【正文】 中溫過(guò)熱器。爐水從汽包引出，沿下降管流人鍋殼，經(jīng)鍋殼中的列管加熱后產(chǎn)生汽水混合物，再由鍋殼頂部上升管送回汽包，經(jīng)汽水分離后的爐水繼續(xù)循環(huán)，飽和蒸汽則從汽包頂部引出，先后經(jīng)低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器加熱到450℃后送往用戶。其實(shí)高、低溫過(guò)熱器可設(shè)蒸汽旁通管，進(jìn)二段的爐氣溫度由高溫過(guò)熱器蒸汽旁通閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，而高溫過(guò)熱器出口過(guò)熱蒸汽溫度由低溫過(guò)熱器蒸汽旁通調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)。不噴水可以保證蒸汽品質(zhì)和高溫過(guò)熱器管內(nèi)不結(jié)垢，從而保證高溫過(guò)熱器的長(zhǎng)期換熱效果及使用壽命。大多數(shù)硫酸廠的SO3吸收反應(yīng)熱由冷卻水帶走而損失掉，少數(shù)硫酸廠用于加熱鍋爐給水、工業(yè)用水、生活用水。低溫位熱能回收技術(shù)在國(guó)際上已開(kāi)發(fā)應(yīng)用多年。將熱回收塔作為兩轉(zhuǎn)兩吸流程的第一吸收塔，塔底部流出的w（H2SO4）%~%、溫度200~220℃(視鍋爐壓力而定)的硫酸經(jīng)換熱稀釋，將w（H2SO4）%后回流至熱回收塔下部第二段。為了嚴(yán)格控制進(jìn)人熱回收塔的酸濃度，采用新型無(wú)電極環(huán)形電導(dǎo)分析儀。另外安裝了腐蝕監(jiān)測(cè)儀，以測(cè)量酸循環(huán)系統(tǒng)中不銹鋼試件電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流。就我國(guó)目前的技術(shù)水平和制造水平，開(kāi)發(fā)我國(guó)自己的HRS技術(shù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。采用HRS技術(shù)， ，并相應(yīng)減少70%左右的干吸部分循環(huán)水量，從而相應(yīng)減少循環(huán)水站的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用?？梢詫⒌谝晃账米鳠峄厥账囊徊糠?，仍用w（H2SO4）98%硫酸噴淋，以確保較高的吸收率，后建的熱回收塔只建高溫吸收部分。%的H2SO4200000t，則H2SO4的產(chǎn)量為：Y=年產(chǎn)量（t）1000/（生產(chǎn)日24）=200000%1000/（30024）=取一小時(shí)為基準(zhǔn)根據(jù)關(guān)系式：S→H2SO4；→；硫磺的含硫量為96%?，F(xiàn)在通過(guò)這些數(shù)據(jù)計(jì)算各段物料組成[22]。xa)= = 進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段爐氣溫度為680℃，壓力為負(fù)壓10kPa。計(jì)算得爐氣分配表，見(jiàn)表31表31爐氣的分配比氣體進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段爐氣/kmol冷激爐氣/kmolSO2O2N2合計(jì)（2）物料衡算本設(shè)計(jì)選用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，轉(zhuǎn)化階段共分五段，其中第一次轉(zhuǎn)化過(guò)程有三段，第二次轉(zhuǎn)化有兩段。一段轉(zhuǎn)化率為60%，二段轉(zhuǎn)化率為80%，三段轉(zhuǎn)化率為96%，%，%。出口氣體成分如表32：表32出口氣的分配比氣體SO2SO3O2N2氣量/kmol百分比％熱量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷，根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面積的型式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。[23]（標(biāo)況下）表33 物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)物質(zhì)溫度KS298SO2298SO3298O22980N22980H2O298表34 物質(zhì)的Cp參數(shù)一覽表[7]ABCD（1） 衡算數(shù)據(jù)進(jìn)入轉(zhuǎn)化器時(shí)的氣體物質(zhì)的量：； 。（2） 計(jì)算過(guò)程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：式中：—物料帶入設(shè)備的熱量，kJ； —過(guò)程熱效應(yīng)，kJ； —物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量，kJ；—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量，kJ； —設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，kJ。K) 溫度A（）B（）140℃②各物質(zhì)的： J J J其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。據(jù)化學(xué)工程手冊(cè)得25℃時(shí)的各物質(zhì)的生成熱如下表所示：表36 25℃下各物質(zhì)的生成焓 單位：kJ / mol溫度A（S）B（）C（）25℃0反應(yīng)式：在140是S的生成焓為J在140是的生成焓為J J（物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量）焚燒爐內(nèi)反應(yīng)生成二氧化硫，最終還有氧氣及氮?dú)馐Ｓ?，反?yīng)為放熱反應(yīng)但爐內(nèi)溫度保持在140℃作用。K) 溫度A（）B（）C（）140℃②各物質(zhì)的JJJJ有熱平衡方程式可得：因?yàn)樗杂梢陨蠑?shù)據(jù)可得 J2）轉(zhuǎn)化工段反應(yīng)式：（物料帶入設(shè)備的熱量）（以0℃為基準(zhǔn)）① Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算，則所得各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表38物質(zhì)的Cp值一覽表 單位：J / (mol（過(guò)程熱效應(yīng)）為轉(zhuǎn)化塔中的過(guò)程反應(yīng)熱，作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)常以0℃作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行熱量衡算，在縮合反應(yīng)中由副反應(yīng)的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應(yīng)熱較小，故可以忽略不計(jì)，只以主反應(yīng)來(lái)計(jì)算。（以0℃為基準(zhǔn)）① Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算則出料氣體中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表310 物質(zhì)的Cp值一覽表 單位：J / (molK) 溫度A（）B（）C（）D（）150℃②各物質(zhì)的： J J J J其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。（以0℃為基準(zhǔn)）① Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算則出料氣體中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表312 物質(zhì)的Cp值一覽表 單位：J / (mol使用最普遍的是噴霧焚硫爐。為使硫磺和空氣的接觸良好在2～3個(gè)地方用耐火磚砌半圓形的擋墻。噴嘴的噴槍和噴頭部分采用L316或相當(dāng)?shù)牟牧?。焚硫爐能力同其它工業(yè)燃燒爐一樣，能力的彈性比較大，一般變動(dòng)1～。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，一般是1m3容積的霧化焚硫爐，每日可焚燒1t左右的硫磺，即可生產(chǎn)3t左右的硫酸。一般規(guī)律是，小型爐子能力偏小，大型爐子能力偏大。霧化焚硫爐的生產(chǎn)能力，一般可用下式進(jìn)行計(jì)算：Q＝K24／1000h；q ——燃燒1kg硫磺之熱效應(yīng)，；V—— 焚硫爐容積，m3；Q—— 霧化焚硫爐能力，t/(d轉(zhuǎn)化塔是SO2實(shí)施氧化反應(yīng)并保證SO2排放達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備。另外還要求良好的氣體分布性能以保證較高的轉(zhuǎn)化率。目前轉(zhuǎn)化塔在結(jié)構(gòu)上有兩種形式積木式結(jié)構(gòu)和中心筒式結(jié)構(gòu)。中心筒式結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)同心立式圓簡(jiǎn)，內(nèi)圓筒直徑較小，為中心管，既用于支撐催化劑和隔板的部分重量，又作為部分反應(yīng)段的進(jìn)氣通道，催化劑裝填在內(nèi)、外兩層圓筒之間。積木式轉(zhuǎn)化塔采用立柱和樁柱支撐催化劑格柵和隔板的部分重量，在催化劑裝填部位的筒體內(nèi)表面襯砌粘土質(zhì)隔熱磚，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂蓋采用球冠形，并在外部用扁鋼加強(qiáng)，以保證設(shè)備的強(qiáng)度和剛度。格柵上鋪設(shè)耐熱瓷球和不銹鋼絲網(wǎng)后再放催化劑。平面型催化劑床層結(jié)構(gòu)可確保反應(yīng)更加均勻。中心筒式轉(zhuǎn)化塔中各段催化劑層設(shè)在用耐熱瓷球找平的弧形床層板上，催化劑和瓷球之間用一層不銹鋼絲網(wǎng)隔開(kāi)。部分段尤其是一段設(shè)計(jì)為中心筒進(jìn)氣方式，可使氣體在各段反應(yīng)床層分布均勻。設(shè)備底部?jī)?nèi)外圓筒分別支撐在土建基礎(chǔ)上。由于在設(shè)計(jì)理念上是采用高強(qiáng)度和低剛度來(lái)保證設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性，總體上設(shè)備強(qiáng)度雖高但剛度相對(duì)偏低，因而設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性不如積木式結(jié)構(gòu)。我們?cè)诜磻?yīng)時(shí)必須降低溫度，移去一部分熱量，這就是我們所說(shuō)的降溫。另一種方法即絕熱操作過(guò)程，也是我們?cè)毡椴捎玫姆椒ā取460℃，則：V實(shí)=V標(biāo)＝ m3/h=停留時(shí)間tV/3600= 設(shè)轉(zhuǎn)化塔高度與直徑比：H/D=，(D2/4) H= D=，H=，經(jīng)圓整后得D=，H=高效干吸塔系統(tǒng)是將塔填料支承結(jié)構(gòu)形式、高效塔填料、高效分酸器、高效除霧器元件與塔的尺寸、操作氣速和噴淋酸的噴淋密度統(tǒng)一考慮，互相配合，從而形成高強(qiáng)度塔，達(dá)到符合工藝要求的干澡吸收效率。一般采用高鋁質(zhì)耐酸瓷填料支承結(jié)構(gòu)，有的采用大跨度、高開(kāi)孔率的耐酸高鋁瓷條梁，也有的采用高開(kāi)孔率的瓷球拱。第一吸收塔酸溫高、霧量大、霧粒細(xì)，為保護(hù)后面的換熱設(shè)備，采用高效纖維除霧器第二吸收塔為保證尾氣排放的要求也采用高效纖維除霧器。酸分布器的分酸效果直接影響到空氣干燥和SO3吸收的效果。該分酸器的降酸管填埋于種階梯環(huán)墳料之中，酸液由酸泵打人主管，再分配至各分酸槽，由槽體上各降液管流出。分酸器制造完成后，在制造廠內(nèi)要進(jìn)行水噴淋試驗(yàn)。塔底設(shè)計(jì)一般分為碟形底和平底兩種方案。這種結(jié)構(gòu)同碟形底結(jié)構(gòu)一樣不需要大的混凝土平臺(tái)，設(shè)計(jì)若干根支腿支撐整座塔重量，生產(chǎn)或停車時(shí)都可使塔底積酸全部排盡。氣體換熱器的設(shè)計(jì)主要是解決好管板變形、設(shè)備熱應(yīng)力和氣流分布等問(wèn)題。換熱器殼體采用低合金鋼和碳鋼制作殼程部分采用擴(kuò)大型管口并加氣體導(dǎo)流板以使氣流分布均勻。換熱管采用滲鋁鋼管，管子與管板采用強(qiáng)度焊接。換熱器的殼體設(shè)置膨脹節(jié)，以吸收高溫操作狀態(tài)下管、殼程熱膨脹差異引起的變形，降低設(shè)備內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)國(guó)內(nèi)許多廠家的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，傳熱系數(shù)k值如下： 外部換熱器 k=8～11，一般取k=10； 內(nèi)上換熱器 k=5～8，一般取k=8； 內(nèi)下?lián)Q熱器 k=10～15，一般取k=15。在器底打一層50～80mm厚的耐火磚或灰綠巖酸泥。熱交換器的傳熱面積可借傳熱速度方程求算： 式中：Q——傳熱速率，W； K——總傳熱系數(shù)，W/(㎡熱交換器的熱負(fù)荷Q為冷流體（或熱流體）單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)熱交換器所獲得（或失去）的熱量?！?； ——出入口的溫差，℃?！? =℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2℃ =[()]/(15)=2)四至五段換熱面積計(jì)算 =(+2024++) ==℃ =()=管內(nèi)外平均溫差 =℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2℃=(15)= m2(2)外換熱器傳熱面積的計(jì)算1) 二至三段換熱面積計(jì)算傳熱系數(shù)取 k=12kcal/Nm2℃=℃(+++) =管內(nèi)外平均溫差℃=2) 第五段爐氣的換熱面積及換熱器Ⅰ、Ⅱ，總換熱器面積之和 ℃ 200℃ 50℃ 331℃ =℃ =(+++) =下面對(duì)200℃時(shí)爐氣的平均總熱容計(jì)算(五段)傳熱系數(shù)取k=12kcal/Nm2℃,kcal/Nm3℃ = =(12)=空氣鼓風(fēng)機(jī)是硫磺制酸裝置最為關(guān)鍵的設(shè)備，其運(yùn)行的好壞直接影響到整個(gè)裝里的穩(wěn)定性和可靠性，是裝置開(kāi)車率最重要的保證。大型空氣鼓風(fēng)機(jī)主要有軸流式和離心式兩種結(jié)構(gòu)類型[27]。但這種風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，與其配套的土建費(fèi)用高。空氣鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗占了硫酸裝置動(dòng)力消耗的大部分。蒸汽驅(qū)動(dòng)是采用背壓式蒸汽透平直接驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，汽源為硫酸裝置副產(chǎn)的中壓過(guò)熱燕汽。雖然燕汽驅(qū)動(dòng)部分的投資較電動(dòng)驅(qū)動(dòng)高，但總的投資費(fèi)用下降了，經(jīng)濟(jì)上是合算的。由于透平所用的蒸汽是硫酸裝置自產(chǎn)，在裝剛開(kāi)車時(shí)難以自行啟動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱升溫，因而開(kāi)車時(shí)需要外界提供符合要求的汽源，沒(méi)有汽源的企業(yè)或考慮到其他原因可專門配套電動(dòng)式開(kāi)車風(fēng)機(jī)。在循環(huán)酸泵的設(shè)計(jì)選型上，應(yīng)根據(jù)工藝條件及材料的耐磨耐蝕性能，本著安全、節(jié)能、長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的原則來(lái)確定。廢熱鍋爐是硫酸裝置重要的設(shè)備之一，開(kāi)車不順利的硫酸裝置多數(shù)是因?yàn)殄仩t故障，而好的鍋爐則是硫酸裝置長(zhǎng)期安全運(yùn)行的前提條件。國(guó)內(nèi)外大型硫磺制酸裝置一般都采用火管鍋爐。硫磺制酸裝置火管鍋爐的總體設(shè)計(jì)為管板采用撓性管板，以吸收火管的熱膨脹，降低火管和管板焊縫的應(yīng)力前管板采用特制材料加以保護(hù)，以降低管板兩側(cè)的溫差應(yīng)力火管人采用特制套管加以保護(hù)，以免焊縫和管口受高溫爐氣熱沖蝕火管與管板采用特殊的焊縫形式，以保證焊縫的可靠性。雙鍋殼單汽包的結(jié)構(gòu)形式，占地稍大，造價(jià)高，對(duì)煙氣平衡控制的要求高。帶單汽包的鍋殼式廢熱鍋爐，汽包由下降管和上升管與鍋殼連接，并支承在鍋殼上。汽包內(nèi)裝有除沫器供汽水分離之用。汽包上裝有兩只就地水位表，另外還有一對(duì)水位報(bào)警及控制室水位指示器的接口、一對(duì)水位變送器的接口，用以調(diào)節(jié)鍋爐給水，控制汽包水位。鍋殼筒體內(nèi)火管呈正三角形排列，管子與管板采用熔深焊。另外，前管板上涂敷鋯質(zhì)磷酸鹽可塑料以降低管板溫度。每個(gè)下降管口都設(shè)置擋板以防爐水直接沖刷列管。為吸收熱膨脹，高鋁磚與前管板耐火澆注料交接處留有膨脹縫，內(nèi)填硅酸鋁纖維煙箱至鍋殼轉(zhuǎn)角處也填充有硅酸鋁纖維。由于焚硫爐出口爐氣溫度很高，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口溫度的高溫副線和高溫調(diào)控閥均需內(nèi)襯，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中較易損壞，可將焚硫爐出口與廢熱鍋爐進(jìn)口直接對(duì)接，同時(shí)將廢熱鍋爐設(shè)計(jì)成兩段式，轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口的熱副線由廢熱鍋爐兩段之間引出，這樣熱副線管道及閥門的操作溫度可控制700℃以內(nèi)，采用普通不銹鋼管道和閥門即可。硫磺制酸裝置的高溫過(guò)熱器有臥式懸吊管內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)。立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)的高溫過(guò)熱器為垂直煙道橫向沖刷式，外殼為箱式結(jié)構(gòu)，材料為0Cr18Ni9，煙氣流向?yàn)閭?cè)進(jìn)上出。過(guò)熱器受熱面為水平支撐蛇形螺旋翅片管結(jié)構(gòu)，蒸汽流向?yàn)樯线M(jìn)下出與煙氣逆流換熱。高溫過(guò)熱器進(jìn)口前的燕汽管道上設(shè)有噴水減溫器，用以調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽的溫度，噴水采用鍋爐給水。低溫過(guò)熱器的結(jié)構(gòu)形式同立式高溫過(guò)熱器，為爐氣橫向沖刷受熱面，換熱管采用螺旋翅片管強(qiáng)化傳熱。由于省煤器水人口處金屬壁溫較低，可能存在露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，所以采用何種省煤器以避免發(fā)生露點(diǎn)腐蝕也是直接關(guān)系到硫酸系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。熱管省煤器采用完全內(nèi)置式換熱管，解決了爐氣泄漏問(wèn)題。高、低溫過(guò)熱器及省煤器的換熱管和焊縫，要求進(jìn)行100%的渦流探傷及的100%超聲波探傷