低溫余熱回收技術(shù)在鋅冶煉煙氣制酸裝置的實踐應(yīng)用

低溫余熱回收技術(shù)在鋅冶煉煙氣制酸裝置的實踐應(yīng)用丁雁波;周開敏;陸占清【摘要】介紹了173kt/a鋅冶煉煙氣制酸裝置配套低溫位余熱回收工藝原理、生產(chǎn)工藝和主要設(shè)備利用低溫余熱回收技術(shù)回收鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)富余熱能,1t硫酸似w(H2504)100%計］產(chǎn)生蒸汽0.42~0.45t.低溫位余熱回收在鋅冶煉煙氣制酸裝置中的應(yīng)用，提高了熱能利用率，降低了生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)競爭實力，為同行業(yè)裝置提供借鑒作用.【期刊名稱】《硫酸工業(yè)》【年(卷)，期】2019(000)007【總頁數(shù)】5頁(P44-48)【關(guān)鍵詞】鋅冶煉;硫酸裝置;低溫余熱回收;實踐應(yīng)用【作者】丁雁波;周開敏;陸占清【作者單位】云南馳宏資源綜合利用有限公司鋅焙燒廠，云南曲靖655000;云南馳宏資源綜合利用有限公司鋅焙燒廠，云南曲靖655000;云南馳宏資源綜合利用有限公司鋅焙燒廠，云南曲靖655000【正文語種】中文【中圖分類】TQ111.16云南馳宏資源綜合利用有限公司(以下簡稱馳宏公司)鋅焙燒廠鋅冶煉煙氣制酸裝置是利用109m2沸騰爐焙燒鋅精礦產(chǎn)生的二氧化硫煙氣制酸，主要產(chǎn)品是w(H2SO4)為98%的工業(yè)硫酸，目前硫酸產(chǎn)能為173kt/a。該套裝置采用技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠的稀酸洗凈化，2次轉(zhuǎn)化、2次吸收的常壓接觸法制酸工藝流程。該套硫酸生產(chǎn)裝置的低溫位余熱一直未有效利用，因此開發(fā)新的節(jié)能技術(shù)，努力提高能源利用效率，對提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)競爭實力具有重要意義。近幾年硫酸低溫位余熱回收利用在硫磺制酸和硫鐵礦制酸系統(tǒng)成功應(yīng)用，在節(jié)能降耗方面效果非常顯著，但低溫位余熱回收利用仍未在鋅冶煉煙氣制酸行業(yè)推廣應(yīng)用。馳宏公司鋅焙燒廠鋅硫酸在原有工藝基礎(chǔ)上技改，利用上海奧格利環(huán)保工程有限公司低溫余熱回收技術(shù)回收鋅冶煉煙氣制酸裝置富余熱能，1t硫酸［以w(H2SO4)100%計］產(chǎn)低壓蒸汽為0.42~0.45t,有效回收利用了系統(tǒng)熱能資源，降低了生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。1低溫余熱回收工藝原理1.1提高吸收循環(huán)酸溫度常壓接觸法制酸工藝流程中，干吸工序循環(huán)酸溫度一般控制在100°C以下，熱能品質(zhì)低，不利于熱能的回收利用。低溫余熱回收的原理就是設(shè)法提高循環(huán)吸收酸溫度，從而提高熱能品質(zhì)，使其能夠產(chǎn)生低壓飽和蒸汽，達(dá)到有效利用這部分熱能的目的。1.2兩級吸收回收熱能由于過高的吸收酸濃度將嚴(yán)重影響SO3的吸收率，從而影響低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的熱回收效率。因此，必須保證進(jìn)低溫余熱吸收塔吸收酸的濃度不宜過高。同時，在過高的吸收酸溫度下不僅SO3的吸收率會下降，還將導(dǎo)致進(jìn)入低溫余熱回收塔的高溫?zé)煔庵泻艽笠徊糠譄崮軣o法得到回收。因此，低溫余熱回收需經(jīng)過相對低一些的酸濃和酸溫進(jìn)一步吸收SO3和回收熱能，以確保整個過程的吸收效率和熱能回收。通常將低溫余熱回收過程分為高溫部分和低溫部分［1-2］。低溫部分。從原二吸塔串來的w(H2SO4)為98.3%±0.2%、(60±5)C的低溫硫酸進(jìn)入低溫余熱吸收塔上部(即二級冷酸噴淋)，進(jìn)一步吸收高溫段未吸收的SO3,以確保較高的吸收率，有效減少酸霧的形成，同時回收高溫段出口的高溫?zé)煔鉄崮?，二級噴淋酸最終與一級噴淋酸混合。高溫部分。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，并在蒸發(fā)器出口增設(shè)了濃硫酸稀釋器、除鹽水預(yù)熱器、除氧水預(yù)熱器和酸酸換熱器，從而大幅度提高硫酸生產(chǎn)裝置的熱能回收率。高溫部分采用約(190±10)°C、w(H2SO4)為99.1%±0.1%的高溫高濃度硫酸作為循環(huán)吸收酸，即一級熱酸噴淋吸收SO3，同時回收進(jìn)入低溫余熱吸收塔的高溫?zé)煔鉄崮堋?低溫位余熱回收生產(chǎn)工藝2.1工藝流程簡介從鋅硫酸一次轉(zhuǎn)化來的煙氣，由下而上進(jìn)入低溫余熱吸收塔，煙氣中的SO3氣體經(jīng)由上而下的一級熱酸和二級冷酸吸收反應(yīng)變成硫酸，剩余煙氣經(jīng)安裝在塔頂?shù)臓T式玻纖除霧器除去夾帶的霧沫后返回鋅硫酸二次轉(zhuǎn)化。一、二級噴淋酸匯集到低溫余熱吸收塔底的高溫高濃度硫酸通過循環(huán)泵進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)與除氧水預(yù)熱器來的除氧水換熱，產(chǎn)生的低壓蒸汽并入低壓蒸汽管網(wǎng)。從蒸發(fā)器出來的高濃度硫酸分成2路：一路進(jìn)入稀釋器，在稀釋器內(nèi)與經(jīng)霧化的稀釋水和干燥酸混合，稀釋后的硫酸進(jìn)入低溫位余熱吸收塔一級填料層上的槽管式分酸器；另一路硫酸依次經(jīng)過除氧水預(yù)熱器、酸酸換熱器和除鹽水預(yù)熱器冷卻換熱后分別送往原干燥循環(huán)槽和吸收循環(huán)槽。從水處理廠來的低壓除鹽水進(jìn)入除鹽水預(yù)熱器，經(jīng)換熱升溫后送入除氧器。105C除鹽水在除氧器中經(jīng)熱力除氧后分成2路：一路經(jīng)過低壓給水泵加壓，送至除氧水預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)器；另一路由稀釋水泵升壓后加入稀釋器。原w(H2SO4)為95%±0.5%的干燥酸串到酸酸換熱器，進(jìn)行換熱升溫后加入稀釋器。低溫余熱回收工藝流程見圖1。圖1低溫余熱回收工藝流程2.2關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)吸收塔關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)如下：冷酸噴淋>/(m3-h-1)30-50冷酸w(H2SO4),%98.5±0.2循環(huán)酸>/(m3-h-1)500-600蒸發(fā)器關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)如下：管程進(jìn)/出口硫酸溫度/1190-200/170管程進(jìn)/出口硫酸w(H2SO4),%99.6/99.6殼程除氧水進(jìn)口溫度/1150-160蒸發(fā)器液位/mm0-50蒸發(fā)器蒸汽壓力/MPa0.5±0.05稀釋器關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)如下：進(jìn)/出口硫酸溫度/1170/180出口硫酸w(H2SO4),%99.0-99.22.3工藝聯(lián)鎖馳宏公司鋅焙燒廠鋅硫酸低溫余熱回收技改項目采用上海奧格利環(huán)保工程有限公司研發(fā)的XDS-8和XDS-2特種合金材料，雖然該公司研發(fā)的特種合金材料在低溫余熱回收生產(chǎn)工藝條件下的腐蝕速率遠(yuǎn)低于0.1mm/a,綜合指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，但為確保低溫位余熱回收系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，避免設(shè)備故障和設(shè)備腐蝕引發(fā)的其他生產(chǎn)和環(huán)保污染事故，因此低溫余熱回收系統(tǒng)設(shè)置了3臺設(shè)備泄漏檢測聯(lián)鎖和5個工藝聯(lián)鎖。3主要設(shè)備3.1低溫余熱吸收塔低溫余熱吸收塔是低溫位熱能回收的主要設(shè)備，為立式圓筒形結(jié)構(gòu)的填料塔，采用特種合金材料(XDS-8)制作(腐蝕速率和形變都較小)，設(shè)備無需內(nèi)襯。低溫余熱吸收塔采用塔槽一體設(shè)計，將塔槽落地布置，塔底部為碟形底，可有效消除熱應(yīng)力，并使排酸在塔的最底部。低溫余熱吸收塔分為2段，底部第一段為高溫吸收部分，采用高溫濃硫酸吸收煙氣中的SO3，并產(chǎn)生大量熱量。上部第二段為低溫吸收部分，用于回收低溫位熱能并進(jìn)一步吸收剩余的SO3。吸收過程產(chǎn)生的大量酸霧由設(shè)置在塔頂?shù)臓T式纖維除霧器除去。高、低溫吸收段均采用耐高溫、耐酸陶瓷填料，填料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、較大的比表面積。高、低溫吸收段均采用合金材料的填料支撐結(jié)構(gòu)，避免了陶瓷球拱的質(zhì)量大、開孔率低、與塔體膨脹不一致等缺點［3］。3.2蒸發(fā)器蒸發(fā)器是低溫位熱能回收系統(tǒng)的一個關(guān)鍵設(shè)備，汽水循環(huán)系統(tǒng)采用自然循環(huán)方式。要求設(shè)備既要有鍋爐本身具有的高效率和良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計，也要求具有極高的耐腐蝕性能，同時應(yīng)設(shè)置可靠的安全保護(hù)及聯(lián)鎖系統(tǒng)，以確保裝置長周期、可靠、穩(wěn)定地運行。蒸汽發(fā)生器的換熱管是采用XDS-8特殊合金材料制成，管內(nèi)走高溫濃硫酸，管外為水，熱量由管內(nèi)硫酸傳給管外鍋爐水，使水蒸發(fā)產(chǎn)生低壓蒸汽。蒸發(fā)器由管箱、管板、管束、筒體和汽水分離裝置等組成。3.3稀釋器水加入濃硫酸的過程非常激烈，并放出大量熱量，其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都不能適應(yīng)如此高的酸溫。稀釋器采用復(fù)合材料制作，同時采用具有文氏管效應(yīng)的專利技術(shù)，稀釋器分為收縮進(jìn)水段和擴(kuò)大段，濃硫酸經(jīng)收縮段后，流速增快，將加入的水高速切割分散，并在擴(kuò)大段有效混合，保證了稀釋器的混酸效果。利用低壓空氣將水霧化注入稀釋器，有利于酸和水的混合，同時防止?jié)饬蛩嵩谙♂屵^程中激烈反應(yīng)引起的震動。3.4燭式玻璃纖維除霧器燭式玻璃纖維除霧器由4個同心篩網(wǎng)組成，相鄰2個篩網(wǎng)之間填入壓縮玻璃纖維和排液管。采用整體玻璃纖維氈或除霧棉條制成，形成無縫隙的整體纖維床，同時由上百萬個玻璃纖維隨意覆蓋和交織在一起，并通過針織工藝編織成均勻的網(wǎng)墊。由于纖維氈具有均勻的密度、纖維分布和介質(zhì)厚度，因此整個過濾表面擁有均勻的氣流分布和壓力降剖面。較常規(guī)玻璃纖維除霧器，這種玻璃纖維除霧器增大了接觸表面積，大大降低了氣速，可將慣性碰撞、直接攔截和布朗擴(kuò)散中的一種或幾種液滴從氣流中捕捉。燭式玻纖除霧器可100%除去大于或等于5pm的微粒，也可以較大程度地除去1pm以下的微粒，收集高達(dá)99.99%或者更高比率的亞微米級液體微粒。4技改項目實施后硫酸生產(chǎn)工藝的調(diào)整1）取消利用混酸器加生產(chǎn)水降低吸收酸酸濃，維持吸收循環(huán)酸（原吸收循環(huán)酸）酸濃穩(wěn)定。采用經(jīng)低溫余熱回收脫吸塔脫出溶解SO2后的干燥酸降低吸收酸酸濃，維持吸收循環(huán)酸酸濃均衡穩(wěn)定。2）取消利用干燥串吸收、吸收串干燥的串酸方式來維持干燥循環(huán)酸和吸收循環(huán)酸酸濃平衡穩(wěn)定。采用低溫余熱回收系統(tǒng)經(jīng)除氧水預(yù)熱器、酸酸換熱器和除鹽水預(yù)熱器降溫后的高濃度硫酸來提高干燥酸濃度，維持干燥循環(huán)酸酸濃均衡穩(wěn)定。3）取消原一吸塔，利用低溫余熱吸收塔2級噴淋吸收代替一吸塔，低溫余熱吸收塔二級冷酸通過原吸收循環(huán)泵供給。4）由于低溫余熱吸收塔回收了較大部分熱能，大大降低循環(huán)水從干吸工序帶走的熱能，因此，進(jìn)入干吸工序的硫酸循環(huán)水從原來的1500m3/h減為300m3/h;5）低溫余熱吸收系統(tǒng)產(chǎn)出的硫酸經(jīng)除氧水預(yù)熱器、酸酸換熱器和除鹽水預(yù)熱器降溫后的高濃度硫酸串至二吸塔回酸管，維持低溫余熱回收液位平衡。改造前后干吸工序工藝流程見圖2和圖3。圖2改進(jìn)前干吸工序工藝流程圖3改進(jìn)后干吸工序工藝流程5技改項目實施后生產(chǎn)運行情況5.1低溫余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)運行情況上海奧格利環(huán)保工程有限公司于2018年4月開工建設(shè)低溫余熱回收項目，至11月底項目竣工，12月4日低溫余熱回收項目一次性開車成功。低溫余熱回收項目自12月4日投產(chǎn)運行至今，工藝流程經(jīng)幾次微調(diào)，低溫余熱回收項目關(guān)鍵工藝參數(shù)均控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，生產(chǎn)運行穩(wěn)定，產(chǎn)汽率達(dá)到并高于設(shè)計值，低溫余熱吸收塔進(jìn)出口阻力降均在5kPa以內(nèi)，低溫余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)運行工藝參數(shù)詳見表1。5.2鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)運行情況低溫余熱回收項目實施后，鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)干吸工序進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，生產(chǎn)運行穩(wěn)定。鋅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)生產(chǎn)成本指標(biāo)(主要是指電耗和水耗)和環(huán)保指標(biāo)均在原來基礎(chǔ)上同步提升。硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)運行情況詳見表2。低溫余熱回收項目實施后電耗和水耗下降非常明顯，電耗從原來的157.38kWh/t下降到136.74kWh/t.，水耗從原來的2.66t/t下降到2.08t/t，環(huán)保指標(biāo)尾氣SO2排放濃度和酸霧排放濃度維持穩(wěn)中下降。表1低溫余熱回收系統(tǒng)生產(chǎn)運行工藝參數(shù)項目酸循環(huán)泵出口酸w(H2SO4),%蒸發(fā)器出口酸w(H2SO4),%除鹽水預(yù)熱器出口酸w(H2SO4),%稀釋器出口w(H2SO4),%—級噴淋酸流＞/(m3-h-1)二級噴淋酸流＞/(m3-h-1)蒸汽壓力/MPa蒸發(fā)＞/(t-h-1)產(chǎn)汽率,％2018-1299.66799.54799.62499.212513.438.820.519.6843.322019-0199.62199.63299.56199.123514.239.090.5310.3844.082019-0299.59199.57999.63499.151515.342.590.4910.5544.522019-0399.62099.58999.61299.215516.241.290.5210.9444.87注：低溫余熱回收系統(tǒng)設(shè)計硫酸［w(H2SO4)100%計］產(chǎn)汽率為0.388t/t。表2硫酸系統(tǒng)生產(chǎn)運行工藝參數(shù)項目吸收酸w(H2SO4),%干燥酸w(H2SO4),%吸收酸加水量加3甲(SO2),%排放p(SO2)/(mg?m-3)排放酸霧(p)/(mg?m-3)水耗/(t-t-1)電耗/(1＜可由。2018-0998.6895.761449.328.149.4617.892.90176.552018-1098.7895.551488.988.248.9818.782.44150.502018-1198.5495.861440.788.149.5616.322.63145.102018-1298.7695.9065.348.345.5615.982.67180.262019-0198.5595.6208.344.2115.492.06138.802019-0298.6395.4908.445.6314.022.10134.68注：酸霧和SO2排放濃度統(tǒng)計的是經(jīng)雙氧水脫硫塔處理后的濃度。6結(jié)語低溫?zé)崮茉阡\冶煉煙氣制酸中成功應(yīng)用，在節(jié)能降耗方面成效顯著。為確保裝置穩(wěn)定運行，提高低溫余熱回收裝置產(chǎn)汽率需要做好以下幾個方面工作：定時對酸循環(huán)泵出口酸、蒸發(fā)器出口酸、除鹽水預(yù)熱器出口酸和稀釋器出口酸取樣分析，通過分析數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確保在線監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差在受控范圍內(nèi)，為主控操作人員提供監(jiān)控調(diào)整依據(jù)。采取有效監(jiān)管措施，確保低溫余熱回收項目關(guān)鍵工藝參數(shù)受控，避免關(guān)鍵工藝參數(shù)控制