發(fā)布時間：2021-03-09所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:受到系統(tǒng)水平衡和產(chǎn)汽壓力的影響，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽率會有所下降，據(jù)此開發(fā)了酸酸換熱器，充分利用低溫余熱回收系統(tǒng)外串酸的熱量，提高來自干燥和吸收系統(tǒng)的低溫低濃度硫酸，以提高綜合熱能回收率。介紹了酸酸換熱
摘要:受到系統(tǒng)水平衡和產(chǎn)汽壓力的影響，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽率會有所下降，據(jù)此開發(fā)了酸酸換熱器，充分利用低溫余熱回收系統(tǒng)外串酸的熱量，提高來自干燥和吸收系統(tǒng)的低溫低濃度硫酸，以提高綜合熱能回收率。介紹了酸酸換熱器的開發(fā)應(yīng)用背景和應(yīng)用實況，并總結(jié)了配置酸酸換熱器的低溫余熱回收系統(tǒng)的特點。
關(guān)鍵詞:硫酸生產(chǎn);余熱回收系統(tǒng);酸酸換熱器;工藝流程;應(yīng)用
1概述
隨著硫磺制酸配套低溫余熱回收技術(shù)的成熟和普及，絕大部分硫磺制酸裝置已經(jīng)配套建設(shè)了低溫余熱回收系統(tǒng)。然而對于硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)，由于受到系統(tǒng)水平衡和產(chǎn)汽壓力的影響，與硫磺制酸裝置相比，一些裝置的產(chǎn)汽率會有所下降。但是如果能充分利用低溫余熱回收系統(tǒng)外串酸的熱量，系統(tǒng)的綜合熱能回收率還是非常可觀的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
2酸酸換熱器的開發(fā)應(yīng)用背景
與硫磺制酸配套的低溫余熱回收裝置相比，硫鐵礦及冶煉煙氣制酸配套的低溫余熱回收裝置具有顯著的差別。
2.1干吸系統(tǒng)水平衡問題
在硫磺制酸裝置中，空氣帶入制酸系統(tǒng)的水量少，因此在稀釋器中可以用大量的水去稀釋，并釋放出大量熱量;對于硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置來說，由于有煙氣凈化系統(tǒng)的存在，進(jìn)入干燥塔的二氧化硫氣體是被水飽和的，再加上部分工序需要補(bǔ)充大量的空氣，使得整個干吸系統(tǒng)的水平衡難以承受如硫磺制酸低溫余熱回收系統(tǒng)額外的加水量(一些富氧冶煉技術(shù)產(chǎn)生的高濃度煙氣制酸裝置除外)。
正因為受系統(tǒng)水平衡的影響，硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)采用全部正因為受系統(tǒng)水平衡的影響，硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)采用全部或部分從干燥系統(tǒng)和吸收系統(tǒng)串來的w(H2SO4)=93%～95%的低濃度硫酸，加入稀釋器中替代加水進(jìn)行稀釋，以調(diào)節(jié)來自吸收塔w(H2SO4)≈99%的高溫硫酸的濃度。在干燥系統(tǒng)和吸收系統(tǒng)的水平衡允許的情況下，盡量向稀釋器中加入小部分水，以減少低溫余熱回收系統(tǒng)向外部的串酸量，從而增加熱能回收率。
2.2系統(tǒng)串酸的酸溫過高
其次，當(dāng)制酸系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器產(chǎn)出的飽和蒸汽壓力一定時，蒸發(fā)器酸側(cè)出口溫度也是一個定值，由于低溫余熱回收系統(tǒng)內(nèi)加入大量w(H2SO4)=93%～95%的低濃度硫酸，造成系統(tǒng)排出的酸量大大增加。由于進(jìn)入系統(tǒng)的硫酸溫度很低，而外串的硫酸溫度較高，因此這部分熱量若不能充分利用，將會有大量的熱能被外串的硫酸帶出系統(tǒng)。
對于硫磺制酸配套的低溫余熱回收系統(tǒng)來說，在外串酸回路上設(shè)置除氧水預(yù)熱器和脫鹽水預(yù)熱器已能夠較為充分利用這部分熱量。而對于硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)，僅靠除氧水預(yù)熱器和脫鹽水預(yù)熱器回收這部分熱量并不夠充分，會造成余熱回收系統(tǒng)串入干吸循環(huán)槽的酸溫過高。
要解決這個問題，就需要引入額外的冷卻介質(zhì)，并將低溫余熱回收系統(tǒng)外串酸的熱量回收到系統(tǒng)內(nèi)，用來調(diào)節(jié)低溫余熱回收系統(tǒng)的循環(huán)酸濃度。來自干燥循環(huán)系統(tǒng)的低濃度硫酸無疑就是這個最合適的額外冷卻介質(zhì)。酸酸換熱器也就應(yīng)運而生了。
2.3低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽率低
最后，由于受硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸裝置干吸工段水平衡的限制，配套的低溫余熱回收系統(tǒng)不得不大量使用干燥酸代替稀釋水來調(diào)節(jié)循環(huán)酸的濃度。由于硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)的循環(huán)酸溫度存在一個閾值，當(dāng)該循環(huán)酸溫度達(dá)到這個閾值后，低溫余熱回收系統(tǒng)將不能再產(chǎn)生蒸汽，而循環(huán)酸的溫度又決定于蒸發(fā)器產(chǎn)出的飽和蒸汽壓力。因此硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)，其所能產(chǎn)出的飽和蒸汽壓力存在閾值，該閾值與硫磺制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽壓力閾值不同，后者主要是受耐腐蝕材料性能的限制。
2.4小結(jié)
硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)，由于其低壓蒸汽的產(chǎn)汽率受到水平衡和產(chǎn)汽壓力的影響，與硫磺制酸裝置相比較，其產(chǎn)汽率會有所下降，但如果能將低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)外串酸部分的熱量充分利用，其綜合熱能回收率還是非常可觀的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
3酸酸換熱器的工業(yè)應(yīng)用
3.1應(yīng)用工況
在硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)中，特別是對于帶有凈化系統(tǒng)的硫酸裝置，常常需要增設(shè)酸酸換熱器，其目的是:將較低濃度的硫酸[w(H2SO4)=93%～95%]預(yù)熱后，代替加水進(jìn)入稀釋器，回收這部分熱能進(jìn)入高溫循環(huán)酸回路，用以增加低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽量。
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由于預(yù)熱的硫酸一般濃度較低[w(H2SO4)=93%～96%]，而低濃度硫酸隨著酸溫的增加會加劇對金屬材料的腐蝕，因此酸酸換熱器的材料的選擇非常重要。宣達(dá)集團(tuán)浙江省宣達(dá)耐腐蝕特種金屬材料研究院經(jīng)過十多年的研究，開發(fā)出了適應(yīng)于從稀酸到濃酸各種工況條件的各類耐硫酸腐蝕的合金材料。例如，針對酸酸換熱器的應(yīng)用特點，專門開發(fā)了一種XDS-2X高硅合金材料，尤其適用于耐高溫低濃度硫酸的腐蝕，特別是需將低濃度硫酸加熱到120℃以上的工況。
3.2工藝流程
酸酸換熱器是一種管殼式換熱器。熱介質(zhì)是低溫余熱回收系統(tǒng)外串的w(H2SO4)=99.5%～99.6%的高溫濃硫酸，走管程;冷介質(zhì)是進(jìn)入低溫余熱回收系統(tǒng)的來自干燥循環(huán)系統(tǒng)的w(H2SO4)=93%～95%的低溫硫酸，走殼程。
酸酸換熱器余熱回收工藝流程如圖1所示。在低溫余熱回收系統(tǒng)中，酸酸換熱器設(shè)置在外串酸路線上，位于除氧水預(yù)熱器和除鹽水預(yù)熱器之間，用于回收外串高溫濃硫酸的熱能。
3.3應(yīng)用實況
由上海奧格利環(huán)保工程有限公司開發(fā)的酸酸換熱器已在數(shù)套硫酸裝置上成功運行。將該裝置配套低溫余熱回收的外串酸自除氧水預(yù)熱器后引出至酸酸換熱器管程，硫酸濃度w(H2SO4)≈99.6%，溫度約160℃，換熱后溫度約120℃的硫酸送至干吸循環(huán)槽;同時從干燥循環(huán)泵出口引出部分來自干燥循環(huán)酸系統(tǒng)的硫酸至酸酸換熱器殼程，其硫酸濃度w(H2SO4)=93%～95%，溫度為50～60℃，換熱后硫酸溫度約120℃。經(jīng)多次復(fù)測運行的換熱器管箱及殼體壁厚，均無明顯變化。
4結(jié)束語
硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)不同于硫磺制酸裝置，因為受水平衡的影響，使得低溫余熱回收系統(tǒng)不能隨意加水，在系統(tǒng)水平衡允許的加水量外只能以串酸代替加水。一般串酸是從干燥塔循環(huán)酸管線引出，串入低溫余熱回收系統(tǒng)的稀釋器內(nèi)。為了將低溫余熱回收系統(tǒng)外串的硫酸熱量充分利用，除了設(shè)置除氧水預(yù)熱器和脫鹽水預(yù)熱器外，在外串酸回路上增設(shè)了酸酸換熱器。總結(jié)酸酸換熱器余熱回收系統(tǒng)的優(yōu)點如下。
1.低溫余熱回收系統(tǒng)利用酸酸換熱器將來自干燥系統(tǒng)的w(H2SO4)=93%～96%的低溫硫酸加熱到120℃以上，使得低溫余熱回收系統(tǒng)的產(chǎn)汽率得以提高。
2.采用酸酸換熱器的低溫余熱回收系統(tǒng)與配套硫磺制酸的低溫余熱回收系統(tǒng)一樣，自成一個完整的系統(tǒng)，可以在事故狀態(tài)下切斷低溫余熱回收裝置，而不影響制酸裝置的正常運行。
3.通過酸酸換熱器，將余熱回收系統(tǒng)向外串酸的熱量又回收到系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器酸側(cè)進(jìn)出口的溫差，減小蒸發(fā)器的面積。
4.硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸系統(tǒng)的電除霧器出口煙氣溫度受季節(jié)影響很大。在冬季，循環(huán)冷卻水的上水溫度偏低，電除霧器出口煙氣溫度下降，煙氣帶入干吸系統(tǒng)的水分減少，其配套的低溫余熱回收裝置就能增加稀釋水的使用比重，從而減少來自干燥循環(huán)系統(tǒng)的硫酸量，在比較極端的工況下，甚至完全使用稀釋水而不需要低濃度硫酸，此時可以通過副線切出酸酸換熱器，這樣，硫鐵礦制酸及冶煉制酸裝置配套的低溫余熱回收系統(tǒng)就與硫磺制酸裝置的沒有區(qū)別。在夏季，循環(huán)冷卻水的上水溫度偏高，電除塵霧器出口煙氣溫度上升，煙氣帶入干吸系統(tǒng)的水分增加，串入低溫余熱回收系統(tǒng)的低濃度硫酸量增加，此時酸酸換熱器的優(yōu)勢就完全體現(xiàn)出來，不僅將大大提高熱回收效率，還可以增加產(chǎn)汽量，甚至提高產(chǎn)汽壓力。
5.由于酸酸換熱器的管程和殼程(即換熱管內(nèi)外兩側(cè))的物料均是硫酸，即使發(fā)生換熱管腐蝕泄漏，造成的危害也很小。——論文作者：葉斌，孫正東
