CN107840314B - 一种冶炼烟气制酸系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冶炼烟气制酸系统，该系统在现有双转双吸烟气制酸系统的前端增加了相对独立的分步转化系统，其包含空气加热器、SO2风机、分步转化塔及废热锅炉，SO2风机设有第一支路烟道和第二支路烟道。通过采用本发明提供的冶炼烟气制酸系统，拓宽了进冶炼烟气制酸系统的原烟气的SO2含量范围，同时该系统提高了废热回收水平和可回收废热的品质，具有降低产品的生产成本、降低产品的综合能耗、减少尾气排放量等优点；由于分步转化系统是相对独立的，使其既适用于新建冶炼烟气制酸系统，也适用于现有冶炼烟气制酸系统的改造，对现有制酸系统的运行影响较小。

Description

一种冶炼烟气制酸系统
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种冶炼烟气制酸系统。
背景技术
由于大部分冶炼原料中均含有金属硫化物，如硫化锌、硫化铅等，在冶炼过程中会释放大量的二氧化硫，对环境污染十分严重。为此，冶炼烟气制酸技术成为解决上述问题的重要手段。目前传统冶炼烟气制酸工艺，即双转双吸制酸工艺，是指含二氧化硫(SO2)的烟气在转化器前层催化床内通过触媒接触法进行第一次转化，转化后生成的SO3进入中间吸收塔，被吸收生成硫酸，出中间吸收塔的气体返回转化器，使余下的二氧化硫在后层催化床内再次进行转化，生成的三氧化硫在最终吸收塔内被吸收生成硫酸。双转双吸制酸工艺已发展为一种成熟的制酸技术，并广泛应用于冶炼烟气制酸、硫铁矿制酸和硫磺制酸领域。
然而随着冶炼技术的发展，使得冶炼烟气中SO2含量越来越高，且氧硫比低。双转双吸制酸工艺通常处理SO2含量在6％～13.5％的冶炼烟气，若要处理高浓度冶炼烟气(指SO2含量在12.5％～35％的冶炼烟气)，就必须补充大量的空气或氧气稀释并调节氧硫比，通常采用的是在原有双转双吸制酸工艺基础上设有预转化工艺。然而如此一来，设备规格将明显变大，且可回收的废热明显减少，投资和运行费用增加，即使有可回收的废热，其品质也较低。此外，随着环保要求和能耗指标的提高，冶炼烟气制酸系统的功能需要由原来的单一硫酸生产向硫酸生产和绿色能源并举的方向发展，实现节能减排。产品工业硫酸价格受季节、地域等因素影响明显，从提高产品竞争力上考虑，降低产品运行成本，提高副产品数量和质量也是企业所期望的。
基于上述原因，亟需一种冶炼烟气制酸系统，其可以处理高浓度冶炼烟气，以解决传统工艺中的不足并适应工业技术发展的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种冶炼烟气制酸系统，该系统在现有双转双吸烟气系统的前端增加相对独立的分步转化系统，拓宽了进冶炼烟气制酸系统的原烟气的SO2含量范围，使其由原来的6％～13.5％的SO2含量的处理能力拓宽到6％～35％的SO2含量的处理能力，能够处理高浓度冶炼烟气；同时该系统提高了废热回收水平和可回收废热的品质，具有降低产品的生产成本、降低产品的综合能耗、减少尾气排放量等优点；由于分步转化系统是相对独立的，使其既适用于新建冶炼烟气制酸系统，也适用于现有冶炼烟气制酸系统的改造，对现有制酸系统的运行影响较小。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种冶炼烟气制酸系统，包含分步转化系统和双转双吸烟气制酸系统，分步转化系统的装置包含空气加热器、SO2风机、分步转化塔及废热锅炉，SO2风机设有第一支路烟道和第二支路烟道，其中：
空气加热器通过烟道与所述SO2风机的第一支路烟道连接，SO2风机的第一支路烟道出口与分步转化塔的入口连接，分步转化塔设有两个出口或在一个出口设有两个支路，其中一个出口或支路连接空气加热器形成烟道回路，另一个出口或支路连接废热锅炉入口，SO2风机的第二支路烟道出口和废热锅炉出口连接双转双吸烟气制酸系统的入口。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，分步转化塔内部设有第一床层和第二床层，SO2风机还设有第三支路烟道，第一床层的入口连接SO2风机的第一支路烟道出口，第二床层的入口连接SO2风机的第三支路烟道出口。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，空气加热器还设有一个烟道出口连接所述双转双吸烟气制酸系统的入口。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，分步转化塔与废热锅炉之间设一烟道支路连接到所述双转双吸烟气制酸系统的入口。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，烟道支路上设有温控装置。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，空气加热器与分步转化塔之间设有温控装置。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，分步转化系统的任一装置之间的烟道上均设有阀门。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，分步转化系统的任一装置之间的烟道上均设有流量控制器或氧硫比调节器。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，废热锅炉设有中压蒸汽回收管道。
根据本发明的冶炼烟气制酸系统的一个实施方式，双转双吸烟气制酸系统的入口设有温控装置。
根据上述技术方案的描述可知，本发明的冶炼烟气制酸系统，是通过在传统的双转双吸烟气制酸系统的前端增加相对独立的分步转化系统，将原本进入双转双吸烟气系统的高浓度冶炼烟气分为两部分，其中一部分烟气与少量加热过的干燥空气混合后进入分步转化系统，转化后的高温烟气经冷却降温后，再与另一部分烟气混合一起进入双转双吸烟气制酸的转化系统进行烟气制酸。
本发明的有益效果在于：
1.通过该分步转化系统，可以大大拓宽冶炼烟气制酸系统的原烟气的SO2含量，使其由原来的6％～13.5％的SO2含量的处理能力拓宽到6％～35％的SO2含量的处理能力，从而解决了双转双吸烟气制酸系统无法处理高浓度冶炼烟气的问题。
2.操作弹性大：现有的高浓度冶炼烟气制酸系统，一般要求进转化系统烟气中的SO2含量在10％以上，才能维持转化系统的自热平衡。而本发明的冶炼烟气制酸系统中分步转化系统是相对独立的，当冶炼系统在低负荷运行、原烟气中的SO2含量低时，分步转化系统可停止运行，对整套冶炼烟气制酸装置没有影响；当冶炼系统正常运行，且原烟气中的SO2含量高于传统双转双吸冶炼烟气制酸的限制时，分步转化系统投入运行，并可视原烟气中的SO2含量来调整进分步转化系统的烟气量，保证后续双转双吸烟气制酸系统能够维持自热平衡，控制烟气中的SO2含量在6％～13.5％。
3.现有的高浓度冶炼烟气制酸系统具有控制回路复杂、设备规格大、投资及运行成本高的问题。相较于现有技术，本发明的分步转化系统是相对独立的，既适用于新建冶炼烟气制酸系统，也适用于现有冶炼烟气制酸系统的改造，且对现有制酸系统的运行影响较小。
4.进入双转双吸烟气制酸系统的烟气温度一般需控制在390℃～430℃，采用本发明的冶炼烟气制酸系统，出分步转化系统的烟气温度在630℃左右。将该烟气温度从630℃冷却到390℃～430℃范围时，在高温段移出的热能品位高，有利于回收高品质的中压蒸汽或其他热能产品，同时，由于整个分步转化系统只设有一个废热锅炉，也有利于废热的集中回收。
5.与传统工艺中需补充大量空气调节SO2的含量相比，本发明的分步转化系统可以实现只需要少量空气即可满足分步转化工艺的要求，使得尾气排放量相应明显减少。
总之，本发明所提供的冶炼烟气制酸系统具有工艺简单、相对独立、操作弹性大、自动化程度高、环境污染小、能耗低等优点，可以广泛适应高浓度冶炼烟气制酸和节能减排的要求。
附图说明
图1为现有技术中高浓度冶炼烟气制酸系统的装置示意图。
图2为本发明的一个具体实施方式的冶炼烟气制酸系统示意图。
其中，附图标记说明如下：
101：空气加热器
102：SO2风机
103：分步转化塔
104：废热锅炉
105：双转双吸烟气制酸系统
I：第一支路烟道
II：第二支路烟道
A：烟道回路
B：烟道
C：烟道支路
D：中压蒸汽回收管道
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
图1为现有技术中的一种高浓度冶炼烟气制酸系统的装置示意图。如图1所示，目前高浓度冶炼烟气制酸主要通过预转化工艺实现，其工艺为：通过来自SO2风机的原烟气经冷换热器加热后，分成两部分，其中一部分与干燥空气混合后并经热换热器加热后进入预转化器，出预转化器的烟气经1#废热锅炉降温后与另一部分原烟气混合进入转化器第一床层，出转化器第一床层的高温烟气分成两部分，分别经热换热器和2#废热锅炉冷却降温后进入转化器第二床层，其后工艺与传统双转双吸烟气制酸系统的工艺流程类似。
然而这种预转化工艺存在诸多不足，如：限制了进冶炼烟气制酸系统烟气中的SO2含量(一般要求进转化系统烟气中的SO2含量在10％以上，才能维持转化系统的自热平衡)、不利于废热回收和处理超出传统冶炼烟气制酸限值的冶炼烟气、传统的冶炼烟气制酸装置设备规格大、投资及运行成本高等等。
此外，上述预转化工艺，是将稀释空气混合于冷换热器的出口烟气中，也就是与传统双转双吸烟气制酸系统需结合为一体，适用于新建冶炼烟气制酸系统。再者，进预转化的烟气中氧硫比需控制在1以上，这样，就需要在进入双转双吸烟气制酸系统前补充较大量的空气，控制采用烟气的比例调节、温度调节等，工艺复杂。
本发明的冶炼烟气制酸系统是针对现有技术中冶炼烟气制酸工艺的不足而开发的。
图2为本发明的一个具体实施方式的冶炼烟气制酸系统示意图。如图2所示，该系统包含分步转化系统和双转双吸烟气制酸系统，分步转化系统的装置包含空气加热器101、SO2风机102、分步转化塔103及废热锅炉104，SO2风机102设有第一支路烟道I和第二支路烟道II，其中：空气加热器通过烟道与SO2风机102的第一支路烟道I连接，SO2风机的第一支路烟道I出口与分步转化塔103的入口连接，分步转化塔103设有两个出口，或在一个出口上设有两个支路，其中一个出口或支路连接空气加热器101形成烟道回路A，另一个出口或支路连接废热锅炉104入口，SO2风机102的第二支路烟道II出口和废热锅炉104出口连接双转双吸烟气制酸系统105的入口。
将进双转双吸烟气制酸系统105的烟气分成两部分，一部分通过第一支路I烟道与加热过的干燥空气混合后进入分步转化塔103，一部分通入第二支路烟道II。SO2转化为SO3的反应为放热反应，故出分步转化塔103的烟气温度升高。出分步转化塔103的高温烟气一部分通过烟道回路A回到空气加热器101换热，一部分进入废热锅炉104降温冷却，之后，两部分烟气与第二支路烟道II的烟气汇合，控制烟气中SO2含量在6％～13.5％，进入双转双吸烟气制酸系统105。
当原烟气中SO2的含量较高(SO2含量在30％以上)时，在该分步转化塔103内部还设有第一床层和第二床层(未图示)，SO2风机102设有第三支路烟道，第一床层的入口连接SO2风机的第一支路烟道I出口，第二床层的入口连接所述SO2风机的第三支路烟道出口。
此时原始烟气分别通过三个支路烟道，第一支路烟道I的烟气与经空气加热器101加热过的干燥空气混合后进入分步转化塔103第一床层。SO2转化为SO3的反应为放热反应，故出分步转化塔103第一床层的烟气温度升高。出分步转化塔103的高温烟气一部分通过烟道回路回到空气加热器101换热，一部分进入废热锅炉104降温冷却，通过烟道回路换热的一部分烟气与第三支路烟道的烟气混合后进分步转化塔103第二床层，出分步转化塔103第二床层的高温烟气经废热锅炉104降温后与第二支路烟道II的烟气汇合，烟气中SO2含量控制在6％～13.5％，进入双转双吸烟气制酸系统。
在空气加热器101上还设有一个烟道B出口连接至双转双吸烟气制酸系统的入口，通过该烟道B可以根据实际需要，调节进入双转双吸烟气制酸系统的空气流量，从而调节进入双转双吸烟气制酸系统的SO2含量，确保其控制在6％～13.5％之间。
在分步转化塔103与废热锅炉104之间可以设一烟道支路C连接到所述双转双吸烟气制酸系统105的入口，部分烟气可以通过该烟道支路C直接与第二支路烟道II的烟气汇合，进入双转双吸烟气制酸系统105，用于确保进双转双吸烟气制酸系统的烟气温度。分布转化塔103出来的烟气温度可以通过设置在烟道支路C上的温控装置(TIC)监测和调控。
在上述实施例中，空气加热器101与分步转化塔103之间可以设有温控装置监测烟气温度。进分步转化系统的烟气量视原烟气的成分确定，并可通过调节干燥空气流量控制氧硫比在0.7-1.0左右，使得出分步转化塔的烟气温度控制在630℃左右，确保转化触媒在合理的温度区间内工作。
在上述实施例中，分步转化系统的任一装置之间的烟道上均可设有阀门和流量控制器或氧硫比调节器(O2/SO2)，以根据实际需要，控制各烟道烟气的进出，从而控制烟气SO2含量。使分步转化系统独立于双转双吸烟气制酸系统105，根据冶炼系统的生产实际，分步转化系统可切换为运行/停运保温模式。具体来说，当冶炼系统在低负荷运行，原烟气中的SO2含量低时，可通过关闭各烟道阀门停止分步转化系统的运行，使分步转化系统启动停运保温模式，对整套冶炼烟气制酸装置没有影响；冶炼系统正常运行，且原烟气中的SO2含量高于双转双吸烟气制酸系统105的制酸限制时，分步转化系统投入运行，并可视原烟气中的SO2含量来调整进分步转化系统的烟气量，保证后续的双转双吸烟气制酸系统105能够维持自热平衡，控制烟气中的SO2含量在6％～13.5％。
在上述实施例中，废热锅炉104还设有中压蒸汽回收管道D，通过该回收烟道D可以回收来自于分步转化器的高品质中压蒸汽或其他热能产品，同时由于整个分步转化系统只设有一个废热锅炉，通过该中压蒸汽回收管道D可以将分步转化系统的废热集中回收。
在上述实施例中，为了控制进入双转双吸烟气制酸系统105的烟气温度在390℃～430℃的范围内，可在双转双吸烟气制酸系统105的入口出设有温控装置，从而自动调节进分步转化系统的原烟气量。
本发明所述的“双转双吸烟气制酸系统”是指传统双转双吸冶炼烟气制酸工艺的装置，如本领域技术人员所知，其工作原理为，含二氧化硫的炉气在转化器前层催化床内进行第一次转化，转化后气体进入中间吸收塔，转化生成的三氧化硫被吸收生成硫酸，出中间吸收塔的气体返回转化器，使余下的二氧化硫在后层催化床再次进行转化，生成的三氧化硫在最终吸收塔内被吸收生成硫酸。按照催化床层数的不同，可有(3+1)型四段转化、(2+2)型四段转化和(3+2)型五段转化等几种模式。
本发明的分步转化系统采用原烟气分步稀释的方式进行，允许进分步转化的烟气有较小的氧硫比，可在氧硫比为0.7～1.0下运行。这样，稀释空气量或氧气量将明显较少，相应的尾气排放量会减少。
本发明所述的分布转化塔主要通过转化触媒催化SO2到SO3的转化反应，所述转化触媒优选为低温含铯的触媒，也可选用本领域普通技术人员可知的任一可实现催化反应进行的触媒。
与传统的双转双吸烟气制酸系统相比，本发明增设了分步转化系统的冶炼烟气制酸系统，系统阻力增加3kPa～4kPa，但对二氧化硫风机的选择没有明显影响。本领域普通技术人员可知，二氧化硫风机是冶炼烟气制酸系统的核心设备，根据《冶炼烟气制酸工艺设计规范》GB 50880-2013中二氧化硫风机选择的相关规定，传统的冶炼烟气制酸装置的二氧化硫风机压头有4kPa～8kPa的富余，故对现有采用传统工艺的冶炼烟气制酸装置，增设分步转化系统是不需要改造二氧化硫风机的，对二氧化硫风机的选择没有明显影响。
总之，本发明的冶炼烟气制酸系统，解决了高浓度冶炼烟气制酸难处理的问题，通过增设了分步转化系统，拓宽了进冶炼烟气制酸系统的原烟气的SO2含量范围，使其由原来的6％～13.5％的SO2含量的处理能力拓宽到6％～35％的SO2含量的处理能力，能够处理高浓度冶炼烟气；本发明的分步转化系统还可根据冶炼系统的生产负荷、精矿成分等因素的变化，确定分步转化系统的运行与否及进分步转化系统烟气量的大小；此外，该系统既适用于新建的冶炼烟气制酸装置，也适用于现有冶炼烟气制酸装置的改造，对现有冶炼烟气制酸装置的运行影响很小，适用性广。
本领域普通技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求书限定。

Claims (8)

1.一种冶炼烟气制酸系统，其特征在于，包含分步转化系统和双转双吸烟气制酸系统，
所述分步转化系统的装置包含空气加热器、SO2风机、分步转化塔及废热锅炉，所述SO2风机设有第一支路烟道和第二支路烟道，其中：
所述空气加热器通过烟道与所述SO2风机的第一支路烟道连接，所述SO2风机的第一支路烟道出口与所述分步转化塔的入口连接，所述分步转化塔设有两个出口或在一个出口上设有两个支路，其中一个出口或支路连接空气加热器形成烟道回路，另一个出口或支路连接废热锅炉入口，所述SO2风机的第二支路烟道出口和废热锅炉出口连接双转双吸烟气制酸系统的入口；
所述分步转化系统的任一装置之间的烟道上均设有阀门，所述分步转化系统的任一装置之间的烟道上均设有流量控制器或氧硫比调节器。
2.如权利要求1所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述分步转化塔内部设有第一床层和第二床层，所述SO2风机还设有第三支路烟道，所述第一床层的入口连接所述SO2风机的第一支路烟道出口，所述第二床层的入口连接所述SO2风机的第三支路烟道出口。
3.如权利要求1或2所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述空气加热器还设有一个烟道出口连接所述双转双吸烟气制酸系统的入口。
4.如权利要求1或2所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述分步转化塔与废热锅炉之间设一烟道支路连接到所述双转双吸烟气制酸系统的入口。
5.如权利要求4所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述烟道支路上设有温控装置。
6.如权利要求1或2所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述空气加热器与分步转化塔之间设有温控装置。
7.如权利要求1或2所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述废热锅炉设有中压蒸汽回收管道。
8.如权利要求1或2所述的冶炼烟气制酸系统，其特征在于，所述双转双吸烟气制酸系统的入口设有温控装置。
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