制酸系统净化工序电除雾器维修与改造实践_刘建萍.pdf

硫酸工业Sulphuric Acid Industry第 11 期2022 年 11 月No.11Nov.2022制酸系统净化工序电除雾器维修与改造实践刘建萍，陈洪春，张均杰（烟台国润铜业有限公司，山东烟台 264002）摘要：针对制酸净化工序 2 台聚氯乙烯塑料、2 台铅电除雾器在运行中出现的问题，及时进行了维修、更新和改造，最终都改为导电玻璃钢电除雾器。改造后 4 台电除雾器运行稳定，净化出口硫酸雾()在 5 mg/m3以下。改造实践表明，导电玻璃钢电除雾器适合在行业内推广使用。关键词：硫酸生产净化工序电除雾器维修与改造导电玻璃钢中图分类号：TQ111.16 文献标志码：B 文章编号：1002-1507(2022)11-0019-06Maintenance and reformation practice of electric defogger in acid purification processLIU Jianping,CHEN Hongchun,ZHANG Junjie(Yantai Guorun Copper Industry Co.,Ltd.,Yantai,Shandong,264002,China）Abstract:In view of the problems occurred in the operation of 2 sets of PVC plastic and 2 sets of lead electric mist eliminators in the acid making and purification process,they were repaired,updated and transformed in time,and finally changed to conductive FRP electric mist eliminators.After the transformation,four electric demisters operate stably,and the acid mist()at the purification outlet is below 5 mg/m3.The transformation practice shows that the conductive FRP electric mist eliminator is suitable for promotion and use in the industry.Key words:sulphuric acid production;purification process;electric demister;maintenance and transformation;conductive FRP电除雾器是烟气制酸系统净化工序的关键设备，其作用不仅是除去烟气中的硫酸雾，而且可以除去烟气中其他微量杂质。净化工序的工艺指标直接影响到干吸、转化工序的工艺指标，GB 508802013冶炼烟气制酸工艺设计规范中要求出净化（或干燥塔入口）烟气中硫酸雾()5 mg/m3，硫酸雾指标超标亦会引起其他杂质超标，原因是采用湿法稀酸净化工艺，烟气在洗涤过程中，当三氧化二砷和二氧化硒结晶首先出现时，便会与炉气中的细小矿尘一起成为硫酸雾的凝聚核心，而被溶解在硫酸雾中，因此，清除三氧化二砷、氟化氢和二氧化硒的任务，以及去除矿尘的任务，便同清除硫酸雾的任务结合在一起了1。硫酸雾超标会对生产造成危害，硫酸雾中的砷氟杂质到一段催化剂床层，会使催化剂中毒、结块、粉化，转化率降低；硫酸雾中的烟尘进入成品酸中，会影响成品酸质量。硫收稿日期：2022-08-01。作者简介：刘建萍，男，烟台国润铜业有限公司制酸车间主任，工程师，从事生产技术管理工作。电话：[phone]；E-mail：。酸雾本身对风机叶轮会产生不均匀腐蚀，破坏动平衡，使风机振动加大；硫酸雾腐蚀干燥塔出口到冷热换热器入口烟气管道，会产生大量的酸泥。因此，硫酸雾指标是非常重要的工艺指标，保证硫酸雾达标是制酸生产顺利进行的前提。烟台国润铜业有限公司（以下简称国润铜业）目前冶炼产能为 100 kt/a，硫酸产能为 370 kt/a，配套的净化工序 1995 年投产，采用绝热增湿稀酸洗涤+两级冷却+两级电除雾流程，2 台一级电除雾器位于一级间接冷却器后，2 台二级电除雾器位于二级间接冷却器后，两并两串。之所以如此配置，硫酸工业202022 年第 11 期是由于当时国内导电玻璃钢电除雾器正处于研制阶段，市场上主流是塑料电除雾器，而铅电除雾器是新产品，铅电除雾器虽然除雾效果好，但造价高于塑料电除雾器。综合考虑投资与效率的关系，一级采用 2 台塑料管电除雾器（烟气走向由西到东，南台为 1#、北台为 3#），二级采用 2 台铅管电除雾器（南台为 2#、北台为 4#）的配置。1电除雾器结构电除雾器按材质分主要有铅制、塑料制、玻璃钢制三种。按沉淀极形状分为管式、板式和蜂窝式三种2，净化工序的 4 台电电除雾器均为管式结构。塑料电除雾器承重于钢结构框架上，由上集气箱、沉淀极装置、下集气箱、气体分布板、绝缘箱等组成，阳极管为270 mm4 000 mm 硬聚氯乙烯管，厚度为 10 mm，共 258 支管，管束分为6组。铅电除雾器壳体为钢衬砖结构，侧面内衬 3 mm 石棉板，砌 113 mm 厚的耐酸瓷砖，底部衬 4层砖，用酚醛胶泥打斜面，以利于稀酸的排出，顶盖下部搪铅厚度为 5 mm，壳体中间有一个中心柱，用于支撑花盘。花盘为钢结构包铅，厚度 300 mm，共 258 个孔，外包 3 mm 铅板，阳极管为256 mm4 000 mm 铅管，厚度为 3 mm，铅管焊在花盘孔中。塑料和铅电除雾器阴极大梁为整体包铅结构，阴极线与重锤吊挂在阴极框架上，上框架通过吊杆与绝缘箱的锥形石英管相连。锥形石英管置于顶盖的保温箱内，保温箱内设有电加热器进行加热，箱体用复合硅酸盐保温材料进行保温，厚度为 100 mm。塑料电除雾器外型见图 1，铅电除雾器外型见图 2。图1 塑料电除雾器外型图2铅电除雾器外型电除雾器设计主要参数见表 1。表1电除雾器主要设计参数项目塑料电除雾参数备注铅电除雾参数备注设备结构形式立管式，上进下出一级立管式，上进下出二级壳体材质聚氯乙烯钢衬瓷砖封头材质聚氯乙烯钢结构搪铅外型尺寸/mm5 82513 6726 40011 400管束材质聚氯乙烯铅管束规格/mm270104 00025634 000管束数量/根258分为6组258分为1组总流通面积/m212.6612.66放电极形式和材料铅锑合金铅锑合金处理烟气量/(m3h-1)30 00030 000进口烟气温度/5040操作压力/Pa-6 000-8 000供电电源72 kV，300 mA72 kV，300 mA电加热器功率/kW24分为4组18分为3组本体阻力/Pa 500 500本体漏风率/%11212电除雾器的运行情况及问题1995 年投产初期，冶炼负荷低，制酸能力富裕，问题较少。随着使用年限的增加，4 台设备逐渐暴露出一些问题，影响送电电压，使净化指标变差。2.1包铅部位腐蚀严重铅电除雾器顶盖为搪铅结构，花盘、大梁、小梁、吊杆、阴极丝为包铅结构；塑料电除雾器大梁、小梁、吊杆、阴极丝为包铅结构。阴极大梁、小梁、阴极吊杆包铅部位使用一段时间会腐蚀开裂；铅电除雾器花盘包铅部位腐蚀开裂，造成花盘腐蚀，局部下沉，阴阳极距发生变化或短路。采用铅板包铅防腐的部件在焊接过程中易产生夹渣，形成微孔，夹渣实质是铅的氧化物，容易与酸发生反应，造成铅皮穿孔3，铅皮穿孔后，稀酸与钢结构件发生如下反应：Fe+H2SO4(稀)FeSO4+H2FeSO4+7H2O FeSO4 7H2O硫酸亚铁在无水时是白色的，而烟气含有水分，最终产物是含有 7 个结晶水的铁盐。金属铁的密度为 7 850 kg/m3，七水硫酸亚铁的密度为 1 899 kg/m3，铁腐蚀后体积变成原来的 4 倍多，体积涨大后，造成外包的铅皮鼓包，达到一定程度后，铅皮产生裂缝，更加重了钢结构腐蚀。搪铅部位由于铅和钢紧密接触，寿命较长。铅电除雾器包铅花盘腐蚀情况见图 3，包铅大梁腐蚀情况见图 4。图3铅电除雾器包铅花盘腐蚀情况图4包铅大梁腐蚀情况2.2塑料电除雾器内外部塑料逐渐老化由于长期使用，受气流冲击、硫酸腐蚀、外表阳光照射、烟气温度高等因素的影响，电除雾器内部上下花盘焊口开裂，封头产生裂纹，部分阳极管束变型，下部气体分布板变型凸起。2.3除雾效率低电除雾器除雾效率与工况（气量、流速、温度）、阴阳极结构及电源有关。烟气工况无法改变，从阴阳极结构、电源方面考虑提高除雾效率。阴极线为老式结构：电晕极线选用 2 mm 钢丝外包 3 mm 铅皮的六角线，存在起弧电压高，放电效果差，易腐蚀断线的问题。高压电源效率低：主压电源选用的老式高压电源，电场的二次电压、二次电流随工况的波动而波动，造成净化指标的波动。2.4绝缘箱内石英管放电每台铅电除雾器有 3 个、塑料电除雾器有 4 个锥形石英管，用于吊挂支撑阴极系统，将高压电送入电除雾器内。有时会出现石英管内放电现象，从外部可以听到放电声音，此时送电电压波动，如击穿，会引起电气系统跳闸，发出声光报警。2.5电除雾器冲洗系统冲洗效果较差在 2 台一级电除雾器的上封头内各设有一套冲洗装置，由 2 排冲洗环管组成，环管上开 6 mm 的喷淋孔，喷淋孔成一定的角度，人工定期冲洗，间接冷却器共用冲洗泵和循环槽。正常生产时，冲洗泵用于冲洗间接冷却器，冲洗电除雾器时，停止冲洗间接冷却器。每次冲洗后，花盘、管束、阴极线局部有浮灰，需要人工进入电除雾器内再进行冲洗。3电除雾器维修、更新和改造针对电除雾器存在的上述问题，及时进行了维修、更新和改造。3.1包铅部位维修1）针对大梁、小梁、阴极吊杆等包铅部位的腐蚀情况，技术人员采用阻燃玻璃钢对腐蚀部位进行修复后继续使用，大修期换新。2）2002 年铅电电除雾器花盘钢结构骨架腐蚀，造成阴阳极短路，大修期间对短路的铅管进行拆除，更换为同尺寸的 PVC 塑料管，对花盘上部腐蚀的部位进行焊铅维修。包铅部位局部损坏采用阻燃玻璃钢维修，大修时全部更新。采购备件时，选用业绩多、口碑好的厂家，并对制做厂家提出质量要求，要求采用高纯度的铅板制做，质保期为 2 年。刘建萍等.制酸系统净化工序电除雾器维修与改造实践硫酸工业222022 年第 11 期3.2塑料电除雾器老化维修前期外部维修采用贴 2 层玻璃布的方法，效果不好，后期维修采用清除焊缝老化部分，露出塑料本色，用焊条进行修补，并增加筋板的维修方案。3.3提高除雾效率1）采用新型阴极线。阴极线是一种重要的部件，其性能的好坏直接影响除雾效率的高低。包铅六角线更换为新型全铅质芒刺线，具有起晕电压低，电流密度大，不易断线，除雾效率高的优点。2）高压电源采用恒流源。将 2#、4#电除雾器高压电源更换为 HL-3 恒流源，采用国内产品，其优点是可以保证输出的二次电流不因工况的变化而变化，从而保持净化指标的稳定。3.4避免绝缘箱内石英管放电锥形石英管内部爬电，严重时石英管放电击穿，检查发现石英管内部有硫酸雾冷凝的痕迹。绝缘箱内电加热器采用人工控制温度，控制不精准，能耗高，工人劳动强度大。采取如下措施进行改进：1）改进绝缘箱保温。强化了绝缘箱的保温，侧面保温层做了防水处理，绝缘箱顶部增加了保温层防雨帽，检修后不会破坏保温层。2）石英管密封采用高标准垫片。垫片由 3 mm厚的普通石棉垫片改为采用 XB450 标准的高温高压石棉垫片。3）绝缘箱加热器改为自动温度控制。控制指标为(12010)，使绝缘箱内的气体温度在露点以上，确保石英管干燥。3.5提高冲洗系统冲洗效果原冲洗装置环管管孔易堵塞，将冲洗围管由开孔的结构改为单旋流喷头，具有喷淋均匀，雾化效果好，喷头不易堵塞的优点。改造后除阴极丝底部较硬的部分需要人工清理外，其余松软酸泥都可冲洗干净。3.6设备更新1）4#铅电除雾器花盘出现问题，2002 年采用塑料管代替铅管进行维修，使用一年后出现花盘局部腐蚀下沉送不上电的问题，将部分花盘封堵后继续使用。在 2003 年大修期，4#铅电除雾器整体更换一个新花盘和 258 根铅管等。2）2 台塑料电除雾器经多次维修，下部封头出现大的裂纹，无法维修，存在隐患。2017 年为与熔炼改造配套，将 2 台塑料电除雾器更新为内切圆为300 mm六角型蜂窝式聚氯乙烯塑料电除雾器，管束长度为 4.5 m，提高了烟气处理能力。3.7改造为导电玻璃钢电除雾器1）4#铅电除雾器花盘和铅管更新后，3#、4#铅电除雾器相继出现花盘腐蚀下沉的问题。经过论证，2 台铅电除雾器壳体可利旧，将花盘、管束、大梁、顶盖、大梁更新，管束更换为内切圆为 300 mm六角型管束，管束长度4.5 m，厚度3 mm，分4组，改造于 2017 年、2018 完成。铅电除雾器内部衬砖见图 5，铅电除雾器改为导电玻璃钢管束见图 6。图5铅电除雾器内部衬砖图6铅电除雾器改为导电玻璃钢管束2）2020 年 2 台塑料电除雾器改为导玻璃钢材质。2017 年新上 2 台塑料电除雾器，与熔炼技术改造同步投入运行。技改后，冶炼采用 80%以上高富氧浓度熔炼，冶炼负荷加大，净化入口烟气二氧化硫浓度、含水量、温度增加，净化入口烟气温度由 210 提高到 270，增加了净化系统的热负荷。烟气二氧化硫浓度的增加，有利于保证系统的水平衡，所以净化冷却水系统未进行改造。技改前塑料电除雾器进口温度在 4952，技改后塑料电除雾器进口温度在 5558，提高了 6。2019年小修例行检查时发现电除雾器管束局部出现变形，分析原因是塑料电除雾器使用温度超过了设计使用温度 50。塑料电除雾器上封头修补情况见图 7，塑料电除雾器管束变形情况见图 8。为防止事态继续恶化，影响熔炼生产，公司决定将 216 管正六角型内切圆为 300 mm 的塑料电除雾器更换为导电玻璃钢电除雾器，并在 2020 年 4月大修期间实施完成。改造时，原有钢结构、电器、23图7塑料电除雾器上封头修补情况图8塑料电除雾器管束变形情况绝缘箱、重锤等利旧，其余全部更新。新增2台导电玻璃钢电除雾器参数见表2。改为导电玻璃钢电除雾器后，管束数量由 258根减少为 216 根，管束内径由250 mm 增加到的300 mm，管束长度由 4.0 m 增加到 4.5 m，流通面积由 12.66 m2增加到 16.82 m2，阳极集尘面积由50.64 m2增加至 75.69 m2，增加了约 50%，处理能表22台导电玻璃钢电除雾器参数项目参数备注设备结构形式立管式，上进下出壳体材质玻璃钢封头材质玻璃钢外型尺寸/mm5 82513 672管束材质玻璃钢管束规格/mm30634 500正六角型，内切圆300管束数量/根216总流通面积/m216.82放电极形式和材料铅锑合金处理烟气量/(m3h-1)30 000进口烟气温度/70操作压力/Pa-10 000供电电源72 kV，300 mA电加热器功率/kW24本体阻力/Pa300本体漏风率/%1力大大增加。每台电除雾器的压降减少了100200 Pa。至此，净化系统4台电除雾器全部改为导电玻璃钢电除雾器，改造后电雾二次电压和二次电流运行平稳，净化出口硫酸雾()长期稳定在5 mg/m3以下。改造前后一、二级电除雾器指标对比见表3。由表 3 可以看出，改造后一、二级电除雾器（1#、3#电除雾器用普通高压电源，2#、4#电除雾器用的是恒流源）二次电压和电流均提高，除雾效率明显提高，风机出口硫酸雾()在 5 mg/m3以下；每台电除雾器整体压降降低 50100 Pa。改造前，每个大修周期（1 年半左右）都需要筛分催化剂，改造后2 个大修周期筛分一次催化剂，取得了较好的效果。4结语铅的导电性好、耐稀酸及各种离子的腐蚀性较好，适合用作电除雾器的管束材料，因而铅电除雾器有较高的除雾效率。铅电除雾器制做铅材、钢材用量多，施工安装工作量大，造价高，外包铅板防腐需要现场人工焊接，质量难以保证，铅是重金属，焊接时可能会对人体产生危害，这些都制约着铅电除雾器的发展。塑料电除雾器 PVC 管为疏水性，其表面不易形成连续性水膜，有效导电面积远小于沉淀极总面积，一般只有 60%左右，导电性能不好导致除雾效率低下4，且塑料易老化，耐温低，可用在对净化指标要求不严的场合。导电玻璃钢依靠管束碳纤维导电，有良好的导电性和阻燃性，除雾效率高，采用无焊一次成型技术，维修量小，克服了塑料电除雾器材质易老化、导电性不好、焊接存在的焊缝、耐温低和铅电除雾器材料成本高、焊接质量难以保证的缺点，具有较高的性价比，值得（下转第33页）表3改造前后一、二级电除雾器指标对比项目一级电除雾器二级电除雾器二次电压/kV 二次电流/mA压降/Pa二次电压/kV 二次电流/mA 压降/Pa 风机出口硫酸雾()/(mgm-3)改造前4280约2004550约1507.9改造后45100约10050200约1004.1刘建萍等.制酸系统净化工序电除雾器维修与改造实践33（气速选择 1.6 m/s），高浓度吸收塔（塔径大）的喷淋密度能够满足设计要求，即可满足设计要求。高浓度吸收塔中吸收液的喷淋密度为 4.4 m3/(m2 h)，符合填料塔喷淋密度大于等于 2 m3/(m2 h)的要求。根据式(3)计算解吸系统蒸汽消耗量为 7.2 t/h，每 t SO2消耗蒸汽量为 5.6 t。采用多流路吸收模型的蒸汽单位消耗量较传统吸收模型降低约 11.11%，此经济效益非常可观。对于整体有机胺脱硫工艺而言，低浓度烟气增加的总硫量很少，有机胺脱硫吸收液具有弹性吸收性能，低浓度烟气增加的 SO2量，对高浓度烟气吸收解吸系统不影响，因此吸收解吸系统不需额外增加设备和运行成本。5结语烟气中的 SO2浓度越高，有机胺脱硫系统的单位蒸汽消耗量越低。针对 SO2浓度较低的烟气，脱硫系统可以通过优化吸收液循环量、吸收塔塔径、填料选型等参数降低解吸蒸汽消耗量，从而降低整个系统的运行成本。参考文献：1 李鹏,文乐,李焕湘.有机胺脱硫系统热能回收技术探讨J.硫酸工业,2020(5):50-53.2 王晓承.可再生有机胺脱硫工艺研究D.石家庄:河北科技大学,2012.3 翁淑容.有机胺湿法烟气脱硫实验研究D.南京:南京理工大学,2007.4 谭自强.HSJ有机胺脱硫工艺在铅锌冶炼烟气治理中的应用研究D.长沙:湖南大学,2016.5 孟繁刚.烧结烟气余热用于有机胺脱硫解吸的可能性分析与研究J.冶金环境保护,2012(4):17-19.6 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