【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ... 26 管道的保溫 ............................................................................................................. 26 管道保溫判定 ............................................................................................... 27 保溫材料 ...................................................................................................... 27 設(shè)備保溫結(jié)構(gòu)形式 ....................................................................................... 27 保溫材料及保溫結(jié)構(gòu)形式的選擇 ................................................................ 27 設(shè)備管道的防腐與保溫結(jié)構(gòu)的油漆、涂色 ........................................................... 28 第 8 章 設(shè)備一覽表 .............................................................................................................. 30 結(jié)論 ....................................................................................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 32 謝辭 ....................................................................................................................................... 33 附錄 1..................................................................................................................................... 34 附表 1 余熱鍋爐熱力計(jì)算匯總表 ........................................................................................ 35 附表 2 汽輪機(jī)熱力計(jì)算匯總表 ............................................................................................ 36 附表 3 連續(xù)排污、 定期排污擴(kuò)容器選擇 ............................................................................ 37 120kt/a 硫酸生產(chǎn)線(xiàn)余熱電站設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 研究背景 中國(guó)是一個(gè)能源大國(guó)，但同時(shí)也是一個(gè)耗能大國(guó)。能源的浪費(fèi)嚴(yán)重影響著生產(chǎn)效率，制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著“十一五”節(jié)能目標(biāo)的提出，更加充分意識(shí)到加強(qiáng)節(jié)能工作的重要性和緊迫性。 近年來(lái)，隨著能源價(jià)格的上漲和全球的能源告急，發(fā)展先進(jìn)的能源系統(tǒng)以提高效率和降低排放成為一個(gè)迫切的需要。 能源在一個(gè)國(guó)家的發(fā)展和繁榮過(guò)程中扮演著十分重要的角色 [1]。因此無(wú)論從行業(yè)規(guī)模、技術(shù)專(zhuān)業(yè)特性、對(duì)我國(guó)的能源利用效率的重要性以及為了實(shí)現(xiàn)余 熱發(fā)電持續(xù)健康發(fā)展來(lái)看，都應(yīng)該從行業(yè)高度重新認(rèn)識(shí)余熱發(fā)電，對(duì)社會(huì)資源進(jìn)行合理的整合和優(yōu)化配置。對(duì)硫酸余熱利用、余熱發(fā)電進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和指導(dǎo)，著力提高余熱發(fā)電技術(shù)水平。 目前世界上的硫酸生產(chǎn)制造工藝路線(xiàn)不外乎是：硫鐵礦制酸、硫磺制酸，還有利用石膏制酸等。無(wú)論哪種制酸工藝，其生產(chǎn)都有大量熱釋放 [2]。等若能充分利用該余熱，無(wú)論對(duì)世界能源、國(guó)家發(fā)展、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)都有重大意義。 研究現(xiàn)狀 余熱發(fā)電已在除水泥行業(yè)外，在玻璃、鋼鐵、化工、干熄焦等行業(yè)也陸續(xù)推廣了余熱發(fā)電技術(shù)，涉及的生產(chǎn)線(xiàn)有：玻璃熔窯余 熱發(fā)電、干熄焦余熱發(fā)電、凝結(jié)余熱發(fā)電、硫酸余熱發(fā)電、高爐壓差發(fā)電、伴生可燃性氣體發(fā)電等等 [3] 。加上國(guó)家政策的大力支持，硫鐵礦余熱利用正欣榮發(fā)展?，F(xiàn)在全國(guó)不少硫酸廠已安裝了余熱發(fā)電機(jī)組。另有相當(dāng)多的廠家還沒(méi)有或正準(zhǔn)備著手考慮安裝余熱發(fā)電機(jī)組 [4]。 發(fā)展趨勢(shì) 在我國(guó)，余熱發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)總體來(lái)說(shuō)很不錯(cuò)，原因有四點(diǎn)： （ 1） 中國(guó) 工業(yè)余熱資源豐富，余熱資源利用提升空間大。目前我國(guó)余熱資源利用比例低，未來(lái)余熱資源利用提升空間大。 （ 2）國(guó)家政策大力支持和推廣余熱利用。 （ 3） 08 年國(guó)內(nèi)余熱鍋爐企業(yè)銷(xiāo)售額約 34 億元， 13 年國(guó)內(nèi)余熱鍋爐市場(chǎng)容量將達(dá) 280億元，國(guó)際市場(chǎng)約 400 億元，市場(chǎng)前景廣闊。 （ 4）在目前電力比較緊張的情況下 ， 對(duì)于一般硫酸生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō) ， 利用余熱發(fā)電對(duì)解決本廠用電已成為大勢(shì)所趨 ， 對(duì)緩解電力緊張起著舉足輕重的作用。硫酸生產(chǎn)中硫鐵礦焙燒過(guò)程為放熱反應(yīng) ， 反應(yīng)溫度高達(dá) 900℃ ， 生產(chǎn)一噸硫酸可回收熱量 300 萬(wàn) kJ 左右 ， 可產(chǎn)中壓福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 蒸氣近一噸 [5]。 可利用余熱能源進(jìn)行發(fā)電，利益相當(dāng)可觀。 事實(shí)證明，現(xiàn)場(chǎng)廢熱發(fā)電可以大大拓寬硫鐵礦制酸裝置的收入渠道 [6]。 研究意義 在我國(guó)，硫鐵礦儲(chǔ)量大、分布廣，硫鐵礦制酸 是國(guó)內(nèi)工業(yè)制酸的主要方法，生產(chǎn)硫酸約占硫酸總量的 70%左右。硫鐵礦制酸的余熱回收硫鐵礦制酸在沸騰焙燒過(guò)程中有大量反應(yīng)余熱可資利用，必須在焙燒爐內(nèi)設(shè)置冷卻管將焙燒過(guò)程中釋放的部分熱量移走，以保證反應(yīng)在最佳溫度下進(jìn)行。因此采用的焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程中回收熱能資源充足。余熱回收利用的好，可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 研究?jī)?nèi)容 利用焙燒爐出口 ~920℃ 的余熱資源，配套 1 臺(tái)余熱鍋爐和 1 臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，以達(dá)到最大化利用熱能資源，降低生產(chǎn)成本。 （ 1） 硫鐵礦生產(chǎn)硫酸工藝 及余熱回收原理 。 （ 2） 余熱鍋爐熱力計(jì)算及選型。 （ 3） 汽輪 機(jī)熱力計(jì)算及選型。 （ 4） 連續(xù)排污、定期排污熱擴(kuò)容器容量選擇。 （ 5） 給水泵、循環(huán)熱水泵選型 及 除氧器的選擇。 （ 6） 管道系統(tǒng)確定及 防腐及保溫。 120kt/a 硫酸生產(chǎn)線(xiàn)余熱電站設(shè)計(jì) 3 第 2 章 硫鐵礦制硫酸工藝 及余熱回收原理 硫鐵礦制硫酸工藝原理 硫鐵礦在沸騰 爐 內(nèi)焙燒，產(chǎn)生 SO2的爐氣，該爐氣經(jīng)過(guò)凈化再利用高濃度的 H2SO4進(jìn)行干燥，干燥后的 SO2與 O2在催化劑作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成 SO3氣體， SO3氣體在吸收塔中被循環(huán)噴淋的濃硫酸吸收而生成硫酸，而爐氣中為轉(zhuǎn)換的 SO2經(jīng)尾氣吸收處理，達(dá)標(biāo)后排放。 硫鐵礦制硫酸工藝原理如圖 21 所示。 主要化 學(xué)反應(yīng)： 4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+（ gmol） 故每摩爾 SO2生成時(shí)放熱為 △ H=mol（ SO2），加上氧化 SO吸收 SO稀釋等的放熱，每生產(chǎn) 1t 硫酸，總共放熱為 106kJ/t（ H2SO4） [7]。 圖 21 硫鐵礦制硫酸工藝原理圖 焙燒工藝條件 焙燒過(guò)程中，溫度高有利于硫鐵礦的分解，但受到燒渣熔點(diǎn)的限制，為了避免溫度過(guò)燒渣熔結(jié)，一般都需要從沸騰床移走熱量。為了獲得高的硫燒出率，并提供優(yōu)質(zhì)的爐氣，操作時(shí) 控 制 爐 溫 850~950℃ ， 爐 氣 含 SO210%~14% 之 間 ， 陸 地 壓 力 ~（ 900~1200mmH2O）， 這三項(xiàng)指標(biāo)是相互聯(lián)系的，其中爐溫控制對(duì)保證生產(chǎn)正常進(jìn)行尤為重要。 影響沸騰爐焙燒溫度變化的主要因素是投礦量、礦料的含硫量及水分，以及空氣加入量。生產(chǎn)上為了保持爐溫穩(wěn)定，通常需要作到三個(gè)穩(wěn)定，即穩(wěn)定空氣量、礦石組成和投礦量。在爐內(nèi)焙燒熱量極不平衡的情況下，可用增減爐內(nèi)的冷卻元件數(shù)量的裝置來(lái)控制爐床溫度。有福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 些礦料含硫量太低，爐溫低的無(wú)法維持，可采用出口爐氣與入爐空氣換熱方式來(lái)提高爐溫。 爐底壓力波動(dòng) ，會(huì)直接影響進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量，隨后爐溫也會(huì)波動(dòng)，一般用連續(xù)均勻排渣來(lái)控制爐底壓力穩(wěn)定 [8]。 余熱回收原理 硫鐵礦制酸工藝中，除凈化過(guò)程外，焙燒、轉(zhuǎn)化、吸收三個(gè)過(guò)程都釋放熱量。習(xí)慣上把焙燒過(guò)程 800 ~1000℃的余熱稱(chēng)作高溫位余熱；轉(zhuǎn)化過(guò)程 500℃左右的余熱稱(chēng)作中溫位余熱；干吸過(guò)程 100℃以下的余熱稱(chēng)作低溫位余熱 [9]。 焙燒工段余熱回收 沸騰焙燒工段是硫鐵礦制酸工藝第一步，是獲取 SO2煙氣的重要步驟，沸騰焙燒爐在產(chǎn)生過(guò)程中，爐膛內(nèi)最高達(dá)到 1000℃ 左右，同時(shí)排出大量高溫含塵煙氣，煙氣 溫度在 850~950℃ 。 該工段余熱分 3 部分加以回收 [10]： （ 1） 焙燒爐的移出熱量 。 硫鐵礦制酸中，沸騰了內(nèi)溫度一般控制在 950~1000℃ 。由于硫鐵礦的燃燒是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，為了維持這一溫度，必須從爐內(nèi)導(dǎo)出多余熱量。 焙燒爐熱量回收系統(tǒng)如圖 22 所示。 圖 22 焙燒爐熱量回收系統(tǒng)圖 （ 2） 設(shè)置余熱鍋爐 。 利用 焙燒 排出的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。沸騰焙燒爐排出的煙氣流經(jīng)余熱鍋爐的輻射段和對(duì)流段，與鍋爐四周的水冷壁及對(duì)流管束進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生的飽和蒸汽在流經(jīng)過(guò)熱器，加熱成過(guò)熱蒸汽，蒸汽可用于發(fā)電或者生產(chǎn)、 生活。 焙燒爐余熱鍋爐熱量回收系統(tǒng)如圖 23 所示。 120kt/a 硫酸生產(chǎn)線(xiàn)余熱電站設(shè)計(jì) 5 圖 23 焙燒爐余熱鍋爐熱量回收系統(tǒng) （ 3） 高溫爐渣 。 我國(guó)硫鐵礦品位普遍較低，相應(yīng)排出渣塵量較大，帶走的熱量也較多，目前國(guó)內(nèi)焙燒爐排出的溢流渣和低渣大都用滾筒冷渣機(jī)進(jìn)行冷卻，這種技術(shù)比較成熟，回收余熱同時(shí)，消耗很少的水、電 [11]。 轉(zhuǎn)化工段余熱回收 經(jīng)干燥塔干燥后煙氣通過(guò) SO2鼓風(fēng)機(jī)送往轉(zhuǎn)化工段。在轉(zhuǎn)化工段 SO2經(jīng)氧化變成 SO3，同時(shí)放出大量的反應(yīng)熱，是很好的中溫?zé)嵩础? （ 1） 轉(zhuǎn)化工段熱量回收系統(tǒng)如圖 33 所示。 圖 24 轉(zhuǎn)化工段熱量回收 系統(tǒng)圖 （ 2） 熱量回收方式。焙燒爐余熱鍋爐出口的煙氣經(jīng)過(guò)收塵、凈化、干吸后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段，一次轉(zhuǎn)化后的煙氣溫度約在 290~300℃ ，需要冷卻到一定的溫度才能進(jìn)入冷卻塔?？梢杂脽峁苁∶浩?，既可以回收轉(zhuǎn)化余熱，加熱余熱鍋爐給水，同時(shí)又能冷卻煙氣溫度，再送入吸收塔，進(jìn)行下一個(gè)工段。 吸收工段余熱回收 濃硫酸吸收工段產(chǎn)生的熱量回收是世界性技術(shù)難題，主要濃硫酸通常具有強(qiáng)烈的腐蝕性。所以要做成既耐腐蝕又有良好低溫傳熱性能的換熱設(shè)備，技術(shù)難度很大。 在此不予討論。 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3 章 余熱鍋爐的計(jì)算與選型 余熱鍋 爐簡(jiǎn)介 廢熱鍋爐系指那些利用工業(yè)過(guò)程中的余熱以產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，其主要設(shè)備為鍋爐本體和汽包，輔助設(shè)備有給水預(yù)熱器、過(guò)熱器等。在過(guò)去，工業(yè)過(guò)程中許多余熱是未加以充分利用即行浪費(fèi)掉的。隨著工業(yè)的發(fā)展和能源供求的緊張，工程技術(shù)人員對(duì)于這些過(guò)去廢棄不用的余熱加以重視，利用它來(lái)產(chǎn)生壓力蒸汽，以此作為供熱、供氣、供電和動(dòng)力的輔助能源，借以提高熱能的總利用率，降低燃料消耗指標(biāo)，降低電耗，以獲取經(jīng)濟(jì)效益。所以人們把這稱(chēng)為“廢熱回收”。把用這種熱量產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備稱(chēng)為“廢熱鍋爐”。也有人把這類(lèi)鍋爐稱(chēng)為“余熱鍋爐”。 余熱 鍋爐汽水流動(dòng)方式的選擇 自然循環(huán) 自然循環(huán)的汽水介質(zhì)，是依靠水與汽的混合物的密度差而循環(huán)流動(dòng)的。密度差越大，循環(huán)流動(dòng)的工況越好。中、低壓廢熱鍋爐的水與汽水混合物的密度差較大，自然循環(huán)就較安全可靠，故廢熱鍋爐多采用此種循環(huán)。不過(guò)蒸汽壓力和汽量很大時(shí)，鍋爐的汽包殼體需要很厚，體積龐大，制造、運(yùn)輸、安裝、布置和檢修都比較困難。 強(qiáng)制循環(huán) 強(qiáng)制循環(huán)廢熱鍋爐的汽水流動(dòng)，主要依靠系統(tǒng)中泵的機(jī)械作用來(lái)維持所需的推動(dòng)壓力，它可以用于蒸汽壓力達(dá) 20MPa 的鍋爐。如果壓力再高，汽包中的汽水分離困難。這種 形式，由于回路中有功率較大的泵，動(dòng)力消耗較大，并且增加維修工作，故壓力在 16MPa 以上一般不采用此種循環(huán)。 強(qiáng)制循環(huán)與自然循環(huán)的比較 強(qiáng)制鍋爐與自然循環(huán)的比較如表 31 所示。 120kt/a 硫酸生產(chǎn)線(xiàn)余熱電站設(shè)計(jì) 7 31 強(qiáng)制循環(huán)與自然循環(huán)的比較表 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