柴瑾瑜，劉 歡，遲棧洋

（金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅金昌737100）

金川集團(tuán)股份有限公司鎳冶煉廠鎳冶煉爐窯配套建有2套冶煉煙氣制酸裝置，硫酸生產(chǎn)能力分別為 700 kt/a 和 480 kt/a，其中 700 kt/a 硫酸裝置配套處理鎳富氧頂吹爐及其轉(zhuǎn)爐、沉降電爐的煙氣。近年來700 kt/a 硫酸裝置的冶煉煙氣來源發(fā)生了很大變化，2015年銅熔煉自熱爐煙氣引入700 kt/a硫酸裝置，2016和2017年鎳富氧頂吹爐系統(tǒng)進(jìn)行干燥窯改造，提高了渣料配比，進(jìn)入700 kt/a硫酸裝置的煙氣溫度、水分及氟、氯等雜質(zhì)激增[1]。循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行效果差，導(dǎo)致硫酸裝置移熱能力難以滿足生產(chǎn)要求。

1 存在問題及現(xiàn)狀

鎳冶煉廠循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)運(yùn)行2臺(tái)5 500 m3/h循環(huán)水冷卻塔（涼水塔），擔(dān)負(fù)著700 kt/a硫酸裝置凈化工序和干吸工序循環(huán)水的冷卻降溫任務(wù)，自2008年投運(yùn)至今已運(yùn)行10余年。隨著冶煉系統(tǒng)原料和煙氣來源的變化，硫酸裝置熱負(fù)荷明顯增加，循環(huán)水降溫效果未達(dá)設(shè)計(jì)要求的上塔水溫38 ℃、下塔水溫28 ℃、溫降10 ℃等指標(biāo)。循環(huán)水基礎(chǔ)水溫高，導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備移熱效果差，硫酸裝置凈化工序二級(jí)電除霧器出口煙氣溫度和干吸酸溫長期處于超高狀態(tài)。尤其是夏季高溫季節(jié)，凈化工序二級(jí)電除霧器出口的煙氣溫度最高可達(dá)46.5 ℃，帶入干吸工序的水分和熱量明顯增加，干燥酸w(H2SO4)頻繁低于控制下限92.5%。煙氣干燥效果變差，系統(tǒng)熱量高，設(shè)備設(shè)施腐蝕速率加快。循環(huán)水系統(tǒng)換熱效果變差，導(dǎo)致硫酸裝置凈化工序出口煙氣溫度過高、水分超標(biāo)，干吸工序熱量不平衡，后續(xù)設(shè)備設(shè)施腐蝕，嚴(yán)重影響了硫酸裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)火法冶煉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也帶來極大挑戰(zhàn)[2]。

2 原因分析

硫酸裝置循環(huán)水系統(tǒng)主要包括涼水塔、集水池、循環(huán)水泵和輸送管線。循環(huán)水通過泵、管道輸送至換熱設(shè)備，用作工藝介質(zhì)的冷卻水，通過稀酸板式換熱器移除凈化稀酸的熱量，通過陽極保護(hù)冷卻器移除干吸濃硫酸的熱量。在換熱過程中，工藝介質(zhì)溫度下降，循環(huán)水溫度上升，經(jīng)涼水塔進(jìn)行降溫后，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

700 kt/a硫酸裝置循環(huán)水系統(tǒng)采用逆流式機(jī)械通風(fēng)涼水塔，是在軸流風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，空氣從冷卻塔周圍依次通過進(jìn)風(fēng)口、淋水填料、配水系統(tǒng)、收水器進(jìn)入風(fēng)筒，最后又將空氣輸送到大氣中。風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)形成負(fù)壓蒸發(fā)水分，氣液相變實(shí)現(xiàn)循環(huán)水降溫。

經(jīng)技術(shù)人員分析，目前循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題有：①塔體混凝土柱體及墻體腐蝕嚴(yán)重；②噴淋管銹蝕脫層嚴(yán)重，噴頭脫落；③爬梯、走廊等鋼結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重銹蝕；④風(fēng)扇輪轂銹蝕，冷卻水量小、耗電量大、飄水率高、收水率低；⑤塔壁、塔頂?shù)炔课灰捉Y(jié)冰；⑥聚乙烯填料出現(xiàn)塑化變形，在水沖擊作用下撕裂，細(xì)小碎片隨著循環(huán)水流動(dòng)至下游設(shè)備，造成板式換熱器、濃硫酸冷卻器等換熱設(shè)備堵塞；⑦涼水塔風(fēng)扇晃動(dòng)嚴(yán)重，輪轂重度銹蝕，嚴(yán)重影響了冷卻風(fēng)扇的正常運(yùn)行，降低了涼水塔的冷卻效率。

3 改造前循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況

改造前循環(huán)水系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前循環(huán)水系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)

由表1可見：循環(huán)水系統(tǒng)溫度普遍較高，循環(huán)水干管溫度最低也達(dá)到了32.4 ℃。

4 采取的改進(jìn)措施

4.1 調(diào)整涼水塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)

對(duì)涼水塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下調(diào)整：

1）采用容積散質(zhì)系數(shù)較高的斜梯波型薄膜淋水填料代替原有TU-12C填料。斜梯波型薄膜淋水填料為改性PVC全自動(dòng)真空吸塑成型，具有熱力性能高、阻力低等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了水流的通過性。斜梯波型薄膜淋水填料結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 斜梯波型薄膜淋水填料結(jié)構(gòu)

2）采用全新的逆流式?jīng)鏊Ｓ檬账鞔嬖蠱C-75型收水器。該收水器飄水率僅為循環(huán)水量的0.000 5%，同時(shí)該收水器特定的角度設(shè)計(jì)具有低阻力的優(yōu)點(diǎn)，滿足了塔內(nèi)空氣流場的流暢性，并且可利用原收水器支撐直接鋪設(shè)。逆流式?jīng)鏊Ｓ檬账鹘Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 逆流式?jīng)鏊Ｓ檬账鹘Y(jié)構(gòu)

3）在不改變目前涼水塔大梁的結(jié)構(gòu)下，制作Ω型托架，將托架均勻平鋪于大梁上，這樣就在相鄰2個(gè)Ω型托架中形成填料支撐，搭建出第二層填料層，增加了填料高度，提升涼水塔換熱效率。

4）調(diào)整風(fēng)扇葉片角度可改變風(fēng)速和出風(fēng)量，氣流通過葉片做功被提升到動(dòng)壓回收段。按照氣體流場均化理論設(shè)計(jì)動(dòng)壓回收段對(duì)氣流進(jìn)行導(dǎo)流擴(kuò)散，可有效降低風(fēng)筒氣流動(dòng)壓損失，確保風(fēng)扇的冷卻效果。

5）采用全新的倒立下垂式噴頭和邊墻式灑水噴頭。倒立下垂式噴頭噴出的水流形成拋物曲面狀，將水量向下均勻噴灑。邊墻式灑水噴頭可靠墻安裝，噴出的水呈半拋物狀，兩種噴頭的結(jié)合使用，確保了塔內(nèi)噴灑均勻，同時(shí)也避免了對(duì)塔體的沖擊及腐蝕，延長了塔體使用壽命。

4.2 重新配置循環(huán)水過濾網(wǎng)

循環(huán)水池濾網(wǎng)孔徑為6 mm，孔徑偏小。循環(huán)水系統(tǒng)長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)造成Ca2+，Mg2+不斷富集，并且鈣鎂鹽結(jié)垢后堵塞過濾網(wǎng)，不斷擠壓濾網(wǎng)支撐梁，長期累積之后，循環(huán)水池過濾網(wǎng)支撐梁已經(jīng)不堪重負(fù)，即將塌陷。鎳冶煉廠將循環(huán)水池積泥和結(jié)垢物清理干凈后，整體更換循環(huán)水池過濾網(wǎng)和支撐，將孔徑增大至8 mm，避免鈣鎂結(jié)垢繼續(xù)堵塞過濾網(wǎng)。

5 運(yùn)行效果

經(jīng)過里外密封修補(bǔ)后塔體四周各處漏點(diǎn)已不再滲漏。改造后涼水塔的上下塔溫差由原來的4 ℃升高到10 ℃，二級(jí)電除霧器出口煙氣溫度降至38 ℃。在沒有改變涼水塔塔體高度和大梁的情況下，采用Ω型托架將填料高度由原來的0.75 m增加到1.5 m。原來2臺(tái)斜流水泵并聯(lián)運(yùn)行變?yōu)閱闻_(tái)運(yùn)行，且運(yùn)行時(shí)長由原來的4個(gè)月延長至10個(gè)月，可節(jié)約電費(fèi)647.8萬元/a。

6 結(jié)語

隨著火法爐窯的能力提升，對(duì)硫酸裝置匹配化生產(chǎn)的要求也越來越高。鎳冶煉廠通過對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的改造，保證了硫酸裝置和火法冶煉系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，硫酸裝置二級(jí)電除霧器出口煙氣溫度和水含量指標(biāo)得到有效控制。技術(shù)改造后硫酸裝置熱負(fù)荷大大降低，困擾700 kt/a硫酸裝置的水平衡和熱平衡問題得到有效解決。