汪滿清 ，王 翔

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244000）

銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金冠銅業(yè)分公司（以下簡稱金冠銅業(yè)）“雙閃”廠區(qū)采用閃速爐熔煉（FSF）＋閃速爐吹煉（FCF）＋回轉(zhuǎn)式陽極精煉（RF）的冶煉工藝，是全球第三套“雙閃”工藝銅冶煉廠，也是世界首套一次建設(shè)、一次投產(chǎn)的400 kt/a陰極銅“ 雙閃”銅冶煉廠。自2012年12月份投產(chǎn)以來，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值。2020年已實(shí)現(xiàn)陰極銅 410 kt/a、硫酸 1 600 kt/a、黃金 8 t/a、白銀265 t/a的生產(chǎn)規(guī)模。

隨著投產(chǎn)幾年來的穩(wěn)定運(yùn)行，金冠銅業(yè)已在“雙閃”冶煉工藝、“非衡態(tài)”高濃度轉(zhuǎn)化工藝的生產(chǎn)中積累了較豐富的操作、管理經(jīng)驗(yàn)，具備了實(shí)施挖潛升級(jí)改造所需的人力資源和技術(shù)保障。為充分發(fā)揮產(chǎn)能規(guī)模的優(yōu)勢(shì)，提升部分關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)潛力，金冠銅業(yè)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和時(shí)間點(diǎn)等各方面綜合考慮，經(jīng)反復(fù)論證，計(jì)劃進(jìn)行技術(shù)、環(huán)保、節(jié)能等方面的升級(jí)改造。

1 硫酸系統(tǒng)原設(shè)計(jì)工藝與生產(chǎn)狀況

為適應(yīng)“雙閃”工藝進(jìn)入硫酸系統(tǒng)的冶煉煙氣量小且穩(wěn)定、SO2濃度高、FSF和FCF可分開各自獨(dú)立作業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，配套400 kt/a陰極銅冶煉的硫酸系統(tǒng)采用了1套凈化、1套相同裝置規(guī)模的干吸及轉(zhuǎn)化的工藝配置。

“雙閃”煉銅工藝的冶煉煙氣在進(jìn)入硫酸系統(tǒng)時(shí)φ(SO2)達(dá)20%～30%，而RF在預(yù)氧化和氧化期的煙氣含有一定濃度的SO2，該煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行處理時(shí)成本相對(duì)較高，而進(jìn)入硫酸系統(tǒng)時(shí)可回收其中的硫，因此，選擇了RF在預(yù)氧化和氧化期的煙氣進(jìn)入制酸系統(tǒng)、還原期含硫較低的煙氣進(jìn)入環(huán)集脫硫系統(tǒng)的生產(chǎn)模式。3臺(tái)爐的冶煉煙氣經(jīng)混合后進(jìn)入制酸系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)進(jìn)入制酸系統(tǒng)凈化工序的煙氣條件見表1。

表1 進(jìn)入制酸系統(tǒng)凈化工序的煙氣條件

硫酸系統(tǒng)的凈化工序采用了美國孟莫克公司的動(dòng)力波洗滌技術(shù)，轉(zhuǎn)化工序采用了全新開發(fā)的“4+1非衡態(tài)”高濃度SO2兩次轉(zhuǎn)化工藝。設(shè)計(jì)時(shí)，為降低新開發(fā)的“非衡態(tài)”工藝的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)及最大限度地探索應(yīng)用空間，最終選擇進(jìn)轉(zhuǎn)化工序煙氣φ(SO2)分別為13%和15%進(jìn)行2套系統(tǒng)的催化劑初始裝填，2臺(tái)SO2風(fēng)機(jī)按φ(SO2)13%時(shí)的氣量為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)化器催化劑裝填空間和換熱器的換熱能力按φ(SO2)為18%的操作氣體濃度配套，以期最終能適應(yīng)φ(SO2)為18%的生產(chǎn)能力，以此作為冶煉系統(tǒng)擴(kuò)產(chǎn)的裕量。

硫酸系統(tǒng)自投產(chǎn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，日常生產(chǎn)中，進(jìn)轉(zhuǎn)化工序煙氣φ(SO2)按15%～16%進(jìn)行操作。目前，已實(shí)現(xiàn)硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)的電單耗年滾動(dòng)值約65 kWh/t[以w(H2SO4)100%計(jì)]、綜合能耗（標(biāo)煤）年滾動(dòng)值約5.8 kgce/t[以w(H2SO4)100%計(jì)]，硫酸生產(chǎn)成本少于100元/t，且轉(zhuǎn)化工序設(shè)備的富余量仍較大。

2 挖潛升級(jí)改造的思考

近幾年來，銅冶煉行業(yè)多家企業(yè)新建項(xiàng)目以及在原有產(chǎn)能基礎(chǔ)上進(jìn)行改擴(kuò)建，銅冶煉行業(yè)的競爭愈演愈烈，加之銅冶煉加工費(fèi)波動(dòng)大、原材料與燃料價(jià)格上漲、國家對(duì)環(huán)保要求的大幅提升而出現(xiàn)的環(huán)保設(shè)施的大幅投入，行業(yè)利潤空間進(jìn)一步縮小。競爭激烈，既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，金冠銅業(yè)面臨不進(jìn)則退的情況，只有瞄準(zhǔn)更高更新的目標(biāo)不斷努力，才能繼續(xù)保持在銅冶煉行業(yè)的優(yōu)勢(shì)。

金冠銅業(yè)憑借在“雙閃”冶煉工藝、“非衡態(tài)”高濃度轉(zhuǎn)化工藝的生產(chǎn)中積累的豐富的操作、管理經(jīng)驗(yàn)，綜合分析設(shè)備現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)主要生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)施具有一定的增產(chǎn)潛力，尤其是冶煉系統(tǒng)FSF、FCF、RF三大爐的本體和硫酸系統(tǒng)的裝置潛力較大。本著主體裝置不作大幅改動(dòng)、項(xiàng)目投入產(chǎn)出比最佳的原則確定挖潛規(guī)模，同時(shí)，兼顧采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)與設(shè)備，從而使工廠能源單耗進(jìn)一步下降，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。經(jīng)反復(fù)論證，最終決定在現(xiàn)有400 kt/a陰極銅的基礎(chǔ)上再挖潛80 kt/a礦產(chǎn)陽極銅，硫酸系統(tǒng)同步新建干吸工序的低溫位熱能回收裝置（HRS系統(tǒng)）。

3 具體改造方案

3.1 凈化工序

冶煉系統(tǒng)挖潛80 kt/a礦產(chǎn)陽極銅，即FSF投料量由原來的265 t/h增加至305 t/h、FCF投料量由原來的85 t/h增加至100 t/h。隨著冶煉產(chǎn)能的提升，冶煉煙氣量將進(jìn)一步增加，但硫酸系統(tǒng)凈化工序已經(jīng)滿負(fù)荷，因此，決定將2臺(tái)陽極爐各周期的煙氣全部進(jìn)入環(huán)集脫硫系統(tǒng)，從而不增加進(jìn)入凈化工序的冶煉煙氣量。最終進(jìn)入凈化工序的冶煉煙氣量及成分見表2。

表2 進(jìn)入凈化工序的冶煉煙氣量及成分

為配合干吸工序新增HRS系統(tǒng)，進(jìn)行了稀酸板式換熱器的核算與改造，將原設(shè)計(jì)的二級(jí)電除霧器出口煙氣溫度由42 ℃下降至37 ℃，從而優(yōu)化HRS系統(tǒng)的產(chǎn)汽率。

生產(chǎn)中，原一級(jí)動(dòng)力波洗滌器溢流堰有局部堰口結(jié)疤，導(dǎo)致逆噴管側(cè)壁溫度高、溢流堰進(jìn)酸管易出現(xiàn)結(jié)垢堵塞，需不定期停車清理而影響生產(chǎn)。為解決上述問題，新增了凈化工序的斜板沉降槽進(jìn)行稀酸沉降，沉降后的上清液與氣體冷卻塔串酸來的較清潔的稀酸混合，混合后的稀酸再用泵送至事故高位槽、重力自流至溢流堰，以期通過大幅降低稀酸的固含量來解決溢流堰堵塞的問題。

3.2 新增HRS系統(tǒng)

挖潛項(xiàng)目改造后，設(shè)計(jì)進(jìn)轉(zhuǎn)化工序煙氣φ(SO2)已達(dá)到17%，鑒于“雙閃”冶煉煙氣具有煙氣量小且穩(wěn)定的特點(diǎn)，已經(jīng)完全具備回收硫酸系統(tǒng)中低位余熱的條件，而且，近幾年來，國產(chǎn)冶煉煙氣制酸的低溫位余熱回收的技術(shù)已趨成熟，投資已有大幅下降且運(yùn)行較穩(wěn)定，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，硫酸2套系統(tǒng)均新建HRS系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)補(bǔ)充稀釋風(fēng)后，干燥塔進(jìn)口的煙氣條件見表3。

表3 補(bǔ)充稀釋風(fēng)后干燥塔進(jìn)口的煙氣條件

HRS系統(tǒng)產(chǎn)出1.0 MPa低壓蒸汽的性能保證值為大于或等于0.46 t/t（以100%硫酸計(jì)），產(chǎn)出的低壓蒸汽用于余熱發(fā)電，配套新建1套低壓飽和蒸汽凝汽機(jī)組。

配套進(jìn)行了干吸酸冷卻器的改造，將原有的干燥酸冷卻器移用作二吸酸冷卻器，同時(shí)新增干燥酸冷卻器和成品酸冷卻器。HRS系統(tǒng)投入運(yùn)行后，原有硫酸循環(huán)水系統(tǒng)富余約7 000 m3/h處理能力，可以供應(yīng)給新建的低壓飽和蒸汽凝汽發(fā)電機(jī)組使用，從而節(jié)省了改造費(fèi)用。

3.3 脫硫裝置改造

硫酸系統(tǒng)現(xiàn)有2套鈉堿法脫硫裝置，均采用液體NaOH為脫硫劑，尾氣脫硫的脫硫塔為動(dòng)力波洗滌器，環(huán)集脫硫的脫硫塔為空塔。2套制酸系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時(shí)轉(zhuǎn)化率可達(dá)到99.96%、二吸塔出口煙氣φ(SO2)維持在0.01% 左右，環(huán)集脫硫系統(tǒng)入口煙氣φ(SO2)平均值約為0.05%，投產(chǎn)以來，2套脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本較低且穩(wěn)定。鈉堿法脫硫工藝存在回用水系統(tǒng)鈉鹽富集問題，回用水反復(fù)循環(huán)使用后易出現(xiàn)管道結(jié)晶、現(xiàn)場白色污染，不符合當(dāng)前的環(huán)保和5S管理要求。

新建HRS系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加1～2 kPa，為滿足SO2風(fēng)機(jī)壓頭的需要并回收制酸尾氣中殘余的硫，決定將尾氣脫硫系統(tǒng)改為雙氧水脫硫工藝，將動(dòng)力波洗滌器的脫硫塔改為填料塔，脫硫生成的w(H2SO4)約 25% 的稀硫酸（1 547 kg/h）加入干吸工序作為工藝補(bǔ)充水，預(yù)計(jì)增加產(chǎn)出硫酸約3 100 t/a[以 w(H2SO4)100% 計(jì) ]。

環(huán)集脫硫系統(tǒng)原設(shè)計(jì)是用于處理2臺(tái)閃速爐各放銅口、放渣口收集的環(huán)集煙氣，以及豎爐保溫爐和兩陽極爐還原期的煙氣。此次挖潛改造將2臺(tái)陽極爐各周期的煙氣全部進(jìn)入環(huán)集脫硫系統(tǒng)，使得環(huán)集煙氣SO2濃度升高，為降低運(yùn)行成本、緩解回用水鈉鹽富集問題，新建1套石灰石鈣法脫硫裝置，現(xiàn)有的鈉堿法脫硫裝置作為保安段與新增的鈣法脫硫裝置串聯(lián)運(yùn)行。

為滿足煙囪超低排放的環(huán)保指標(biāo)并遠(yuǎn)離紅線，2套脫硫裝置均配套建設(shè)了濕式電除霧器。

4 改造的效益測(cè)算

挖潛升級(jí)改造項(xiàng)目已進(jìn)入現(xiàn)場建設(shè)階段，計(jì)劃于2022年3月份的停產(chǎn)檢修期間對(duì)接入生產(chǎn)系統(tǒng)。據(jù)測(cè)算，改造后，陰極銅成本下降約94元/t，硫酸加工成本由當(dāng)前約100元/t大幅下降至約80元/t，下降幅度達(dá)約20%。隨著2套脫硫系統(tǒng)的改造和脫硫電除霧器的投入運(yùn)行，回用水系統(tǒng)鈉鹽富裕的問題將大幅緩解、煙囪排放指標(biāo)將遠(yuǎn)離超低排放的紅線值。

5 結(jié)語

挖潛升級(jí)改造項(xiàng)目投入運(yùn)行后，生產(chǎn)綜合能耗將大幅下降，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)不增污和節(jié)能減排降耗的目的，為企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。