硫铁矿制酸焙烧工段的节能改造

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1、硫铁矿制酸焙烧工段的节能改造1虞斌2李洪斌2郝建设（1南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京210009）（2南京加诺能源设备有限公司，江苏南京210037）摘要：针对硫铁矿制酸焙烧工段的工艺特点：炉气高含尘、高露点温度，开发了适合该工段的热管蒸汽发生器和热管省煤器，并结合实际工程运行案例，对硫铁矿制酸装置焙烧工段的节能改造作了经济效益分析。关键词：硫铁矿；硫酸；热管，1前言硫铁矿制酸装置焙烧工段沸腾炉出口废热锅炉、旋风除尘装置（大部分厂家增加配套电除尘装置）后面出口炉气温度达350℃～300℃进入净

2、化工段，经过冷却塔炉气温度要冷却至60～70℃进入后续工段，炉气通过水冷不但浪费了大量的水资源，而且炉气的低温位余热没有合理的利用，既污染环境又浪费了资源。因该工段的炉气具有含尘量高、露点温度高及低温差的特点，如果使用普通的换热器设备回收这部分炉气余热，由于管壁温度过低将会很快发生露点腐蚀，同时，结露将加快灰堵的速度，设备一旦出现露点腐蚀泄漏将使管材材质发生变化而不能修复，影响系统的整体运行。针对硫铁矿制酸工艺中普遍存在的这一情况，为了合理地利用焙烧工段中、低温段炉气的这部分余热，南京加诺能源设备有限公

3、司与南京工业大学共同研发了几类应用于硫酸生产系统的热管换热器装置，用来回收该工段的炉气余热，使炉气温度降至较合理的温度后再进入后续工段，不但回收了炉气余热，降低了后续工段的耗水量，而且产生的低压蒸汽或热水可以供给其它工段使用，给企业创造了可观的经济和社会效益。2硫铁矿制酸焙烧工段的节能改造2.1热管与热管换热器的结构形式工业上普遍采用的热管是碳钢－水重力热管，热管内部是抽高真空的，所以工作介质极易蒸发汽化，由于是相变传热，管内传热热阻很小，能以较小的温差获得较大的传热率，而且结构简单，特别是由于热管特有

4、的传热机理，使得冷热流体间的换热均在管外进行，因此可以很方便地进行管外传热，如加焊翅片、钉头等扩展传热面，以克服气体换热系数较小的问题，使整个设备结构紧凑，传热效率高。热管及其换热器区别于常规换热器的几个显著特点有：a.强化传热，传热效率高；b.热管具有良好的等温性；c.可避免露点腐蚀；d.冷、热流体间互不掺混；e.能在较小的温差下传送较大的热量；f.热管元件可更换等。在硫铁矿制酸工艺过程焙烧炉中、低温段余热回收中，开发应用的热管换热设备主要有热管蒸汽发生器和热管省煤器两种，可以配套在电除尘出口之后，也

5、可以配套在旋风除尘器之后，热管蒸汽发生器产生的中低压蒸汽可外供，热管省煤器加热的热水可供焙烧工段余热锅炉使用，提高产汽量，这些可根据各厂家的实际情况来灵活布置和采用热管换热器型式。具体应用介绍如下：2.2热管蒸汽发生器热管蒸汽发生器是由若干根独立的热管元件并联组合而成。热管的受热段置于电除尘至净化装置之间的炉气风道内，热风横掠热管受热段，热管元件的放热段插入水—汽循环系统内。由于热管的存在使得该水—汽系统的受热及循环完全图1电除尘后配套热管换热器工艺流程和热源分离而独立存在于热流体的风道之外，水—汽系统

6、不受热流体的直接冲刷。它的工作原理是：热流体的热量由热管传给水套内的饱和水（饱和水由汽包下降管输入水套），并使其汽化，所产蒸汽（汽、水混合物）经蒸汽上升管达到汽包，经集中分离以后再送往用户。这样由于热管不断将热量输入水套，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将热工艺气降温，并转化为蒸汽的目的。针对某些厂家系统有些配套了电除尘装置有些没有配套的情况，可针对不同的炉气情况，灵活设计和采用不同的热管形式和结构，改造后的工艺流程如图1所示。某些硫酸企业动力厂需要低压饱和蒸汽来供给其它工段使用

7、，从而避免使用高品质的发电蒸汽。针对这些厂家的实际情况，建议采用热管蒸发器来回收该工段的余热。现结合改造200kt/a硫铁矿制酸装置电除尘装置后配套热管蒸发器运行情况，来对比系统改造前后各项工艺参数的变化，如表1所示：表1热管蒸发器设计运行参数项目单位原工况条件设计参数实际测定数据烟气流量Nm3/h55000～650006500060000烟气进口温度℃310～350330340烟气出口温度℃――245262烟气阻力损失Pa――400320给水温度℃――104100饱和蒸汽压力MPa――0.80.6蒸汽

8、产量t/h――3.12.6经济效益万元/年――～2852.3热管省煤器:热管省煤器由许多根径向热管串连起来构成蛇形盘管束，锅炉给水流经内管。当腐蚀性炉气与热管管束进行换热后，热管内的工质被汽化，加热热管内管内的锅炉给水。由于热管内汽－液两相处于饱和平衡状态，热管管壁具有良好的等温性，可以避免存在于普通省煤器进水处的局部“冷区”。进行合理的设计可使得热管管束的管壁温度保持在腐蚀性炉气露点温度之上，从而避免酸露点腐蚀发生，提高设备的使用寿命，保