统的二级吸收塔出口的绝干烟气经第二自动阀（2）进入绝热蒸发塔塔体（13）的N1口，污酸和尾吸液分别经第一气动调节阀（5）和第二气动调节阀（6）后汇集后进入绝热蒸发塔塔体（13）的N8口；
步骤4：当液位变送器（8）的液位超过60%时，启动浓缩循环泵（10）实现污酸与绝干烟气的强制逆流直接接触浓缩，然后启动浓缩酸输送泵（7）实现浓缩酸的下游输送，并将气动调节回流阀（9）置于自动状态联锁控制一体式绝热蒸发塔（11）的液位，制酸DCS控制系统自动监测第一压力变送器（4）和第二压力变送器（12）的数值，并将第一压力变送器（4）和第二压力变送器（12）两者的差值控制在0-3KPa；
步骤5：绝热增湿后的饱和湿烟气经第三自动阀（3）返回冶炼制酸系统作进一步尾气脱硫处理,浓缩酸则输送至下游水处理系统；
步骤6：若步骤4中的第一压力变送器（4）与第二压力变送器（12）两者的差值超过3KPa时，制酸DCS控制系统上先打开第一自动阀（1）再关闭第二自动阀（2）和第三自动阀（3），通过塔底排口N5排净一体式绝热蒸发塔（11）内的污酸后打开M1人孔进行检修处理。
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