孫正東

(上海奧格利環(huán)保工程有限公司，上海201702)

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套低溫余熱回收系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)

孫正東

(上海奧格利環(huán)保工程有限公司，上海201702)

介紹了硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)工藝原理、技術(shù)特點(diǎn)以及與硫磺制酸配套DWHS系統(tǒng)的區(qū)別。DWHS系統(tǒng)的關(guān)鍵是解決水平衡，充分利用外串酸回路上的熱量；根據(jù)實(shí)際情況來確定是否采用酸酸換熱器和鍋爐給水預(yù)熱器，總阻力降大約在5～6 kPa；影響產(chǎn)汽量的因素較多，需根據(jù)不同裝置的運(yùn)行參數(shù)確定產(chǎn)汽量大小。

硫鐵礦 冶煉煙氣 硫酸生產(chǎn) 低溫余熱回收系統(tǒng) 特點(diǎn) 比較

1 低溫余熱回收(DWHS)技術(shù)開發(fā)

在各種含硫原料制取硫酸生產(chǎn)過程中，含硫原料的燃燒、SO2的氧化及SO3的吸收3個(gè)主要過程均伴有大量的化學(xué)能釋放出來。含硫原料的燃燒及SO2的氧化過程中產(chǎn)生的高、中溫位余熱利用均已有較為成熟的回收工藝。在硫酸裝置干燥和吸收過程中，伴有大量的反應(yīng)熱、冷凝熱和稀釋熱產(chǎn)生，這部分熱量的利用由于高溫濃硫酸的強(qiáng)腐蝕性而受到了很大的限制。隨著硫磺制酸配套低溫位余熱回收技術(shù)的推廣運(yùn)用，大量硫磺制酸裝置的低溫位熱能已能得到充分回收利用，但目前除了極少量硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸裝置配套了低溫余熱回收系統(tǒng)，絕大部分這類裝置還是用循環(huán)冷卻水將熱量移走而白白浪費(fèi)。

利用硫酸裝置低溫位熱能產(chǎn)生蒸汽，是熱能利用的理想方法，但必須提高吸收循環(huán)酸的溫度。在傳統(tǒng)的吸收酸濃度范圍內(nèi)，硫酸的腐蝕性隨著其溫度的上升而加劇，現(xiàn)有的耐濃硫酸腐蝕的不銹鋼和合金似乎都不能適應(yīng)如此高的酸溫。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)硫酸w(H2SO4)接近100%時(shí)，某些合金的耐腐蝕能力便會(huì)增強(qiáng)。因此，上海奧格利環(huán)保工程有限公司(以下簡稱奧格利公司)和宣達(dá)實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司(以下簡稱宣達(dá)集團(tuán))一方面研發(fā)了耐高溫硫酸〗腐蝕的XDS系列特種合金材料，另一方面對不同濃度和溫度下的硫

酸腐蝕特性進(jìn)行了研究。研究表明：將整個(gè)循環(huán)酸系統(tǒng)中的硫酸嚴(yán)格控制在w(H2SO4)≥99%，并配合XDS特種合金材料，能夠保證DWHS系統(tǒng)設(shè)備和管路的耐腐蝕性和長期穩(wěn)定的運(yùn)行[1]。實(shí)踐證明，XDS系列特種合金中的XDS-8耐高溫高濃硫酸合金在w(H2SO4)98.5%～99.9%、220 ℃條件下的腐蝕速率遠(yuǎn)低于0.1 mm/a，從而為低溫位余熱回收系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了保障[2]。

由于過高的吸收酸濃度將嚴(yán)重影響SO3的吸收效率，亦即影響低溫位熱能回收系統(tǒng)的熱回收效率，因此必須保證進(jìn)DWHS吸收塔吸收酸的濃度不宜過高。由于在高溫、高吸收酸濃度條件下SO3的吸收率相對下降，經(jīng)過高溫吸收后的工藝氣體必須再用溫度和濃度相對低一些的硫酸進(jìn)一步吸收，以保證整個(gè)吸收過程的吸收效率。因此通常將該吸收過程分為高溫吸收和低溫吸收2部分。

高溫吸收段是通過提高循環(huán)酸溫度，以蒸發(fā)器代替酸冷卻器產(chǎn)低壓蒸汽。為了保證加水稀釋或混酸效果并控制入塔酸濃的穩(wěn)定，在蒸發(fā)器出口增設(shè)了濃硫酸稀釋器。在外串酸回路上依次設(shè)置除氧水預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器或酸酸換熱器以及脫鹽水預(yù)熱器等，從而大幅度提高硫酸生產(chǎn)裝置的熱能回收率。DWHS系統(tǒng)高溫吸收段采用w(H2SO4)約99%的高溫高濃度硫酸作為循環(huán)吸收酸，采用適合該工況條件的特種合金材料制作相應(yīng)的塔、槽、泵、換熱器等設(shè)備及管道。從制酸裝置吸收塔循環(huán)酸系統(tǒng)引來的w(H2SO4)98.3%～98.5%的低溫硫酸進(jìn)入DWHS吸收塔上部的低溫吸收段，進(jìn)一步吸收煙氣中的SO3，同時(shí)有效控制酸霧的形成。

2 硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套DWHS系統(tǒng)主要特點(diǎn)

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸與硫磺制酸在低溫位余熱回收利用上有一些差別。硫磺制酸空氣帶入系統(tǒng)的水量少，因此稀釋器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來說，由于有煙氣凈化系統(tǒng)的存在，進(jìn)入干燥塔的SO2氣體是被水飽和的，再加上部分系統(tǒng)需要補(bǔ)充大量的空氣，使得整個(gè)干吸系統(tǒng)的水平衡難以承受如硫磺制酸DWHS系統(tǒng)額外的加水量。

正因?yàn)樗胶獾挠绊?，硫鐵礦和冶煉煙氣低溫余熱回收技術(shù)采用全部或部分從干燥和吸收系統(tǒng)串來w(H2SO4)93%～95%的硫酸加入稀釋器中以替代加水，以調(diào)節(jié)進(jìn)DWHS吸收塔的高溫硫酸w(H2SO4)在99%左右。在干燥和吸收系統(tǒng)水平衡允許的情況下，盡量向稀釋器中加入部分水，以減少DWHS系統(tǒng)向外部的串酸量，增加熱能回收率。

由于串入DWHS系統(tǒng)的硫酸量較大，系統(tǒng)外串的硫酸量相應(yīng)增加。另外進(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(huì)有不少熱能被外串的硫酸帶出系統(tǒng)外。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，而對于硫鐵礦和冶煉煙氣制酸DWHS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還不夠充分，除非有大量的低溫脫鹽水可以在此預(yù)熱。因此一般在外串酸回路上還要增設(shè)酸酸換熱器或鍋爐給水預(yù)熱器。

增設(shè)酸酸換熱器的目的是用于將進(jìn)入稀釋器代替加水的濃度較低的硫酸[w(H2SO4)93%～95%硫酸]進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的稀釋酸加入稀釋器，回收這部分熱能進(jìn)入高溫循環(huán)酸回路用以增加DWHS系統(tǒng)的產(chǎn)汽量。增設(shè)鍋爐給水預(yù)熱器的目的是為了將主裝置所需要的鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，回收這部分熱量進(jìn)入主裝置的鍋爐系統(tǒng)。一般硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置在一吸塔或二吸塔進(jìn)口已經(jīng)設(shè)有省煤器，在配套DWHS系統(tǒng)時(shí)，可以將一吸塔進(jìn)口省煤器短路，較高溫度的煙氣直接進(jìn)入DWHS系統(tǒng)。這種情況DWHS系統(tǒng)的產(chǎn)汽量會(huì)大大增加，由于DWHS系統(tǒng)外串酸溫度的限制，鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱的鍋爐給水溫度容易受到限制，有可能會(huì)影響到主裝置中、高壓蒸汽的產(chǎn)汽量。

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)低壓蒸汽的產(chǎn)汽率由于受到水平衡和產(chǎn)汽壓力的影響，與硫磺制酸相比較其產(chǎn)汽率會(huì)有所下降，但問題的關(guān)鍵是，如果能將系統(tǒng)外串酸部分的熱量充分利用，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)的綜合熱能回收率還是非?？捎^的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 工藝流程

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)不能像硫磺制酸配套的系統(tǒng)那樣正常加水，而是要根據(jù)整個(gè)硫酸干吸系統(tǒng)的水平衡確定加水量，即DWHS系統(tǒng)所需的一部分水以從干燥循環(huán)酸系統(tǒng)串酸的形式來替代。另一方面為了減少DWHS系統(tǒng)的串酸量，亦即盡量在DWHS系統(tǒng)加水，干吸系統(tǒng)正常情況下不宜加水(一般情況下硫酸裝置二吸塔循環(huán)槽會(huì)有加水裝置)，同時(shí)二吸塔循環(huán)系統(tǒng)要向DWHS系統(tǒng)串酸，提供DWHS二級(jí)噴淋酸。因此DWHS系統(tǒng)需要向二吸塔循環(huán)槽串酸，然后干燥塔和二吸塔循環(huán)系統(tǒng)之間通過串酸來控制酸濃。

配置酸酸換熱器的DWHS系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示，配置鍋爐給水預(yù)熱器的DWHS系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 配置鍋爐給水預(yù)熱器的DWHS系統(tǒng)工藝流程示意

DWHS系統(tǒng)主要設(shè)備包括1臺(tái)DWHS吸收塔及酸循環(huán)泵槽(酸循環(huán)泵安裝其上)、1臺(tái)蒸發(fā)器、1臺(tái)稀釋器、1臺(tái)脫鹽水預(yù)熱器、1臺(tái)鍋爐給水預(yù)熱器或酸酸換熱器、1臺(tái)除氧水預(yù)熱器及1臺(tái)地下酸槽(地下槽酸泵安裝其上)和2臺(tái)低壓給水泵。

來自一次轉(zhuǎn)化后省煤器進(jìn)口或出口的煙氣從DWHS吸收塔底部進(jìn)入，經(jīng)過兩層填料分別與高、低溫濃度硫酸逆流接觸，傳質(zhì)傳熱，煙氣中的SO3被吸收后由除霧器除霧后再進(jìn)入硫酸裝置轉(zhuǎn)化工序進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。

DWHS吸收塔采用2段式吸收，其中第一段采用高溫、w(H2SO4)99%的硫酸吸收，第二段采用w(H2SO4)98.3%～98.5%低溫硫酸吸收。低溫吸收除了進(jìn)一步吸收SO3、保證吸收效率外，還能增加蒸汽產(chǎn)量，同時(shí)可有效除去高溫吸收過程產(chǎn)生的大量酸霧，最后氣體再經(jīng)過高效除霧器有效地去除剩余的酸霧。

吸收SO3氣體后的高溫高濃度硫酸進(jìn)入塔底的循環(huán)泵槽，由酸循環(huán)泵送入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)高溫濃硫酸與除氧水換熱產(chǎn)生蒸汽，出蒸發(fā)器的高溫濃硫酸溫度降低。之后分為2路，一路進(jìn)入稀釋器，用稀釋水及稀釋硫酸調(diào)節(jié)濃度后進(jìn)入DWHS吸收塔下層填料吸收煙氣中的SO3；另一路依次送入除氧水預(yù)熱器、鍋爐給水預(yù)熱器(鍋爐給水預(yù)熱器也可置于除氧水預(yù)熱器之前)或酸酸換熱器、脫鹽水預(yù)熱器換熱，降溫后的硫酸送入硫酸主裝置干吸工序的循環(huán)酸槽。從干吸工序二吸塔酸冷卻器出口來的w(H2SO4)98.3%～98.5%二次噴淋酸送入DWHS吸收塔上層填料，與煙氣接觸并吸收其中剩余的SO3后，再與下層噴淋酸混合通過下層填料進(jìn)入DWHS酸循環(huán)槽。

對于硫鐵礦制酸及冶煉煙氣制酸裝置來說，二吸塔一般是獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，為了防止二吸塔額外加水增加水平衡的負(fù)擔(dān)，通常DWHS系統(tǒng)與二吸塔之間進(jìn)行串酸，然后由干燥塔和二吸塔之間進(jìn)行串酸控制酸濃。為了防止干燥塔循環(huán)酸中的SO2會(huì)在二吸塔中解析出來，需要在干燥塔串向二吸塔的酸回路上設(shè)置脫氣塔，將酸中溶解的SO2脫出后用管線引至干燥塔進(jìn)口。

合格的脫鹽水由界區(qū)外送入脫鹽水預(yù)熱器與DWHS外串酸換熱升溫后進(jìn)入除氧器，脫鹽水預(yù)熱器可以同時(shí)加熱主裝置的脫鹽水。脫鹽水經(jīng)熱力除氧后進(jìn)入低壓給水泵，增壓后的除氧水進(jìn)入除氧水預(yù)熱器，與DWHS外串酸換熱升溫后送入蒸發(fā)器，除氧水在蒸發(fā)器內(nèi)與DWHS循環(huán)酸換熱，產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，送入低壓蒸汽管網(wǎng)。對于配置鍋爐給水預(yù)熱器的DWHS系統(tǒng)，從主裝置除氧器來的中、高壓鍋爐給水經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入主裝置鍋爐系統(tǒng)，鍋爐給水預(yù)熱器可置于除氧水預(yù)熱器前，也可置于除氧水預(yù)熱器后；對于配置酸酸換熱器的DWHS系統(tǒng)，來自干燥塔循環(huán)酸系統(tǒng)的稀釋用硫酸經(jīng)酸酸換熱器加熱后再進(jìn)入稀釋器。

4 幾點(diǎn)技術(shù)說明

4.1 采用兩段式吸收

DWHS工藝有一段式吸收工藝和兩段式吸收工藝，早期的一些裝置采用了一段式吸收工藝，但由于其存在一定的局限性，目前的DWHS工藝均采用了兩段式吸收工藝。

鑒于一段式DWHS工藝存在的局限性，目前普遍采用兩段式吸收工藝，即經(jīng)過高溫吸收后的工藝氣體通常再用溫度和濃度相對低一些的硫酸進(jìn)一步吸收，以保證整個(gè)吸收過程的吸收效率，降低出口煙氣溫度。因此通常將該DWHS吸收過程分為高溫吸收和低溫吸收兩部分，DWHS吸收塔的下部為高溫吸收段，上部為低溫吸收段。高溫吸收段用w(H2SO4)99%的硫酸噴淋，低溫吸收段用w(H2SO4)98.3%～98.5%的低溫濃硫酸噴淋，噴淋酸匯集于塔底流入循環(huán)酸泵槽；由循環(huán)酸泵送入蒸汽發(fā)生器換熱后，一部分經(jīng)一系列換熱設(shè)備換熱降溫后進(jìn)入吸收塔酸循環(huán)槽，另一部分經(jīng)稀釋器加水稀釋至w(H2SO4)99%后進(jìn)入吸收塔中部進(jìn)行噴淋。

用于低溫吸收段吸收的w(H2SO4)98.3%～98.5%的低溫濃硫酸其酸溫和流量需要調(diào)節(jié)控制，合理控制低溫吸收酸的溫度和流量，在保證吸收效率的同時(shí)可以有效地降低酸霧的形成?？傮w來說，采用兩段式吸收可以保證很高的吸收效率、可以有效地降低酸霧量、可以提高熱能回收效率。

4.2 除霧器的選擇

由于DWHS裝置的操作特性，吸收過程會(huì)產(chǎn)生大量的酸霧，雖然采用了兩段式吸收工藝，極大地降低了酸霧的形成，但吸收塔產(chǎn)生的酸霧量仍大大高于傳統(tǒng)硫酸裝置一吸塔產(chǎn)生的酸霧量。因此對于DWHS系統(tǒng)來說，有效地除去酸霧是DWHS系統(tǒng)成功運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵。

根據(jù)DWHS吸收塔酸霧形成的特點(diǎn)，系統(tǒng)一般均配置擴(kuò)散型高效纖維除霧器，保證除霧器的除霧面積。若塔徑影響到除霧器的布置，可以采用雙層結(jié)構(gòu)的除霧器，其內(nèi)外層均可有效除去酸霧。所有除霧器的纖維床出廠前均經(jīng)過測試，以確保酸霧去除率及壓降達(dá)到要求。除霧器對于大于3 μm粒徑的酸霧除霧效率接近100%，對于小于3 μm粒徑的酸霧除霧效率達(dá)到99.5%，采用該除霧器可以保證除霧效率，配合兩段式吸收工藝，能夠保證出DWHS吸收塔的酸霧含量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

對于老廠改造項(xiàng)目，一般情況下原有的除霧器不能適應(yīng)DWHS系統(tǒng)產(chǎn)生的大量酸霧，一般將新增的高效除霧器安裝在DWHS吸收塔塔頂。對于新建的硫酸裝置，可以不設(shè)一吸塔，也有不少裝置設(shè)計(jì)時(shí)保留一吸塔，要求當(dāng)DWHS系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)，可以切換至正常干吸系統(tǒng)操作，此時(shí)為了節(jié)省投資，高效的纖維除霧器一般安裝在一吸塔頂部，經(jīng)過DWHS吸收塔兩段吸收后的煙氣直接進(jìn)入一吸塔，由設(shè)在一吸塔頂部的除霧器除去酸霧。

4.3 用于低溫吸收段噴淋酸的分酸器

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量資料以（均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，采用LSD-t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以（n，%）表示，采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Pearson分析法分析各計(jì)量資料之間的相關(guān)性。

DWHS吸收塔分為高溫吸收段和低溫吸收段。高溫吸收段普遍采用的是槽管式分酸器，具有分酸點(diǎn)多、分酸均勻等特點(diǎn)。相較于高溫吸收段噴淋酸的大流量，低溫吸收段噴淋酸的流量很小，對分酸器的要求很高，較早前使用的管式分酸器對于這種工況的分酸效果不太理想。低溫吸收段采用管式分酸器，不管是采用上噴式還是下噴式，存在的局限性如下：

1)由于酸流量很小，欲保證管式分酸器噴酸小孔的流速，則小孔孔徑很小，小孔分布點(diǎn)少。小孔孔徑小，容易致小孔堵塞，小孔分布點(diǎn)少會(huì)影響分酸效果。

2)一般低溫吸收段噴淋酸是從干吸系統(tǒng)的循環(huán)酸泵出口引出的，而干吸循環(huán)酸泵的壓頭一般都不會(huì)很大，即使在主酸管上使用閥門將低溫酸逼入管式分酸器，進(jìn)入分酸器的壓力也是有限的。管式分酸器進(jìn)口壓力的大小，直接影響到管式分酸器的分酸效果，尤其對于大型DWHS吸收塔，靠近進(jìn)酸口較遠(yuǎn)的分酸點(diǎn)的分酸量會(huì)直接受到影響。

3)由于噴淋的是w(H2SO4)<98.5%的硫酸，如果濃度控制得較低，長期運(yùn)行容易造成管式分酸器的小孔腐蝕，致使分酸不均勻而影響分酸效果。

鑒于管式分酸器用于二級(jí)噴淋酸的上述局限性，奧格利公司開發(fā)了專門用于小流量的槽管式分酸器，這種分酸器由于采用重力分流，只要分酸槽內(nèi)存在一定液位，其分酸都是均勻的。這種槽管式分酸器的優(yōu)點(diǎn)如下[3]：①重力分酸，尤其適合小流量分酸，分酸均勻；②分酸點(diǎn)多，分酸點(diǎn)可達(dá)42點(diǎn)/m2以上，分酸效果好；③對進(jìn)酸壓力要求不高，只要酸能夠流入分酸槽，就能保證分酸效果；④抗腐蝕能力強(qiáng)，輕微的腐蝕不會(huì)影響分酸效果。

這種適合小流量的槽管式分酸器，經(jīng)過多套裝置的使用，取得了很好的效果，雖然會(huì)引起制造成本的增加，但這種分酸器能保證分酸效果，提高了DWHS系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4.4 酸酸換熱器和鍋爐給水加熱器的設(shè)置

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置配套的DWHS系統(tǒng)不同于硫磺制酸裝置，因?yàn)樗胶獾挠绊?，使得DWHS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DWHS系統(tǒng)的稀釋器內(nèi)。由于串入的硫酸量較大，因此不少熱能被外串的高溫濃硫酸帶出。

為了將DWHS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，一般在外串酸回路上還要增設(shè)酸酸換熱器或鍋爐給水預(yù)熱器。

由于預(yù)熱的硫酸一般w(H2SO4)在93%～95%，濃度較低。而低濃度硫酸隨著酸溫的增加會(huì)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。隸屬于宣達(dá)集團(tuán)的浙江省宣達(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)，生產(chǎn)出了從稀酸到濃酸、適應(yīng)于各種工況條件的各類耐硫酸腐蝕的合金材料。針對酸酸換熱器的特點(diǎn)專門開發(fā)了一種XDS-2X高硅合金材料，尤其適應(yīng)w(H2SO4)93%～95%的硫酸在高溫下的腐蝕，可以將w(H2SO4)93%～95%的硫酸加熱到120 ℃以上。因此對于帶有凈化系統(tǒng)的硫酸裝置配套的DWHS系統(tǒng)，可以設(shè)置酸酸換熱器，以提高熱能回收率，增加蒸汽產(chǎn)量。

另外一種利用熱能的方式即用鍋爐給水預(yù)熱器取代酸酸換熱器，即將來自主裝置鍋爐給水泵的高、中壓鍋爐給水預(yù)熱到一定溫度后進(jìn)入主裝置的鍋爐系統(tǒng)。一般硫鐵礦和冶煉煙氣制酸裝置在一吸塔進(jìn)口或二吸塔進(jìn)口會(huì)設(shè)有省煤器，鍋爐給水經(jīng)過省煤器預(yù)熱后的溫度較高，而進(jìn)入一吸塔的煙氣溫度一般控制在180 ℃以下，也就是說制酸裝置的高、中溫余熱已經(jīng)較為充分利用了。如果取消一吸塔進(jìn)口的省煤器，進(jìn)入DWHS系統(tǒng)的氣體溫度很高，大量的熱量進(jìn)入DWHS吸收塔，DWHS系統(tǒng)的產(chǎn)汽量將會(huì)大大提高。對于大部分硫酸裝置，在配套的DWHS系統(tǒng)中增加鍋爐給水預(yù)熱器以后，由于蒸發(fā)器出口酸溫的限制，一些裝置難以將鍋爐給水加熱到較高的溫度，取消省煤器后一些原本轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的中溫位熱能就在DWHS系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化成低壓蒸汽了。

采用酸酸換熱器的適應(yīng)性比較強(qiáng)。若不取消省煤器，采用酸酸換熱器也能額外回收一些熱量，增加產(chǎn)汽量；若取消省煤器，采用酸酸換熱器也可以達(dá)到理想的熱能利用效果。如果硫酸裝置的水平衡有利，并且有大量的脫鹽水需要在DWHS系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)熱，甚至無需設(shè)置酸酸換熱器和鍋爐給水預(yù)熱器也能充分回收低溫位余熱。

從另外一個(gè)方面來說，設(shè)置酸酸換熱器的方案不會(huì)影響到制酸裝置中、高壓汽水系統(tǒng)的熱量平衡，也不會(huì)以降低中、高壓蒸汽的產(chǎn)量為代價(jià)來增加低壓蒸汽量。另外若設(shè)置鍋爐給水預(yù)熱器，由于其操作壓力很高，一旦產(chǎn)生泄漏會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果，而設(shè)置酸酸換熱器則沒有大的影響，因?yàn)榧词拱l(fā)生泄漏，是濃酸之間的混合，不會(huì)對系統(tǒng)造成大的影響，有較高的安全性。

4.5 影響DWHS裝置產(chǎn)汽量的因素

影響硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)產(chǎn)汽率的因數(shù)較多，主要有如下幾點(diǎn)：①來自凈化系統(tǒng)電除霧器出口的煙氣量和溫度(與SO2濃度和水分有關(guān))；②干燥塔進(jìn)口空氣的補(bǔ)充量和大氣濕度；③一次轉(zhuǎn)化率；④進(jìn)入DWHS系統(tǒng)的煙氣氣量和溫度；⑤產(chǎn)品酸濃度；⑥D(zhuǎn)WHS系統(tǒng)產(chǎn)汽壓力。

其中產(chǎn)品酸濃度對硫酸裝置的水平衡影響較大，若允許生產(chǎn)w(H2SO4)93%～95%的低濃度硫酸，配套DWHS系統(tǒng)后希望盡量生產(chǎn)低濃度硫酸。一般硫酸裝置電除霧器出口溫度控制在40 ℃以下，并且隨季節(jié)會(huì)有所變化，這是影響系統(tǒng)水平衡的重要因素，干燥塔進(jìn)口空氣的補(bǔ)充量和大氣濕度也是影響系統(tǒng)水平衡的因素之一。上述因素決定了DWHS系統(tǒng)的加水量，亦即決定了DWHS系統(tǒng)外串酸的流量。DWHS系統(tǒng)允許的加水量越大，產(chǎn)生的硫酸稀釋熱越多，同時(shí)系統(tǒng)外串酸量減少，DWHS系統(tǒng)回收的低壓蒸汽量越大。

一次轉(zhuǎn)化率、進(jìn)入DWHS系統(tǒng)的煙氣溫度以及允許的加水量決定了DWHS系統(tǒng)可以回收熱量的大小。一次轉(zhuǎn)化率越高，DWHS系統(tǒng)吸收產(chǎn)生的熱量越多；DWHS系統(tǒng)允許的加水量越多，硫酸稀釋產(chǎn)生的熱量亦越多；進(jìn)入DWHS系統(tǒng)的煙氣溫度越高，煙氣帶入DWHS系統(tǒng)的顯熱越多。

DWHS系統(tǒng)產(chǎn)汽壓力決定了外串酸的酸溫，產(chǎn)汽壓力越低，蒸發(fā)器出口酸溫越低，蒸發(fā)器回收的熱量就越多，外串酸帶出的熱量亦越少。

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)的關(guān)鍵不僅僅是蒸發(fā)器本身的產(chǎn)汽量多少，而是如何將外串酸回路的熱量充分利用?；厥胀獯峄芈窡崃康姆椒ㄓ?種：①采用除氧水預(yù)熱器預(yù)熱DWHS系統(tǒng)本身所需的除氧水；②采用酸酸換熱器或鍋爐給水預(yù)熱器回收熱量；③采用脫鹽水預(yù)熱器預(yù)熱盡可能多的脫鹽水，以進(jìn)一步回收熱量。

總之，硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)，其產(chǎn)汽量需要根據(jù)裝置實(shí)際的運(yùn)行情況進(jìn)行計(jì)算，每套裝置的運(yùn)行情況都不會(huì)一樣，產(chǎn)汽率的變化較大。

4.6 系統(tǒng)阻力降

對于老廠改造項(xiàng)目，一般考慮DWHS吸收塔和一吸塔并聯(lián)的方案，即除霧器放置在DWHS吸收塔頂部，正常運(yùn)行時(shí)用DWHS系統(tǒng)取代一吸塔系統(tǒng)。新建裝置或者不設(shè)一吸塔系統(tǒng)，或者考慮DWHS吸收塔和一吸塔串聯(lián)方案，即DWHS吸收塔出口的煙氣經(jīng)過一吸塔并除霧后再返回轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，此時(shí)DWHS吸收塔頂不設(shè)置除霧器，除霧器設(shè)置在一吸塔塔頂部。

無論是DWHS吸收塔和一吸塔并聯(lián)還是串聯(lián)，其阻力的增加是有限的。根據(jù)DWHS吸收塔產(chǎn)生的酸霧性質(zhì)，適用于DWHS系統(tǒng)的除霧器需要限制通過除霧器的煙氣流速，因此需要較大的除霧面積，除霧器的阻力降不會(huì)大于正常一吸塔配置的纖維除霧器的阻力降，甚至略有降低。DWHS吸收塔阻力降主要取決于空塔氣速、填料的類型和填料層的高度，DWHS吸收塔兩段填料層總高度相較于一吸塔增加有限，因此配置DWHS系統(tǒng)后阻力降增加有限，在正常工況條件下DWHS吸收塔包括除霧器的的總阻力降大約在5～6 kPa，因此DWHS系統(tǒng)對整個(gè)制酸系統(tǒng)的阻力降不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

5 結(jié)語

硫鐵礦和冶煉煙氣制酸配套的DWHS系統(tǒng)是在硫磺制酸配套的DWHS系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展的，沒有改變DWHS系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行環(huán)境，但由于凈化系統(tǒng)的存在，影響了硫酸裝置的水平衡，DWHS系統(tǒng)需要用一部分來自干燥系統(tǒng)的串酸代替加水。DWHS系統(tǒng)的關(guān)鍵是如何將外串酸回路上的熱量充分利用，為此需要在外串酸回路上設(shè)置除氧水預(yù)熱器、酸酸換熱器或鍋爐給水預(yù)熱器以及脫鹽水預(yù)熱器。影響產(chǎn)汽量的因素較多，需要根據(jù)不同裝置不同的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

[1] 劉煥安，葉際宣.硫酸工業(yè)用XD系列特種金屬材料研發(fā)與應(yīng)用概述[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2008(6)：18-24.

[2] 劉煥安，葉際宣.硫酸工業(yè)低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)腐蝕與不銹鋼應(yīng)用綜述[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2012，24(6)：445-452.

[3] 嚴(yán)與輝，葉際宣，劉煥安，等.XDS特種不銹鋼管槽式分酸器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2010(1)：38-41.

Technical review of the low temperature waste heat recovery system for pyrite-based and melallurgical sulphuric acid production

SUNZhengdong

(Shanghai Allgreen Environmental Engineering Co., Ltd., Shanghai, 201702,China)

The working principle and technical characteristics of the DWHS system for pyrite-based and smelter sulphuric acid production was discussed and the difference from the DWHS system for sulphur burning acid production was analyzed. The key of the DWHS system is to solve the problem of water balance, i.e., how to make good use of the heat of the acid in the cross-flow loop; decision-making of whether to employ the acid-acid heat exchanger or the boiler feed preheater is based on real operating situations; the overall pressure drop is about 5-6 kPa; the amount of steam generated is impacted by many factors and thus, depends on the operating parameters of different plants.

pyrite; metallurgical off-gas; sulphuric acid production; low temperature waste heat recovery system;characteristics; comparison

2017-01-22。

：孫正東，男，上海奧格利環(huán)保工程有限公司高級(jí)工程師，主要從事硫酸工藝技術(shù)工作。電話：13913900216；E-mail：szdwhy@126.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)03-0020-07