CN103848403B - 一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***及方法 - Google Patents
一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***及方法，适用于硫铁矿制酸***。通过采用新式热管省煤器，有效避免了三氧化硫气体对热管省煤器的低温腐蚀及烟气温度超温爆管问题，提高了设备安全性和装置的运行周期。通过余热锅炉、旋风除尘器、电除尘器、净化省煤器、动力波洗涤塔、冷却塔、一级电除雾器、二级电除雾器、干燥塔、转化器、换热器、转化省煤器、除氧器、脱盐水箱以及汽包之间的连接，形成一个热量回收***，通过省煤器短路阀控制温度，在不影响原有生产工艺指标的情况下，采用先进工艺技术，将炉气净化和转化工段产生的中低品位热能同时回收利用起来，提高热量回收率，实现了资源的最大化利用，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及硫酸生产技术领域，更具体地说，尤其涉及一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***及方法。
背景技术
硫酸在生产过程中会产生大量的热能，包括高（≥500℃）、中（300~500℃）、低（≤300℃）三种品位的热能。目前，在以硫铁矿为原料的硫酸制备工艺中，焙烧工段产生的高品位热能回收后主要用于发电，且技术相对较成熟。然而，炉气净化工段产生的中、低品位热能及转化工段（SO2与氧气接触氧化生成SO3）产生的中、低温位热能由于存在回收工艺复杂、热能利用率低、设备低温腐蚀的问题，一直无法得到很好的利用，任其白白流失掉，在回收利用技术上还处于空白。
净化工段的中低品位热能，经由稀酸洗涤、稀酸板式换热器移去热量，不仅热能没有利用，还浪费了大量的水、电等资源用于降温，又造成环境污染。转化工段中低品位热能一般采取换热器降温的方式移除***，或是利用硫酸直接吸收烟气热量，再对硫酸用循环冷却水降温的方式移除***，以满足生产过程中的工艺需求，这样就造成了电耗、水耗增高。
现有技术中已公开专利号：201220666281.0；名称：硫铁矿制酸工艺中的中低温热能回收***，其余热回收体系为“脱盐水→净化省煤器低温段→除氧器→转化省煤器→净化省煤器中温段→余热锅炉”。可提高除氧器进水温度，减少蒸汽消耗，但无法避免三氧化硫气体对热管省煤器的低温腐蚀问题，设备使用寿命短，安全性能差，不利于装置长周期稳定运行。
因此，如何同时回收利用制酸过程中产生的中、低品位余热，提高资源利用率，降低能耗，已成为行业内亟待解决的一大难题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***及方法，采用新式热管省煤器，有效避免了三氧化硫气体对热管省煤器的低温腐蚀及烟气温度超温爆管问题，提高了设备安全性和装置的运行周期。
为实现上述目的，本发明的***包括依次串接的余热锅炉、旋风除尘器、电除尘器、净化省煤器及净化省煤器短路阀、动力波洗涤塔、冷却塔、一级电除雾器、二级电除雾器、干燥塔、转化器、换热器、转化省煤器及转化省煤器短路阀、除氧器、脱盐水箱以及汽包，所述净化省煤器的进、出水口分别连接转化省煤器的出水口及余热锅炉上的汽包；除氧器的出水口与转化省煤器的进水口相连；通过净化省煤器、转化省煤器及除氧器之间的连接，将净化工段及转化工段产生的中、低品位热能同时回收利用起来。
所述净化省煤器短路阀与净化省煤器的进、出口相连；转化省煤器短路阀与转化省煤器的进、出口相连。
本发明的硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收方法，通过设备之间的连接，将净化工段及转化工段烟气余热回收利用起来，实现了资源的最大化利用，减少能耗。具体如下。
①烟气流程：焙烧工段生成的温度高达900～1000℃的SO2烟气从沸腾炉顶部排出，进入余热锅炉1进行余热回收，再经旋风除尘器2及电除尘器3除去其中的大部分矿尘后，温度降至300±10℃，接着进入净化省煤器4，与来自转化省煤器12的除氧水进行热交换，温度由300±10℃降至200℃，然后依次经过动力波洗涤塔5、冷却塔6、一级电除雾器7及二级电除雾器8降温除尘、除酸雾等净化工序后，温度降至35～38℃；净化后的SO2气体进入干燥塔9进行干燥处理，干燥后进入转化器10与氧气接触氧化生成SO3，SO3气体经换热器11预热后，温度升至270±10℃，再进入转化省煤器12，与来自除氧器13的除氧水进行热交换，温度由270±10℃降至160±10℃，SO3气体从转化省煤器12顶部排出进入吸收塔，吸收水分制成不同浓度的硫酸。
②水汽流程：来自脱盐水箱14的脱盐水首先进入除氧器13，除氧器13同时接收来自汽轮发电机组的蒸汽，蒸汽将脱盐水加热到100~104℃，并除掉水中的氧气，接着进入转化省煤器12，吸收转化省煤器12内SO3气体的热量，水温由100～104℃升至150～155℃，然后进入净化省煤器4，吸收烟气热量达到代替冷却水降低烟气温度的目的，水温由150～155℃升至200～206℃后，进入余热锅炉1的汽包15内，汽包15内的蒸汽吸收余热锅炉1回收的余热后被送入汽轮发电机组供发电用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和积极效果。
1、采用新余热回收体系：“脱盐水→转化省煤器→除氧器→净化省煤器→锅炉→蒸汽”，并具有解决三氧化硫对热管省煤器的低温腐蚀及烟气温度超温爆管问题、提高热量回收率、降低能耗、装备安全性好的优势。
2、解决了三氧化硫对热管省煤器的低温腐蚀及烟气温度超温爆管问题：
净化工段：净化工段电除尘出口气温300℃，传统工艺是直接进入动力波洗涤器用水喷淋降温到80℃左右，而本发明电除尘出口与动力波之间新增净化省煤器后，炉气温度由300±10℃降低到200±10℃，该部分中低品位余热由来自转化省煤器的除氧水吸收。该过程中，烟气出口温度达200±10℃，高于三氧化硫露点温度，完全确保了热管壁温在140℃以上，有效防止了低温段三氧化硫对省煤器管子的腐蚀。除氧水出口温度控制在200～206℃，低于热管的爆管温度，并设有省煤器短路阀门，三重保障防止热管超温爆管。
转化工段：①转化工段减少第Ⅲ换热器换热面积，达到减少三氧化硫高温气体热量流失的目的，使第Ⅲ换热器出口三氧化硫烟气温度由原来的225±10℃提高到270±10℃。②利用在第Ⅲ换热器和一吸塔之间新增的热管型省煤器，三氧化硫烟气将显热传递给来自除氧器100～104℃除氧水后，烟气温度从270±10℃降到160±10℃，水温提高到150～155℃。这样一来，烟气的出口温度达160±10℃，高于三氧化硫的露点温度，完全解决了管壁的低温腐蚀。除氧水的出口温度达150～155℃，低于热管的爆管温度，并设有短路阀门，双重保障防止热管超温爆管。
设备结构合理防止低温腐蚀：将热管三氧化硫冷却段和水的加热段分开，当热管三氧化硫冷却段长度不变时，而水的加热段管子长度可根据三氧化硫温度和水的温度来调节，从而保证热管壁温高于三氧化硫的露点温度140℃，不产生低温腐蚀，延长热管使用寿命。
3、提高热量回收率：①净化省煤器回收了原本进入洗涤水、板式换热器中的热量，用于提高来自转化省煤器的除氧水温度，温升达50℃。②转化省煤器回收了原本先进入酸冷器及换热器中最终进入环境中的热量，用于提高来自除氧器的除氧水，温升达77℃。③热量回收率达90%，锅炉产气量将提高15%以上，节约标煤25.67kgce/t酸。
4、降低能耗：由于转化省煤器出口三氧化硫烟气温度的降低，一吸塔中的硫酸温度也得到降低，需要移除的热量就减少，这样就直接减轻了酸冷器和凉水塔的冷却负荷，降低水耗和电耗，节水约7t/t酸，节电约6kwh/t酸。
5、装备安全性好：将被加热的水与三氧化硫***完全分离，即使某种原因热管破裂也不用停车处理，也就是这根热管不起作用了，水不会进入三氧化硫***影响生产，这样就大大提高了省煤器使用的安全性，保证了整套装备的运行时间。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对发明的任何限制。
如图1所示，本发明的硫铁矿制酸工艺中的中、低温热能回收***，包括依次串接的余热锅炉1、旋风除尘器2、电除尘器3、净化省煤器4及净化省煤器短路阀17、动力波洗涤塔5、冷却塔6、一级电除雾器7、二级电除雾器8、干燥塔9、转化器10、换热器11、转化省煤器12及转化省煤器短路阀16、除氧器13、脱盐水箱14以及汽包15，所述净化省煤器4的进、出水口分别连接转化省煤器12的出水口及余热锅炉1上的汽包15；除氧器13的出水口与转化省煤器12的进水口相连；净化省煤器短路阀17与净化省煤器4的进、出口相连；转化省煤器短路阀16与转化省煤器12的进、出口相连。通过净化省煤器4、转化省煤器12及除氧器13之间的连接，将净化工段及转化工段产生的中、低品位热能同时回收利用起来。
整个热能回收***分为烟气***（图中实线部分）和水汽***（图中虚线部分）两部分。
烟气***的基本流程是：焙烧工段生成的SO2烟气（温度高达900～1000℃）从沸腾炉顶部排出，进入余热锅炉1进行余热回收，再经旋风除尘器2及电除尘器3除去其中的大部分矿尘后，温度降至300±10℃，接着进入净化省煤器4，与来自转化省煤器12的除氧水进行热交换，温度由300±10℃降至200±10℃，高于三氧化硫露点温度，完全确保了热管壁温在140℃以上，有效防止了低温段三氧化硫对省煤器管子的腐蚀。然后依次经过动力波洗涤塔5、冷却塔6、一级电除雾器7及二级电除雾器8降温除尘、除酸雾等净化工序后，温度降至35～38℃；净化后的SO2气体进入干燥塔9进行干燥处理，干燥后进入转化器10与氧气接触氧化生成SO3，SO3气体经换热器11预热后，温度升至270±10℃，再进入转化省煤器12，与来自除氧器13的除氧水进行热交换，温度由270±10℃降至160±10℃，SO3气体从转化省煤器12顶部排出进入吸收塔，吸收水分制成不同浓度的硫酸。
水汽***的基本流程是：来自脱盐水箱14的脱盐水首先进入除氧器13，除氧器13同时接收来自汽轮发电机组的蒸汽，蒸汽将脱盐水加热到100～104℃，并除掉水中的氧气，形成除氧水，接着进入转化省煤器12，吸收转化省煤器12内SO3气体的热量，烟气温度得到降低，原本移入环境中的热量被除氧水回收，水温由100～104℃升至150～155℃，然后依次进入净化省煤器4，吸收烟气热量达到代替冷却水降低烟气温度的目的，水温由150～155℃升至200～206℃，低于热管的爆管温度，并设有短路阀门，当水温超标时，加大阀门开度，防止热管超温爆管。200～206℃的除氧水进入余热锅炉1的汽包15内，汽包15内的蒸汽吸收余热锅炉1回收的余热后被送入汽轮发电机组供发电用。
净化省煤器4、转化省煤器12分别设有净化省煤器短路阀17、转化省煤器短路阀16，以调节省煤器出口水温和烟气温度。当出口烟气温度低时，加大阀门开度，侧路水量加大，减少对烟气热量的回收，烟气温度就会升高，有效防止烟气温度过低产生低温腐蚀；当出口水温高时，减小阀门开度，换热的水量就加大，水温就会降低，有效防止水温超温热管爆管。
Claims (3)
1.一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***，其特征在于：
包括依次串接的余热锅炉(1)、旋风除尘器（2）、电除尘器（3）、净化省煤器（4）及净化省煤器短路阀（17）、动力波洗涤塔（5）、冷却塔（6）、一级电除雾器（7）、二级电除雾器（8）、干燥塔（9）、转化器（10）、换热器（11）、转化省煤器（12）及转化省煤器短路阀（16）、除氧器（13）、脱盐水箱（14）以及汽包（15），所述净化省煤器（4）的进、出水口分别连接转化省煤器（12）的出水口及余热锅炉(1)上的汽包（15）；除氧器（13）的出水口与转化省煤器（12）的进水口相连；通过净化省煤器（4）、转化省煤器（12）及除氧器（13）之间的连接，将净化工段及转化工段产生的中、低品位热能同时回收利用起来。
2.根据权利要求1所述的一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收***，其特征在于：所述净化省煤器短路阀（17）与净化省煤器（4）的进、出口相连；转化省煤器短路阀（16）与转化省煤器（12）的进、出口相连。
3.一种硫铁矿制酸生产中的中、低品位热能回收方法，其特征在于：具体方法如下：
①烟气流程：焙烧工段生成的温度高达900～1000℃的SO2烟气从沸腾炉顶部排出，进入余热锅炉（1）进行余热回收，再经旋风除尘器（2）及电除尘器（3）除去其中的大部分矿尘后，温度降至300±10℃，接着进入净化省煤器（4），与来自转化省煤器（12）的除氧水进行热交换，温度由300±10℃降至200℃，然后依次经过动力波洗涤塔（5）、冷却塔（6）、一级电除雾器（7）及二级电除雾器（8）降温除尘、除酸雾净化工序后，温度降至35～38℃；净化后的SO2气体进入干燥塔（9）进行干燥处理，干燥后进入转化器（10）与氧气接触氧化生成SO3，SO3气体经换热器（11）预热后，温度升至270±10℃，再进入转化省煤器（12），与来自除氧器（13）的除氧水进行热交换，温度由270±10℃降至160±10℃，SO3气体从转化省煤器（12）顶部排出进入吸收塔，吸收水分制成不同浓度的硫酸；
②水汽流程：来自脱盐水箱（14）的脱盐水首先进入除氧器（13），除氧器（13）同时接收来自汽轮发电机组的蒸汽，蒸汽将脱盐水加热到100~104℃，并除掉水中的氧气，接着进入转化省煤器（12），吸收转化省煤器（12）内SO3气体的热量，水温由100～104℃升至150～155℃，然后进入净化省煤器（4），吸收烟气热量达到代替冷却水降低烟气温度的目的，水温由150～155℃升至200～206℃后，进入余热锅炉（1）的汽包（15）内，汽包（15）内的蒸汽吸收余热锅炉（1）回收的余热后被送入汽轮发电机组供发电用。
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Denomination of invention: A medium and low grade heat energy recovery system and method for sulfuric acid production using pyrite Effective date of registration: 20230529 Granted publication date: 20150805 Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Xiangyang Branch Pledgor: Xiangyang Zedong Chemical Group Co.,Ltd. Registration number: Y2023980042103 |
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