【文章內(nèi)容簡介】 熱量是分別設(shè)置鍋爐產(chǎn)生蒸汽 ,還是將它們有機(jī)組合在一起產(chǎn)生蒸汽 ,不同的廠有不同的做法 ,最常見的有以下三種熱回收系統(tǒng)。 焚硫爐出口和一段轉(zhuǎn)化出口分別設(shè)一臺低壓鍋爐 1 和 2,三段轉(zhuǎn)化冷熱換熱器后設(shè)省煤器 2 有時也可采用空氣預(yù)熱器預(yù)熱燃燒空氣 ),四段 轉(zhuǎn)化出口設(shè)低壓鍋爐 3 和省煤器 1(小裝置省煤器 1 也可以不設(shè) ), 流程見圖 31。 此熱回收系統(tǒng)適用于中小型裝置 ,優(yōu)點(diǎn)是 :投資省見效快 ,缺點(diǎn)是 :鍋爐數(shù)量多運(yùn)行管理難度大。而且必須有飽和蒸汽用戶。 圖 31 余熱回收流程之一 32 余熱回收流程之二 2. 余熱回收系統(tǒng)二 焚硫爐出口設(shè)一中壓或次中壓鍋爐 1,一段轉(zhuǎn)化出設(shè)蒸汽過熱器 ,其余同熱 回收系統(tǒng)一 ,流程見圖 32。這種熱回收系統(tǒng)也適用于中小型裝置 ,優(yōu)點(diǎn)是 :產(chǎn)生的中壓或次中壓蒸汽可以用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn) ,四段轉(zhuǎn)化出口鍋爐 2 產(chǎn)生的低壓蒸汽用 于熔硫保溫和除氧。缺點(diǎn)是 :鍋爐的數(shù)量仍然較多 ,運(yùn)行管理難度較大。 3. 余熱回收系統(tǒng)三 這一熱回收系統(tǒng)是將各部分的熱量有機(jī)組合在一起產(chǎn)一個壓力等級的蒸汽一般是中溫中壓蒸汽 ,典型流程見圖 33。焚硫爐出口設(shè)中壓鍋爐 , 一段轉(zhuǎn)化出口設(shè)高溫過熱器 ,三段出口冷熱換熱器后設(shè)省煤器 2,四段轉(zhuǎn)化出口設(shè)低溫過熱器及省煤器 1。該熱回收系統(tǒng)適用于大中型裝置 ,優(yōu)點(diǎn)是 : ① 所有的高中溫余熱全產(chǎn)中壓蒸汽 ,從有效能的角度而言比較合理 ,因為擁有同樣多熱量的中壓蒸氣比低壓蒸汽做功能力強(qiáng) ,具體表現(xiàn)為可以多發(fā)電。 ② 整個熱回收系統(tǒng)實際上是一臺鍋爐 ,兩只過熱器和兩只省煤器只是鍋爐的部件 ,這樣便于運(yùn)行管理。 ③ 熱回率高 ,每噸酸可產(chǎn)中壓過熱蒸汽 噸以上。 另外 ,對于“ 3+2”五段轉(zhuǎn)化流程的四段轉(zhuǎn)化出口可設(shè)中溫過熱器、空氣預(yù)熱器或采用干燥空氣冷激的方法回收余熱降低爐氣溫度。 圖 33 余熱回收流程之三 (三 ) 高中溫余熱回收主要設(shè)備 高中溫?zé)峄厥赵O(shè)備種類很多 ,其中最主要的也是最容易發(fā)生故障的設(shè)備是焚硫爐出口的鍋爐和吸收塔前面的省煤器。 焚硫爐出口的鍋爐有兩種型式 ,一種是水管鍋爐 ,另一種是火管鍋爐。水管鍋爐在硫鐵礦制酸裝置上的應(yīng)用較早 ,產(chǎn)品也較成熟 ,故 90 年代中期我國再次掀起硫磺制酸建設(shè)高潮時 ,國產(chǎn)裝置因受硫鐵礦制酸裝置的影響基本都是采用的水管鍋爐 ,但使用后很多鍋爐 (主要是自然循環(huán)水管鍋爐 )發(fā)生了爐氣外漏和爐水內(nèi)漏的事故 ,嚴(yán)重影響了制酸裝置的正常生產(chǎn) ,這主要是由于人們對硫磺制酸的認(rèn)識不夠。硫磺制酸不同于硫鐵礦制酸 ,硫磺制酸無凈化工段 ,鍋爐后面就是轉(zhuǎn)化器 ,鍋爐一旦漏水 ,將使轉(zhuǎn)化變?yōu)闈褶D(zhuǎn)化 ,大量的水蒸汽一方面使三氧化硫吸收過程惡化 ,另一方面爐氣的露點(diǎn)將會大大的提高 ,結(jié)露生成的硫酸的濃度 大大的降低 ,從而加快了設(shè)備和管道的腐蝕。另外 ,硫磺制酸爐氣是正壓。這些就要求硫磺制酸裝置的鍋爐不能漏水 ,同時又要具有較高的承壓能力。而水管鍋爐在這些方面與火管鍋爐比有先天不足 ,再加上中小型硫磺制酸裝置的水管鍋爐比火管鍋爐投資高 ,所以近幾年來火管鍋爐在硫磺制酸裝置上應(yīng)用較多 ,故障率明顯比水管鍋爐少 ,很多裝置從未因火管鍋爐故障而停車。 總之 ,水管鍋爐在承受正壓能力 ,氣流分布的均勻性 ,對負(fù)荷變化的適應(yīng)性和安全性等方面都不如火管鍋爐。所以焚硫爐出口的鍋爐應(yīng)首選火管鍋爐 ,尤其是中小型裝置。但對于大型或特大型的裝置 ,特別是較高壓力的鍋爐 ,由于火管鍋爐造價較高 ,運(yùn)輸也較困難 ,此時可以采用水管鍋爐。無論是采用火管鍋爐還是水管鍋爐 ,必須從設(shè)計、制造、安裝和運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)對鍋爐加以高度重視 ,只有這樣才能保證鍋爐安全運(yùn)行。 為了盡可能多地回收中溫余熱 ,在兩臺吸收塔前有必要設(shè)省煤器見圖 3,由于省煤器水入口處金屬壁溫較低 ,這里可能存在露點(diǎn)腐蝕問題。當(dāng)省煤器金屬的壁溫小于露點(diǎn)溫度時酸霧就會在管外壁結(jié)露形成冷凝酸 ,當(dāng)然形成冷凝酸后不一定就發(fā)生腐蝕 ,這還要看冷凝酸的濃度和溫度。正常運(yùn)行時 ,如果結(jié)露一般生成發(fā)煙硫酸濃 度 102%,溫度小于 120℃ ,在這種情況下即使采用碳鋼也能耐腐蝕。而在開停車及前面的熱力設(shè)備發(fā)生泄漏時 ,露點(diǎn)溫度將會升高 ,結(jié)露形成的冷凝酸的溫度也會升高 ,而且結(jié)露形成硫酸的濃度范圍較大 ,在這種情況下只有鑄鐵能耐腐蝕。所以國外的省煤器有兩種做法 ,第一種做法是保證使用壽命而采用帶鑄鐵套管的省煤器 ,第二種做法是犧牲設(shè)備的壽命而采用價格較便宜的普通碳鋼省煤器。我國目前也有兩種做法 ,第一種做法是采用熱管省煤器 ,利用熱管技術(shù)一方面使與爐氣接觸的金屬壁溫在正常運(yùn)行時高于露點(diǎn)溫度 ,從而不會結(jié)露和發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。另一方面即使在 開停車或前面熱回收設(shè)備發(fā)生泄漏時發(fā)生了露點(diǎn)腐蝕 ,熱管省煤器內(nèi)的水也不會泄漏到爐氣中 ,所以這種方法是具有中國特色的安全可靠的方法。第二種方法和國外的第二種方法一樣采用普通碳鋼省煤器 ,正常運(yùn)行時既使結(jié)露一般也不會發(fā)生腐蝕 ,而開停車發(fā)生的露點(diǎn)腐蝕對整個腐蝕過程的影響并不大。 低溫余熱回收 雖然近幾年我國硫磺制酸的生產(chǎn)能力及熱能利用技術(shù)水平得到了較大發(fā)展 ,但是在利用硫磺制酸過程中產(chǎn)生的中、低溫余熱方面 ,與國際先進(jìn)水平相比 ,還有較大的利用潛力 ,總熱能利用率只達(dá)到 70%左右。 在硫磺制酸生產(chǎn)過程中 ,會產(chǎn)生大量的高溫位余熱。不僅硫磺要在高溫下燃燒 ,而且 SO2轉(zhuǎn)化為 SO3 也要在相當(dāng)高的溫度條件下進(jìn)行。因此 ,人們長期的實踐是 ,把調(diào)節(jié)硫酸廠工藝氣體溫度的方法與回收能量方法結(jié)合在一起。此法是讓高溫的氣體通過余熱鍋爐及其相連的蒸汽過熱器和鍋爐給水預(yù)熱器。硫磺制酸每產(chǎn)1噸硫酸 (100%H2SO4)可產(chǎn)生 噸左右的高、中壓蒸汽。 硫酸生產(chǎn)過程還有另一個很大的熱源 ,但是因其品位低而長期未受到人們的重視 ,它就是吸收系統(tǒng)里的 SO3 反應(yīng)熱和空氣干燥塔里的硫酸稀釋熱。就數(shù)量而言 ,在硫磺制酸廠產(chǎn)生的總熱 量中 ,它可占到近 30%。 在 1973~1974 年和 1979 年兩次“能源危機(jī)”之后 ,大型硫酸廠開始把目光投向酸系統(tǒng)所排棄的大量熱能上 ,希望能回收并以某種經(jīng)濟(jì)效益好的方法再利用它。在這一領(lǐng)域 ,美國 Monsanto 公司開發(fā)的硫酸熱回收系統(tǒng) (HRS)處于世界領(lǐng)先地位。 Monsanto 公司于 1987 年首次開發(fā)出 HRS 系統(tǒng)并獲得專利。該工藝用 HRS吸收塔、 HRS 鍋爐、 HRS 加熱器、 HRS 稀釋器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的中間吸收塔及其循環(huán)系統(tǒng) ,產(chǎn)生 ~ 的低壓蒸汽。一般每噸酸可多產(chǎn) ~ 噸低壓蒸汽 ,熱能回收率 由傳統(tǒng)工藝的 60~70%,提高至 95%。 硫酸裝置的低溫余熱由于品位較低 ,同時又是被硫酸所攜帶 ,回收利用技術(shù)上較困難。我國八十年代前這些熱量都是由淋灑式鑄鐵排管冷卻后隨冷卻水帶到環(huán)境中 ,直到八十年代后期隨著帶陽極保護(hù)的不銹鋼管殼式濃硫酸冷卻器和板式換熱器的開發(fā)應(yīng)用 ,才為利用這些低溫余熱提供了可能。近年來國內(nèi)已有一些硫酸裝置回收利用了部分低溫余熱 ,回收和利用的方法主要有以下幾種 : ①加熱脫鹽水 ,提高進(jìn)除氧器的水溫 ,從而減少除氧器蒸汽消耗。但由于鍋爐需要脫鹽水的量較少 ,回收和利用的余熱只占低溫余熱的一 小部分。如河南某化肥廠利用 16 萬噸 /年硫酸裝置的干吸酸熱將動力分廠的脫鹽水從常溫加熱到80℃ ,水量為 :100t/h,利用的熱量約占低溫余熱總量的 22%。此裝置于 1996 年 10月投入運(yùn)行。 ② 生產(chǎn)熱水用于其它裝置 ,如用于磷酸濃縮和氨蒸發(fā)等 , 但這種方法必須是硫酸和磷酸或合成氨等裝置的聯(lián)合化工企業(yè)。 ③生產(chǎn)熱水用于居民生活包括采暖。如山東某廠利用吸收酸熱產(chǎn)生 70℃左右的熱水用于全廠采暖 ,采暖面積約為 15000m2。此裝置于 1995 年 11 月安全運(yùn)行至今 ,取得了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。 以上幾種低溫余熱回收的 方式在我國都有成功運(yùn)行的實例 , 但總的來講我國硫酸裝置的低溫余熱回收仍處于起步階段 ,回收利用的裝置很少 ,絕大部分裝置的低溫余熱仍然是通過循環(huán)冷卻水散發(fā)到環(huán)境中。應(yīng)用受到限制的主要原因是一方面人們對低溫余熱的認(rèn)識不夠 ,另一方面目前我國的技術(shù)只能利用低溫余熱產(chǎn)生熱水 ,而熱水的利用有其局限性。 公司硫磺制酸現(xiàn)狀 宜化肥業(yè)年產(chǎn) 60 萬噸 (1800t/d)硫磺制酸裝置全套采用美國孟山都公司技術(shù) ,硫酸全部用于濕法磷酸的生產(chǎn)原料。該裝置以進(jìn)口固體硫磺為原料 ,采用帶攪拌器的快速熔硫 ,粗硫經(jīng)過過濾器過濾 ,液體硫磺用泵加壓 機(jī)械霧化焚燒 ,“ 3+1”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝 ,轉(zhuǎn)化率達(dá) %。設(shè)置 94t/h 高壓廢熱鍋爐、蒸汽過熱器和省煤器 ,回收焚硫轉(zhuǎn)化的高、中位熱能 ,產(chǎn)生 482℃ , 的高壓過熱蒸汽 ,將回收的過熱蒸汽用于發(fā)電。配套設(shè)計有一臺 12MW 抽背機(jī)組 ,將硫磺制酸余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽接入抽背發(fā)電機(jī)組 ,并與電廠主蒸汽