3.8 冶炼烟气制酸

    根据冶炼烟气的特点，本规范将综合能耗指标按烟气二氧化硫浓度划分为三个区间，即：

    第一区间：二氧化硫浓度在3.5％～5.0％(不含)之间，按常规接触法制酸不具备采用两转两吸工艺的条件，其适用工艺为一转一吸；

    第二区间：二氧化硫浓度在5.0％～8.0％之间，适用两转两吸工艺，但可供回收的余热很有限；

    第三区间：二氧化硫浓度高于8.0％，适用两转两吸工艺，余热回收潜力随浓度提高而增大。

    单位产品综合能耗指标是根据表16所列的基础资料计算得出的。

表16  单位产品综合能耗指标计算的基础数据

    本规范冶炼烟气制酸综合能耗指标范围不包括：

    尾气吸收系统能耗，其直接受副产品方案及其工艺影响，差异很大，应按各类副产品另行确定其单位产品能耗，故不列入本规范范围；

    废酸废水处理能耗，因各厂配置情况可能相差很大，既有制酸单独配置废酸废水处理系统的，也有全厂集中配置废酸废水处理系统的，难以设立一个统一的能耗标准，故废酸废水处理能耗指标也未纳入本规范之内。

    废热利用所回收的能量未计入综合能耗指标中。

3.8.2  本条对冶炼烟气制酸应采取的节能措施作出规定。

    1  有色金属冶炼厂普遍存在多点源产生含二氧化硫烟气的情况，设计中采取将多气源尽可能合理归并的措施，不仅可使部分难以单独制酸的烟气也能被用于制酸，使硫资源得以充分利用，减少低浓度二氧化硫烟气对环境的污染危害和治理难度，减少占地、投资和运行费用，而且能起到节约能源的作用。

    硫酸生产装置大型化已成为国内外硫酸发展的共同趋势，单系列装置比多系列装置在提高劳动生产率、减少单位产品投资、降低运行成本和能耗等方面均体现出其巨大的优势。我国近年新建的大型单系列烟气制酸装置，处理烟气量多在120km³/h(标准状态下)以上，个别已达到200km³/h(标准状态下)，故提出对200km³/h(标准状态下)以下的烟气量新建装置宜采用单系列制酸。

    2  冶炼烟气制酸过程中，在二氧化硫主鼓风机前的净化和干燥阶段，烟气流均处于负压操作状态之下，设备、管道密封不良将会吸入外界空气，无谓增加单位产品的处理气量，额外加大系统能耗，故在设计中应加强负压系统设备和管道的密封性，尽量避免非工艺需要或非改善环境条件需要的额外空气的漏入。

    对于二氧化硫浓度高、氧量不足，需要通过补入空气对烟气进行稀释和调节氧硫比的场合，仍应强化净化系统的密封，空气补入 点应集中于干燥塔入口，以有利于减轻净化系统的负荷和能耗。

     根据实际需要，净化系统排出废酸的脱吸、稀酸容器逸出气的收集乃至电除雾器的热空气吹扫等都会向系统内带入空气，这是生产与环境所需的，然而也是可控的，只要加强设计与生产控制，净化系统漏风率控制在5％以内是应该能做到的。

    3  本款对节能型设备的选用作出规定。

        1)二氧化硫主鼓风机是烟气制酸系统耗能最大的设备，其装机容量约占制酸系统总工作装机容量的75％，因而选用新型节能型鼓风机对节省制酸系统能耗具有特殊意义。表17为几家大型炼铜厂引进风机的实例比较，并以2006年某工程能耗比为1作为能耗比的比较基准。

表17  不同年代二氧化硫主鼓风机的能耗比较

    由表17中能耗比比较可以看出，近年来出现的高效新型风机节能效果非常明显。

    及时调控风机输气能力以适应系统处理气量的变化，是冶炼烟气制酸系统最重要也最有效的节能手段之一，对于烟气量波动大的制酸场合而言尤为重要。

    调节风机输气能力通常有风机进出口设置挡板和调节风机转速等方法。风机转速调节有采用滑差电机、液力耦合器和变频调速等手段。使用实践证明，采取调节风机转速的几种方式节能效果都较好，其中以变频调速为最佳，虽然其设备价格较昂贵限制了大范围的推广应用，但在有条件的场合仍宜作为首选；风机进出口设置挡板也能起到一定的节能作用，但其中出口挡板节能效果最差，在设计中应避免采用该种调节方式。

        2)作为传统的传质设备之一的填料塔，迄今仍在制酸系统中得到广泛应用，制酸所用填料塔近年来的改进主要集中在布液、填料、填料支承三个方面。采用新型管槽式布液(分酸)装置，可大幅度增加布液点，起到增加气液有效接触面进而达到降低填料层高度、减少填料层阻力的效果；新型填料如用于洗涤塔的塑料鲍尔环、海尔环，用于干吸塔的陶瓷矩鞍环、异鞍环、阶梯环等，均比传统填料具有填料因子值较小、液泛点高、在同样气速下允许更高喷淋密度从而可降低填料层高度以及自净能力强、不易堵塞等一系列特点，有利于整体上降低塔的阻力；采用大型条拱和大开孔率球拱支承填料，也有利于降低通气阻力。设计应对各项节能新技术、新产品的出现及时跟进。

        3)蓄热式转化器对于气体浓度偏低且气体浓度气量波动大、开停车频繁，转化自热平衡紧张的场合，是一种必要且有效的选择，对稳定生产、避免或减少外加热能源的消耗作用较大，适应有色冶炼烟气制酸的一些特点。

    近年来，国内外一些催化剂厂家围绕提高催化剂活性、降低起燃温度、提高耐热温度以及降低通气阻力和提高载尘能力等方面陆续推出了一系列新型触媒产品，其作用分别体现在：活性提高，有利于减少催化剂装填量；降低起燃温度，有利于提高转化率和减少换热面积；提高耐热温度，有利于提高进气二氧化硫浓度，减少后系统处理气量；采用大直径环形、雏菊形等外观结构，可在维持相同容积活性条件下大幅降低床层阻力和提高载尘能力。因而仅就节能而言，转化系统采用活性高、阻力小的新型催化剂也是非常必要的。

        4)烟气制酸系统大多数气液输送和处理设备在设计选择上都存在节能的潜力，如改进塔体结构、充分利用塔底贮液以降低塔顶高程，并选用节能型输液泵，可有效减少输液能耗；采用智能化变频系统的酸泵和水泵是降低泵类设备能耗的新兴技术；选用高效低阻的新型热交换器和冷却器(如各种强化型管壳式和板式换热器)也是节省气液输送能耗和提高热能传递效率的重要环节；干吸塔除雾除沫装置属于高阻力元件，设计应根据各环节雾沫分布特点、除雾沫器的工作原理以及工艺生产与环保的要求，合理选择效率有保证而阻力相对较低的新型除雾沫装置；转化系统预热升温都在全系统开车之前进行，采用电能供热对供配电不构成大的影响，但其所带来的热效率高、调控灵活方便的优点都是明显的，且在转化自热平衡出现问题时可及时提供补充热源，采用可调式电加热装置用于转化预热升温，更符合节能和环保要求，等等。因此，在设计中对各类设备的选用在考虑设备功能、效率、投资的同时，还应兼顾到节能的要求。

    4  加强转化系统设备和管道的保温设计，是减少热能损失的重要手段。在保温材料的选择上，设计应选用高铝纤维、硅酸铝纤维毡、岩棉纤维毡、矿渣棉毡等导热系数小、保温效果好的新型保温材料；在改进保温结构的同时，设计还宜采用铝合金皮或镀锌铁皮用作外装保护层，以保护保温层不受风雨损坏和防止雨水侵入保温层蒸发带走大量热量。将转化系统管道保温延伸至风机出口、一吸塔进出口和二吸塔入口，不仅有利于充分利用风机压缩热和一吸塔出口烟气余热，也可在避开露点的前提下减少烟气带出转化系统的热量，而这对于在低温位余热回收未能实现的场合，更有利于转化系统中温位余热的充分利用。

    5  优化工艺配置、精心设计或多或少都能对系统节能起到一定作用。如溶有二氧化硫的干燥塔酸改变循环槽串酸方式，直接向一吸塔上酸管串酸，可利用低二氧化硫浓度的一吸塔烟气进行脱吸，不仅能省去成品酸脱吸塔系统及其能耗，且可在非必要时减少系统引入的空气量；由吸收塔出口烟气循环取代转化预热升温用空气，可大幅度减少母酸用量及相关能耗；塔类设备在保证生产需要的前提下取低位配置，既可节省建设投资，又可减少输液能耗；设备配置应力求紧凑合理，管道配置应力求短捷并尽量减少不必要的高阻力环节，都有利于系统节能。设计中对于设备和管道的气、液流速应在经济合理的范围内选取，克服单纯追求高效率小型化而忽视节省能耗的倾向。

    冶炼烟气制酸从属于有色金属的冶炼，其从属性决定了其操作控制必须适应冶炼生产的变化，加之制酸系统本身检测、操控点多且分散，相互关联性又强，故新设计的烟气制酸系统均应采用可编程序控制(PLC)和/或集散系统(DCS)，实现自动调节控制，并对关键环节实现自控连锁，以确保系统在变化条件下的优化生产，同时最大限度地减少能源的浪费。

3.8.3  本条对冶炼烟气制酸余热回收作出规定。

    1  二氧化硫转化为三氧化硫属放热化学反应，在400℃～630℃的催化剂工作温度范围内，其平均反应热约为98478kJ/kmol，对转化系统而言，二氧化硫转化反应热为一、二次气加热，系统散热损失以及保持送吸收系统烟气温度高于露点提供了热源，即为转化系统提供自热平衡的条件。对于较高二氧化硫浓度的烟气来说，该反应热除维持系统自热平衡外还有富余，且富余热量随气体浓度的提高而增加，根据工程设计实例，给水温度104℃，在转化系统进气二氧化硫浓度8.32％时，通过装设省煤器，每吨酸可为锅炉提供168℃的热水13t；在进气二氧化硫浓度为12.4％和16.7％时，通过装设余热锅炉，每吨酸可分别产出0.2t和0.39t的蒸汽，蒸汽压力达到2.45MPa。

    随着冶炼工艺的改进，进入制酸系统冶炼烟气二氧化硫浓度得以提高的情况日益普遍，转化系统中温位余热的回收不仅成为可能，而且从能源利用的角度而言也势在必行。设计应根据烟气条件及全厂余热利用的配套需要，采取以省煤器加热锅炉给水、以余热锅炉生产中压或低压蒸汽等不同的方式或组合来回收转化系统中温位余热。

    国内新近开发出的热管锅炉和热管省煤器技术系利用真空管内工质(热媒)的蒸发与冷凝来传递热量，具有传热效率高、结构紧凑、流体阻力小、温差小等一系列优点，尤其是其可避免露点腐蚀及传热的可调节性，更适合转化系统的工艺条件，故设计中鼓励推广使用改进后的该项新技术。

    2  三氧化硫的吸收过程也是属于放热化学反应，以在100℃时生成浓度为98％的硫酸为例，其反应热为109.3×103kJ/kmol三氧化硫，相当于每生产1t98％硫酸放出1093MJ的热量，加上转化气带入的显热，其实际可回收利用的热量要大于转化系统余热。吸收系统低温位余热的回收已日益受到重视，以美国孟莫克HRS系统为代表的高温吸收热回收技术已陆续在硫酸装置中投入使用。该技术将一吸塔循环酸温提升到165℃～200℃以吸收200℃以上的转化气，每吨酸可回收300kPa～1000kPa的低压蒸汽约0.5t。吸收系统低温位余热的回收，由于对气源的稳定性有一定要求，技术、装置及材料费用较昂贵，一次性投资相对过大，在某些场合副产的低压蒸汽无出路，因而至今尚未能普及，但这并不能限制其将逐渐得到推广应用的发展趋势。因此，作为一项重要的可回收的能源，新建或改造冶炼厂设计中，在条件适合的情况下，也宜考虑吸收系统低温位余热的回收。