李景峰

(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司, 吉林 磐石 132311)

澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)淺析

李景峰

(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司, 吉林 磐石 132311)

分析了澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)的原因，敘述了解決措施。

鎳冶煉： 澳斯麥特爐； 煙氣； 單質(zhì)硫； 套筒風(fēng)

吉林鎳業(yè)公司新建15 kt/a冶煉廠采用澳斯麥特熔煉技術(shù)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)高冰鎳29 013 t，硫酸125 000 t，高冰鎳含鎳量18 020 t/a。其中主體工程由南昌設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，冶煉部分的核心技術(shù)引進(jìn)澳大利亞澳斯麥特熔煉技術(shù)，制酸采用動(dòng)力波稀酸洗凈化、3+1四段轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝。主要工序采用日本橫河CS3000計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)保狀況較好，自動(dòng)化程度高。項(xiàng)目于2005年立項(xiàng)，2007年 4月開工建設(shè)，主體工程2009年7月完成。2009年8月開始冷調(diào)試，2009年11月開始試生產(chǎn)，2010年6月全系統(tǒng)基本達(dá)產(chǎn)。

冶煉廠的工藝流程為鎳精礦在圓盤制粒機(jī)內(nèi)制成φ10～15 mm的粒狀球團(tuán),經(jīng)皮帶輸送機(jī)由澳爐爐口加入爐內(nèi)進(jìn)行熔煉。噴槍供應(yīng)粉煤燃料、氧氣、空氣和套筒空氣。熔煉反應(yīng)在富氧濃度50%、溫度1 400 ℃的條件下進(jìn)行，得到低鎳锍、熔煉渣以及煙氣。煙氣進(jìn)余熱鍋爐降溫回收余熱后進(jìn)入電收塵器除塵，然后送硫酸廠制酸。熔煉渣和低鎳锍進(jìn)入沉降電爐分離，熔渣經(jīng)水淬后成為水淬渣出售，低鎳锍送轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高鎳锍，高鎳锍可水淬后供精煉廠生產(chǎn)硫酸鎳，也可以鑄陽極板供電解鎳廠生產(chǎn)電解鎳。澳斯麥特爐、轉(zhuǎn)爐煙氣合并送硫酸廠經(jīng)二轉(zhuǎn)二吸工藝制酸。其工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

1 澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)的主要原因

1.1 澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)原因分析

鎳精礦中的高價(jià)硫化物黃鐵礦(FeS2)和黃銅礦(CuFeS2)進(jìn)入爐內(nèi)分解成低價(jià)硫化物。FeS2于300 ℃開始分解，560 ℃分解反應(yīng)激烈進(jìn)行；CuFeS2于550 ℃開始分解，在800～1 000 ℃分解完成：

(1)

(2)

由于物料下降速度快，在爐膛空間停留時(shí)間短，只有少量的單體硫產(chǎn)生直接進(jìn)入煙氣，而大量的單體硫是物料進(jìn)入熔池后產(chǎn)生的。正常熔煉時(shí)，大量的單體硫在熔池與氧氣反應(yīng)生成SO2進(jìn)入煙氣；而直接進(jìn)入煙氣的單體硫與煙氣當(dāng)中富余的游離氧結(jié)合生成SO2進(jìn)入煙氣：

(3)

在中性或還原性氣氛中，氧氣優(yōu)先被粉煤和塊煤中的碳、氫獲取，煙氣呈現(xiàn)還原性，向上運(yùn)行，噴槍套筒風(fēng)補(bǔ)入的氧氣與煙氣中的CO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO2，此時(shí)剩余的氧氣量不足以進(jìn)一步將煙氣中的單體硫氧化成二氧化硫。當(dāng)澳斯麥特爐正壓操作時(shí)，進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量少，因此單體硫?qū)㈦S煙氣進(jìn)入余熱鍋爐、電收塵和硫酸系統(tǒng)。

單體硫超標(biāo)的煙氣在進(jìn)入硫酸系統(tǒng)的過程中，溫度逐漸下降。S2的沸點(diǎn)為444.5 ℃，煙氣溫度低于該沸點(diǎn)溫度時(shí)，部分單體硫從煙氣中析出，在電收塵內(nèi)與煙塵形成燒結(jié)層；當(dāng)煙氣溫度足夠高時(shí)，單體硫則在高溫排風(fēng)機(jī)后的硫酸系統(tǒng)析出，導(dǎo)致硫酸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器與干吸前的噴沫器及填料塔堵塞，進(jìn)而造成硫酸系統(tǒng)停產(chǎn)，甚至冶煉廠停產(chǎn)。

1.2實(shí)際生產(chǎn)中導(dǎo)致澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)的主要因素

(1)物料組成。煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)與物料含硫量、水份及粒度有關(guān)。物料含硫量高，其完全反應(yīng)需要的風(fēng)量就大，而三星風(fēng)機(jī)的風(fēng)量一定，其氧氣量不足以氧化單質(zhì)硫。

(2)粉煤用量。粉煤用量大，燃料燃燒需要的風(fēng)量就大，導(dǎo)致熔池上方爐膛空間氧化單質(zhì)硫及CO的風(fēng)量減少。

(3)操作條件。澳斯麥特爐正壓操作，漏入系統(tǒng)的風(fēng)量少，熔池內(nèi)總風(fēng)量降低，因此有大量的單質(zhì)硫未被氧化。

(4)套筒風(fēng)量。套筒風(fēng)是一種補(bǔ)助風(fēng)源，主要是為了氧化噴槍燃煤和塊煤燃燒不完全時(shí)產(chǎn)生的CO與單質(zhì)硫。套筒風(fēng)量不足是導(dǎo)致澳斯麥特爐煙氣中單質(zhì)硫超標(biāo)的主要原因。

套筒風(fēng)開口位于噴槍頭以上5 m處(噴槍在其操作位置時(shí))。澳斯麥特爐不加料時(shí)，噴槍流量的控制主要通過調(diào)整噴槍位置。操作者可在澳斯麥特爐控制系統(tǒng)控制噴槍及套通風(fēng)流量。在澳斯麥特爐加料模式下，澳斯麥特爐控制系統(tǒng)根據(jù)操作者和冶金工程師的輸入相關(guān)參數(shù)計(jì)算出套筒風(fēng)需要量的設(shè)定值。套筒風(fēng)計(jì)算需要輸入的參數(shù)包括：塊煤燃燒系數(shù)；套筒風(fēng)富氧濃度；套筒風(fēng)偏差。

2 澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)實(shí)例

下面以某一班次為例，介紹實(shí)際生產(chǎn)中澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)的情況。

2.1 冶煉廠生產(chǎn)情況

表1為澳斯麥特爐加料及運(yùn)行情況。

表1 冶煉廠澳斯麥特爐加料及運(yùn)行情況(2012- 11- 25，三班)

22：00左右硫酸系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞問題，硫酸廠了解澳斯麥特爐爐料情況，冶煉廠采取增加二次配風(fēng)，視生產(chǎn)情況減少料量的解決辦法。配風(fēng)流量由2 000 m3/h提到4 000 m3/h。

表2為轉(zhuǎn)爐吹煉加料及運(yùn)行情況。

表2 冶煉廠轉(zhuǎn)爐吹煉加料及運(yùn)行情況

注：外購低冰鎳3斗(在吹煉開始加入)，每包10 t，每斗3 t(估算)；高冰鎳產(chǎn)量：水淬高冰鎳24 t；總操作時(shí)間：16：20—23：20。

表3為澳斯麥特爐余熱鍋爐及電收塵運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表3 澳斯麥特爐余熱鍋爐及電收塵運(yùn)行數(shù)據(jù) ℃

注：熔煉電收塵正常出口煙溫≤280 ℃，電收塵入口溫度允許值≤370 ℃，電收塵出口溫度允許值≤320 ℃。

表4為轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐及電收塵運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表4 轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐及電收塵運(yùn)行數(shù)據(jù) ℃

表5為冶煉廠澳斯麥特爐風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

表5 冶煉廠澳斯麥特爐風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

2.2 硫酸廠生產(chǎn)情況

2012年11月25日19點(diǎn)35分，硫酸廠動(dòng)力波噴嘴壓力由正常時(shí)的160 kPa急降至80 kPa，當(dāng)班調(diào)度和凈化操作人員進(jìn)行了異常現(xiàn)象檢查和調(diào)整。19點(diǎn)48分，壓力仍未恢復(fù)；主控還發(fā)現(xiàn)，凈化入口煙氣溫度由正常時(shí)的208～285 ℃升至298.8 ℃。 19點(diǎn)55分相關(guān)技術(shù)人員及崗位人員研究判斷，可能是冶煉煙氣中升華硫超標(biāo)堵塞了動(dòng)力波上水泵和動(dòng)力波噴頭，決定增加動(dòng)力波高位槽溢流堰水量，以保證正常生產(chǎn)，20點(diǎn)40分使用備用泵。21點(diǎn)40分氣體冷卻塔板式換熱器換熱效果不正常，入口溫度已達(dá)70 ℃(正常時(shí)為64～65 ℃)，出口煙氣溫度瞬時(shí)達(dá)50 ℃(通常35 ℃)，判斷發(fā)生了堵塞。

3 澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)的解決措施

3.1 控制入爐物料含硫及水份

物料含硫高，煙氣中的單質(zhì)硫就會(huì)升高；調(diào)整物料的主要方向?yàn)榻档腿霠t物料中的硫含量，同時(shí)合理調(diào)整渣型，保證澳爐生產(chǎn)穩(wěn)定。調(diào)整物料前，物料平均含硫及單個(gè)料倉硫含量均較高，超過30%，調(diào)整后單個(gè)料倉的含硫量都降低到30%以下。從澳爐的運(yùn)行情況看，較以前有所改觀。

物料成分調(diào)整前后對比見表6。

表6 調(diào)整前后入爐混合物料的成分 %

另外，如果入爐物料含水高，其從熔煉爐內(nèi)以1 250～1 350 ℃高溫排出，需要消耗大量燃料且容易使?fàn)t內(nèi)局部缺氧，造成澳斯麥特爐煙氣中單質(zhì)硫析出嚴(yán)重。

3.2 改進(jìn)操作條件

(1)保證足夠的噴槍風(fēng)量和相對高的熔池溫度，使物料入爐后迅速混合，氧化反應(yīng)充分，燃料完全燃燒，煙氣中不完全燃燒的成分少，單質(zhì)硫的量也相應(yīng)減少。

(2)在控制合理冰鎳品位的前提下，采用較高的富氧濃度，降低燃料消耗。

3.3 提高套筒富氧濃度

原設(shè)計(jì)未考慮套筒風(fēng)中采用富氧，而生產(chǎn)中套筒風(fēng)量的波動(dòng)值為3 500～5 000 m3/h，達(dá)到不同的富氧濃度需要不同的氧氣量，從25%的套筒氧濃度開始調(diào)試，計(jì)算需要的氧氣量，見表7。

表7 套筒富氧濃度與需要氧氣量對照表

根據(jù)表7計(jì)算的套筒氧氣用量，最后確定采用30%的富氧濃度，套筒氧氣流量為540 m3/h。

3.4 在噴槍管道上使用套筒風(fēng)擋板

針對澳爐生產(chǎn)中煙氣CO及單質(zhì)硫較高的情況，冶煉廠及時(shí)同澳方聯(lián)系，澳方建議在噴槍管道上使用套筒風(fēng)擋板，使噴槍管道上套筒風(fēng)不進(jìn)熔池，直接鼓入熔池上部空間，增加熔池上部空間的風(fēng)量。增加套筒風(fēng)擋板雖然有一定的作用，但是存在澳爐渣粘接問題，擋板需要定期清理。

4 實(shí)施效果

采取以上措施后，澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)情況得到改善， 從冶煉廠煙氣的CO濃度即可看出澳斯麥特爐內(nèi)的單質(zhì)硫情況，CO濃度高，單質(zhì)硫含量就高。原煙氣CO濃度為(3 000～6 000)×10-6，采取措施后CO濃度降為(100～3 000)×10-6。另外從硫酸廠運(yùn)行情況也能看出冶煉廠澳斯麥特爐煙氣中的單質(zhì)硫情況，硫酸廠再?zèng)]有出現(xiàn)過單質(zhì)硫堵塞系統(tǒng)設(shè)備的情況。因此，所采取的各項(xiàng)措施是有效的。

5 結(jié)語

針對澳斯麥特爐煙氣中單質(zhì)硫超標(biāo)的原因進(jìn)行分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，通過采取調(diào)整物料配比，控制入爐物料水分，調(diào)整爐內(nèi)氣氛，增加套筒風(fēng)與套筒富氧的量，在噴槍管道上使用擋板等一系列措施，澳斯麥特爐煙氣中的單質(zhì)硫得到有效控制，2013年下半年，澳斯麥特爐煙氣單質(zhì)硫超標(biāo)狀況明顯改善，保證了冶煉廠生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

DiscussiononexceedingstandardofelementalsulfurinfluegasfromAusmeltfurnace

LI Jing-feng

The reasons for the exceeding standard of elemental sulfur in flue gas from Ausmelt furnace were analyzed, and the corresponding measures were introduced in this paper.

nickel smelting; Ausmelt furnace; flue gas; elemental sulfur; sleeve wind

李景峰(—) ，男，吉林德惠人，1989年南方冶金學(xué)院有色金屬冶金專業(yè)畢業(yè)，吉林吉恩鎳業(yè)股份公司副總經(jīng)理，主管生產(chǎn)，從事冶金專業(yè)技術(shù)工作25年。

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