發布時間：2021-03-09所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:受到系統水平衡和產汽壓力的影響，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統的產汽率會有所下降，據此開發了酸酸換熱器，充分利用低溫余熱回收系統外串酸的熱量，提高來自干燥和吸收系統的低溫低濃度硫酸，以提高綜合熱能回收率。介紹了酸酸換熱
摘要:受到系統水平衡和產汽壓力的影響，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統的產汽率會有所下降，據此開發了酸酸換熱器，充分利用低溫余熱回收系統外串酸的熱量，提高來自干燥和吸收系統的低溫低濃度硫酸，以提高綜合熱能回收率。介紹了酸酸換熱器的開發應用背景和應用實況，并總結了配置酸酸換熱器的低溫余熱回收系統的特點。
關鍵詞:硫酸生產;余熱回收系統;酸酸換熱器;工藝流程;應用
1概述
隨著硫磺制酸配套低溫余熱回收技術的成熟和普及，絕大部分硫磺制酸裝置已經配套建設了低溫余熱回收系統。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，由于受到系統水平衡和產汽壓力的影響，與硫磺制酸裝置相比，一些裝置的產汽率會有所下降。但是如果能充分利用低溫余熱回收系統外串酸的熱量，系統的綜合熱能回收率還是非�？捎^的，具有很好的經濟效益。
2酸酸換熱器的開發應用背景
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干吸系統水平衡問題
在硫磺制酸裝置中，空氣帶入制酸系統的水量少，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的存在，進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充大量的空氣，使得整個干吸系統的水平衡難以承受如硫磺制酸低溫余熱回收系統額外的加水量(一些富氧冶煉技術產生的高濃度煙氣制酸裝置除外)。
正因為受系統水平衡的影響，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采用全部正因為受系統水平衡的影響，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采用全部或部分從干燥系統和吸收系統串來的w(H2SO4)=93%～95%的低濃度硫酸，加入稀釋器中替代加水進行稀釋，以調節來自吸收塔w(H2SO4)≈99%的高溫硫酸的濃度。在干燥系統和吸收系統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向外部的串酸量，從而增加熱能回收率。
2.2系統串酸的酸溫過高
其次，當制酸系統內蒸發器產出的飽和蒸汽壓力一定時，蒸發器酸側出口溫度也是一個定值，由于低溫余熱回收系統內加入大量w(H2SO4)=93%～95%的低濃度硫酸，造成系統排出的酸量大大增加。由于進入系統的硫酸溫度很低，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。
對于硫磺制酸配套的低溫余熱回收系統來說，在外串酸回路上設置除氧水預熱器和脫鹽水預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，僅靠除氧水預熱器和脫鹽水預熱器回收這部分熱量并不夠充分，會造成余熱回收系統串入干吸循環槽的酸溫過高。
要解決這個問題，就需要引入額外的冷卻介質，并將低溫余熱回收系統外串酸的熱量回收到系統內，用來調節低溫余熱回收系統的循環酸濃度。來自干燥循環系統的低濃度硫酸無疑就是這個最合適的額外冷卻介質。酸酸換熱器也就應運而生了。
2.3低溫余熱回收系統的產汽率低
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不得不大量使用干燥酸代替稀釋水來調節循環酸的濃度。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的循環酸溫度存在一個閾值，當該循環酸溫度達到這個閾值后，低溫余熱回收系統將不能再產生蒸汽，而循環酸的溫度又決定于蒸發器產出的飽和蒸汽壓力。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，其所能產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的產汽壓力閾值不同，后者主要是受耐腐蝕材料性能的限制。
2.4小結
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，由于其低壓蒸汽的產汽率受到水平衡和產汽壓力的影響，與硫磺制酸裝置相比較，其產汽率會有所下降，但如果能將低溫熱回收系統外串酸部分的熱量充分利用，其綜合熱能回收率還是非�？捎^的，具有很好的經濟效益。
3酸酸換熱器的工業應用
3.1應用工況
在硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的低溫余熱回收系統中，特別是對于帶有凈化系統的硫酸裝置，常常需要增設酸酸換熱器，其目的是:將較低濃度的硫酸[w(H2SO4)=93%～95%]預熱后，代替加水進入稀釋器，回收這部分熱能進入高溫循環酸回路，用以增加低溫余熱回收系統的產汽量。
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由于預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。宣達集團浙江省宣達耐腐蝕特種金屬材料研究院經過十多年的研究，開發出了適應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用特點，專門開發了一種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。熱介質是低溫余熱回收系統外串的w(H2SO4)=99.5%～99.6%的高溫濃硫酸，走管程;冷介質是進入低溫余熱回收系統的來自干燥循環系統的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中，酸酸換熱器設置在外串酸路線上，位于除氧水預熱器和除鹽水預熱器之間，用于回收外串高溫濃硫酸的熱能。
3.3應用實況
由上海奧格利環保工程有限公司開發的酸酸換熱器已在數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槽;同時從干燥循環泵出口引出部分來自干燥循環酸系統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℃。經多次復測運行的換熱器管箱及殼體壁厚，均無明顯變化。
4結束語
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不能隨意加水，在系統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酸管線引出，串入低溫余熱回收系統的稀釋器內。為了將低溫余熱回收系統外串的硫酸熱量充分利用，除了設置除氧水預熱器和脫鹽水預熱器外，在外串酸回路上增設了酸酸換熱器�？偨Y酸酸換熱器余熱回收系統的優點如下。
1.低溫余熱回收系統利用酸酸換熱器將來自干燥系統的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的產汽率得以提高。
2.采用酸酸換熱器的低溫余熱回收系統與配套硫磺制酸的低溫余熱回收系統一樣，自成一個完整的系統，可以在事故狀態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，將余熱回收系統向外串酸的熱量又回收到系統中，可以提高系統內蒸發器酸側進出口的溫差，減小蒸發器的面積。
4.硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸系統的電除霧器出口煙氣溫度受季節影響很大。在冬季，循環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系統的硫酸量，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就與硫磺制酸裝置的沒有區別。在夏季，循環冷卻水的上水溫度偏高，電除塵霧器出口煙氣溫度上升，煙氣帶入干吸系統的水分增加，串入低溫余熱回收系統的低濃度硫酸量增加，此時酸酸換熱器的優勢就完全體現出來，不僅將大大提高熱回收效率，還可以增加產汽量，甚至提高產汽壓力。
5.由于酸酸換熱器的管程和殼程(即換熱管內外兩側)的物料均是硫酸，即使發生換熱管腐蝕泄漏，造成的危害也很小。——論文作者：葉斌，孫正東
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