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论SO3发生率影响因素及处理措施(王官华2020.2月15日)—翻页版预览

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论SO3发生率影响因素及处理措施(王官华2020.2月15日)

降低“双闪”铜冶炼制酸烟 SO3 发生率及 SO3 发生率对制
酸的影响

影响闪速炉工况的不确定因素增加,SO3 发生率阶段性高涨成为
制约满负荷生产的瓶颈之一。通过对影响 SO3 发生率主要因素进行
系统分析,找到最关键的影响因素并针对性加以控制,SO3 发生率
得到有效控制。东南铜业闪速熔炼( FSF)和闪速吹炼( FCF)生产过
程所产生的烟气经锅炉回收余热及电收尘器除尘后,送往制酸系统生
产硫酸。随着产能提升,“双闪”进入满负荷生产期。原料品质的波动、
影响闪速炉工况的不确定因素增加,使得闪速炉烟气 SO3 发生率阶
段性高涨,废酸酸度快速增加,一级动力波出口气温明显上涨,最高
至 83℃,带来出口温度联锁风险(两点温度 85℃联锁)。由此带来
制酸系统废酸处理工序石膏产量大幅增加,相关设备负荷急剧增大,
资源及动力消耗增加,设备腐蚀加剧,硫资源利用率降低、浪费等影
响;另一方面,废酸处理工序负荷过大时,闪速炉被迫降低负荷以适
应废酸系统,导致生产运行成本和操作劳动强度增加,同时给安全生
产带来了不确定隐患。闪速炉烟气的 SO2 浓度高,且含有一定量的
氧气,在一定的条件下,在进入制酸系统之前有部分 SO2 转化为
SO3。不考虑系统漏风影响,理论上烟气中的含氧主要由两部分组成:
一部分为进入闪速炉中的氧气未完全反应,没有耗尽,即闪速炉氧气
使用效率未达最优,称之为“残氧”。( 下同) 。其随着烟气进入排烟
系统,在余热锅炉中部分 SO2 转化为 SO3 ; 另一部分为减少锅炉
烟尘的黏结,冶炼采用在余热锅炉对流部之前通入一定量的氧气和空

气(盐化用氧),将烟尘中铜的硫化物转换为硫酸盐,使烟尘更加松
散干燥。在烟尘硫酸盐化过程中,部分 SO2 转化为 SO3,促使了
SO3 发生率上升。闪速炉烟气中 SO3 发生率上升,废酸浓度随之上
涨,增加了废酸处理工序的成本; 此外烟气中 SO3 发生率上升提高
了烟气露点,加剧了烟系统中设备的腐蚀,并降低了电收尘器的收尘
效率,因此严重地制约了工厂长周期生产运行。
1. 理论分析
1. 1 烟气温度影响
从热力学角度而言,烟气中 SO2 要转化成 SO3,温度必须低于
785 ℃,反应才能向生成 SO3 的方向进行,且温度越低越有利于
SO3 的生成; 从动力学的角度,温度升高,有利于加快反应的进度;
另一 方面,温度升高,可增加催化剂活性,进而降低 SO3 生成反
应的活化能,从而加快反应速率。据有关文献介绍,有催化剂存在的
条件下,SO3 生成的最佳温度为 400 ~ 500 ℃。从热力学和动力学
方面,生产技术人员很难断定 SO3 生成的最佳温度范围。但从生产
实践出发,闪速炉排烟系统中只有闪速炉余热锅炉对流部温度满足
SO3 生成条件,即 SO3 生成区域有可能集中在闪速炉余热锅炉的对
流部。选定闪速炉余热锅炉对流部温度为控制参数进行试验。一定工
况条件下,通过变更工艺操作,如调整锅炉振打、上升烟道天然气量
等,以改变 锅炉各区域温度,来测试闪速炉余热锅炉对流部温度变
化对 SO3 发生率的影响。

1. 2 烟气中 O2 浓度影响从化学反应方程式 SO2 +1 /2O2 → SO3
可得到 pSO3 =Kp×pSO2 ×p0. 5 O2 ,当温度一定时,Kp 和 SO3 浓
度可近似认为是常量。因此在 SO3 生成温度区域内,SO3 发生率将
随烟气中 O2 浓度的增加 而上升(富氧)。烟气中氧量主要来自于闪
速炉炉体和余热锅炉本体的 漏风、反应塔氧利用率偏低导致的“残
氧”、为改善烟尘性质鼓入的盐 化氧和盐化风等。余热锅炉检修,探
灰过程系统进入空气,引起三氧化硫发生率高。
1. 3 烟气中 SO2 浓度影响
假设烟气中 O2 浓度和温度不变,SO3 浓度与 SO2 浓度成线性关
系。当冶炼工艺条件确定后,烟气中 SO2 浓度可认为是常值。在
FSF+FCF 两炉装入量稳定、无配料变更的前提下,SO2 浓度变化很
小,因此不作为研究对象。
1. 4 催化剂影响
要使反应向生成 SO3 的方向进行,除提高 O2 浓度、SO2 浓度和
控制反应温度外,另一个十分重要的条件就是催化剂。相关研究发现,
烟气中 Fe2O3 可作为生成 SO3 的催化剂,会加速 SO2 向 SO3 转
化。催化剂的存在对 SO3 发生率所产生的影响,从工艺操作角度去
控制并不容易实现,因此不作为研究对象。
2 研究过程
2. 1 检测 SO3 发生率方法的确定

2. 1. 1 通过酸浓化学分析法确定因制酸系统净化工序为动力波洗涤
器稀酸湿法洗涤,冶炼烟气中 SO3 的含量变化在一级动力波洗涤器
循环酸中得到即时体现,也就是常说
的废酸浓度。SO3 发生率升高,烟气中 SO3 含量增加,废酸浓度上
升。通过取样化验分析,得出净化入口烟气 SO3 含量高,净化一级
动力波洗涤器循环液废酸浓度上涨。
2. 1. 2 通过净化一级动力波洗涤器出口烟气温度高低确定根据生产
经验,在投料量一定的情况下,一级动力波洗涤器出口烟气温度变化
能间接反映闪速炉三氧化硫发生率变化。
FCF 残氧浓度上升,导致一级动力波洗涤器出口烟气温度上升。这
主要是因为 FCF 残氧浓度上升, 导致吹 FCF 余热锅炉内生成的
SO3 量增加,烟气经过一级动力波洗涤器洗涤时,SO3 和 H2O 反
应放热,出口烟气温度上升。因此,可通过一级动力波洗涤器出口烟
气温度的变化来反映 SO3 发生率的变化。但一级动力波洗涤器出口
烟气温度波动较大,可做为辅助参考依据。净化根据酸度分析数据及
一级动力波出口温度调整补水量控制净化酸度。
2. 2 烟气温度与 SO 发生率的关系
通过人为地改变工艺操作,把闪速炉余热锅炉辐射部出口温度分别控
制在 580 ~620 ℃,用于测试闪速炉余热锅炉辐射部出口温度的变
化对 SO3 发生率的影响。FSF 残氧浓度的高低反映熔炼炉精矿喷嘴
反应效果( 即氧利用率) 。残氧浓度越高,说明未完全反应,氧利用
率越低。炉况控制追求较低的残氧浓度。高负荷装入量下,精矿品质

越好,参数越优化,精矿颗粒在反应塔空间径向分布更加均匀,对塔
内颗粒的均匀反应有利。投料量降低或矿源差、控制参数不合理,导
致氧利用率降低,残氧浓度上升,导致锅炉 SO3 发生率上升,废酸
浓度上涨。
FCF 残氧浓度
吹炼炉残氧浓度的高低反应吹炼炉冰铜喷嘴反应效果( 即氧利率) 。
残氧越高,说明未完全反 应,氧利用率越低。炉况控制追求较低的
残氧浓度。
2. 3 生产经验结果
从经验可得出如下结论:
(1) SO3 的生成区域主要集中在闪速炉余热锅炉 辐射部和对流部
前段。
(2) SO3 发生率随余热锅炉辐射部出口温度上升而下降。
(3)闪速炉烟气残氧浓度升高会加大 SO3 的发生率。
3. 1 闪速炉余热锅炉对流部温度控制
通过改变工艺操作,如调整锅炉辐射部振打及 吹灰器的运行周期,
加强炉况管理等,合理控制闪速炉余热锅炉辐射部出口温度。熔炼炉
和吹炼炉锅炉出口温度控制在 600 ℃以上,但温度不是越高越好锅
炉辐射部出口温度过高,会促进锅炉辐射部结大块,不利于锅炉对流
部和电收尘器的运行。熔炼炉余热锅炉辐射部出口温度一般控制在
600 ~620 ℃,吹炼炉锅炉辐射部出口温度控制在 600 ~ 650 ℃较
为合适。

3. 2 闪速炉烟气残氧浓度控制 3. 2. 1 烟气残氧浓度的影响因素
在喷嘴及参数没有大幅调整的情况下,两炉残氧 浓度主要和原料品
质有关,吹炼炉残氧浓度主要和冰铜粉含钠盐和 SiO2 含量有关熔炼
炉残氧浓度主要和铜精矿品质( 进口矿品质,冷料配比及国产矿比
率) 、投料量及在线清理锅炉等有关,主要有以下关系:
1) 冰铜粉含钠盐过高,吹炼炉喷嘴易黏结,冰铜粉反应活性下降,
造成反应效率下降,氧利用率下降,残氧浓度上升,SO3 发生率上
升。
2) 冰铜粉含 SiO2 过高,吹炼炉炉况恶化,残氧浓度上升,SO3 发
生率上升。
3) 铜精矿品质好,反应效率高,熔炼炉残氧浓度低,SO3 发生率低。
4) 熔炼炉高投料量残氧浓度低,低投料量残氧浓度高。吹炼炉降低
投料量可改善炉况,降低残氧浓度。
5) 熔炼炉在线清理锅炉会造成废酸浓度迅速上涨。
3. 2. 2 烟气残氧浓度的控制手段
1) 合理均衡配料,尽量避免差品质铜精矿集中 配料的情况发生,进
行长线的预配料管理,提前均衡的对低品质精矿进行削峰处理,减少
原料波动对 熔炼炉炉况、烟气残氧浓度造成不良影响。
2) 保证熔炼炉高投料量稳定生产,减少锅炉在线清理时间。
3) 严控熔炼炉冰铜排放,实行严格的高低铜面 以及排放周期的管
理,并且对 FSF 产出冰铜实行反馈预控,万一出现高硅冰铜,实行

开路后少量多次配入管理,减少冰铜带渣对吹炼炉的影响。4) 加强
水淬水的置换,将水淬水含 Na 质量浓度控制在 5 g /L 以内,以降
低水淬水中 Na 盐对冰铜 的吸附量,降低对 FCF 反应的影响。
5) 加强两炉喷嘴及风动溜槽的清理和维护,并根据不同原料和实际
工况对控制参数进行优化。当原料品质发生较大变化时,可通过调整
工艺参数 来改善炉况和降低 SO3 发生率。由于工艺参数的调整还
会 影响到反应塔冲刷、炉体安全、锅炉结大块及烟尘性质等调整参
数需
权衡利弊把握平衡。经过生产实践,工艺参数和残氧浓度有如下关系:
①熔炼和吹炼适当提高分布风可降低残氧浓度,但分布风过高不利于
反应塔挂渣和锅炉黏结; ②适度提高反应温度,通过降低烟灰装入
量、提高中央天然气用量等手段,可降低吹炼炉残氧浓度。

冶炼有效控制和调整解决 SO3 发生率高的问题。铜酸稳定生产,
协调控制,确保了铜冶炼高负荷运行及生产稳定顺行。

东南铜业 王官华
2020 年 2 月 15 日

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