韶冶二系統硫酸凈化工序熱工診斷與煙氣降溫研究

蔡軍林,孫 岱

(1.中金嶺南有色金屬股份有限公司韶關冶煉廠,廣東韶關 512024; 2.中南大學信息科學與工程學院,湖南長沙 410083)

韶冶二系統硫酸凈化工序熱工診斷與煙氣降溫研究

蔡軍林1,孫 岱2

(1.中金嶺南有色金屬股份有限公司韶關冶煉廠,廣東韶關 512024; 2.中南大學信息科學與工程學院,湖南長沙 410083)

本文針對韶冶二系統硫酸在夏季高溫期間“只能生產93%酸,不能產出98%酸”的問題,通過對二系統硫酸凈化工序熱工診斷,明確了進入干燥塔煙氣溫度越高,能夠生產的硫酸濃度越低。在韶關冶煉廠夏季高溫期間,必須降低煙氣溫度才能產出98%酸。韶冶利用現場的余熱資源制冷產生的冷凍水給煙氣降溫的辦法,將煙氣溫度從40℃降到33℃,順利解決上述問題,既保證了主體工序的正常安全生產,又利用了低溫余熱資源。

硫酸;余熱;熱工診斷

1 前言

針對韶關冶煉廠二系統硫酸在夏季高溫期間“只能生產93%酸,不能產出98%酸”的問題,初步分析診斷為凈化工序帶入干燥塔的水分過多造成的。

干燥塔的噴淋酸由于吸收水分而被稀釋,依靠由吸收塔送來的98%酸的加入以提高其濃度,然后再把多余的酸量送回吸收塔,干燥塔送來的93%酸來滿足吸收塔的需要,不足之數再加新鮮水補充。如果在凈化工序帶入干燥塔的水分增多,則吸收塔勢必要增加串到干燥塔的酸量,相應地干燥塔也增加串到吸收塔的酸量,當煙氣帶到干燥塔的水量大到一定程度時,吸收塔所需的水分全部可由93%的串酸中取得。如果煙氣中帶入的水分再增加時,為了維持干燥和吸收的正常操作,就要減少從干燥塔送往吸收塔的酸量。這樣,吸收塔送往干燥塔的酸量比送回的多,因而從吸收塔引出的產品酸就減少了;而干燥塔的酸多出來就作為93%的成品酸引出。當煙氣中帶入的水量大到一定程度時,產品酸只有全部變成93%酸,不能產出98%酸。如果煙氣中的水分繼續提高,干燥塔的酸濃度就降到93%以下,如不采取相應的措施,干燥效率惡化,設備和管道就會受到腐蝕。

2 二系統硫酸凈化工序測試與分析

2.1 二系統硫酸凈化工序熱工診斷測試

在目前燒結車間生產任務重,礦物來源雜,煙氣二氧化硫濃度難以提高的情況下,解決夏季產不出98%酸的最快捷方法是降低凈化煙氣溫度,以減少帶入干燥塔的水分。對于如何有效地降低煙氣溫度,對二系統硫酸凈化工序進行了診斷性測試。二系統燒結加料量262t/h,物料含水4.5%。凈化工序參數見表1。

表1 凈化工序操作參數表

2.2 二系統硫酸凈化工序煙氣熱量變化分析

由于凈化工序全封閉,假設凈化工序燒結煙氣干成份不變化。

2.2.1 燒結煙氣總顯熱量Q總的計算

燒結干煙氣流量為128460m3/h,成份為:

燒結物料中N元素少,可以認為煙氣中N2全部來自助燃空氣,體積量為103795.68m3/h,得出燒結實際空氣量為131386.94 m3/h;過剩氧氣量為18112.86m3/h,相應過剩空氣量為86217.21 m3/h;因此空氣消耗系數為131386.94/(131386.94-86217.21)=2.91。

進入凈化工序前燒結煙氣中的水分主要來自于助燃空氣和物料中的水,為:

濕燒結煙氣量為:16963.39+128460= 145423.39(m3/h)

濕燒結煙氣溫度為:146.8℃

濕燒結煙氣成分:CO2,0.62;SO2,3.89;O2, 12.46;N2,71.37;H2O,11.66。

以環境溫度30℃為基準,燒結煙氣總顯熱量為:

2.2.2 煙氣經空塔稀硫酸噴淋后煙氣顯熱量Q空

煙氣經空塔稀硫酸噴淋后,溫度迅速下降到61.9℃,含水量達到飽和為21.45%(濕氣體),燒結煙氣出空塔后成份為:CO2,0.55;SO2,3.46;O2, 11.08;N2,63.46;H2O,21.45。煙氣量163545.39m3/h,出空塔煙氣顯熱量為:

在空塔中稀硫酸被加熱,水蒸發吸收大部分煙氣熱量,散熱損失也消耗一部分熱量。

2.2.3 煙氣經動力波洗滌器后煙氣顯熱量Q動

動力波洗滌器后煙氣溫度60.6℃,飽和含水量為20.21%(濕氣體),燒結煙氣出動力波后成份為: CO2,0.56;SO2,3.51;O2,11.25;N2,64.47;H2O, 20.21。

煙氣量160997.62m3/h,出動力波煙氣顯熱量為:

2.2.4 煙氣經填料洗滌塔后煙氣顯熱量Q洗

填料洗滌塔后煙氣溫度32.6℃,飽和含水量為4.86%(濕氣體),燒結煙氣出洗滌塔后成份為: CO2,0.67;SO2,4.19;O2,13.42;N2,76.86;H2O, 4.86。

煙氣量135022.07m3/h,出洗滌塔煙氣顯熱量為:

洗滌塔稀酸帶走熱量,給煙氣降溫,并降低煙氣含水量。

2.2.5 生產98酸煙氣溫度計算

設轉化率為97%,吸收率為99%,干燥塔入口負壓為-7000Pa,即707.5mmHg,生產1t硫酸(100%),需要上述煙氣量(干基):V=22.4/(98× 97%×99%×4.4%)×103=5409.565(m3)。

當生產98%硫酸時,1t100%硫酸折合98%硫酸中所含水量204.1kg,即11.34kmol,254.02m3。

查表得相應溫度為30.1℃。

當生產93%硫酸時,1t100%硫酸折合93%硫酸中所含水量259.1kg,即14.4kmol,322.6m3。

水量在煙氣中占體積分數x水:

干燥塔入口煙氣溫度32～33℃,介于二者之間,故測試當天條件下可以生產部分98%酸。結論與實際情況相符。但是在夏季高溫期如果干燥塔入口氧氣溫度超過34℃,將完全生產不出98%酸,需要采用降溫方案。

3 硫酸凈化煙氣采用冷凍水降溫方案

通過硫酸凈化工序熱工診斷與分析,可以看出如果進入干燥塔煙氣溫度越高,能夠生產的硫酸濃度越低。在韶關冶煉廠夏季高溫期間,進入干燥塔煙氣溫度一般在40℃,最高達到42℃,這時生產不出98%酸,必須降低煙氣溫度。韶冶利用現場的余熱資源制冷產生的冷凍水給煙氣降溫的辦法,將煙氣溫度從40℃降到33℃。

總焓值為7430255.94kJ/h。

總焓值為5963294.23kJ/h。因此煙氣從40℃降到33℃,煙氣顯熱減少1466961.71kJ/h,即407k W。產生凝結水2693.68kg/h,33℃時汽化熱為2423.12kJ/kg,釋放的總凝結潛熱為6527109.88kJ/h,即1813k W。故需要總冷量為2220 k W(191×104kcal/h),利用二系統熱風爐高溫煙氣驅動的三效溴化鋰制冷機組剛好可以滿足其制冷量要求。

4 結論

(1)夏季高溫期生產不出98%硫酸的原因是進入干燥塔煙氣溫度高,帶入的水量過多造成的,可以通過降低煙氣溫度和增加煙氣SO2濃度的辦法解決。

(2)將洗滌塔后凈化煙氣溫度從40℃降到33℃,需要冷量2220 kW(191×104kcal/h)。

針對韶冶二系統硫酸夏季高溫期間“只能生產93%酸,不能產出98%酸”的問題,利用余熱制冷的方法可以很好的解決,即保證了主體工序的正常安全生產,又利用了低溫余熱資源,起到了節能環保的作用。

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ThermalD iagnosis of Shaoguan Smelter No.2 System
Acid Decontam ination Process and Fume Cooling

CA IJun-lin1,Sun Dai2
(1.Zhongjin Lingnan NonferrousMetals Co.,Ltd.Shaoguan Smelter,Shaoguan 512024,Guangdong,China; 2.Central South University,College of Infor mation Science and Engineering,Changsha 410083,Hu’nan,China)

Shaoguan SmelterNo.2 system Sulfuric acid plant faced a situation that"only sulfuric acid concentration of 93%can be produced instead of sulfuric acid concentration of 98%"during high-temperature summer time.In this paper,thermal diagnosis was done forNo.2 system acid decontamination process.Itwas concluded that higher the fume temperature is,lower the sulfuric acid concentration is.The fume coolingmethod of producing chilled waterwith waste heat solved the problem and the fume temperature declined from 40℃to 33℃.Not only the main process production was assured safely and properly,waste heatwas utilized aswell.

sulfuric acid;waste heat;thermal diagnosis

TF81

:A

:1009-3842(2010)01-0055-03

2010-01-12

蔡軍林(1963-),男,福建廈門人,工程碩士,高工,韶關冶煉廠副總工程師,總設計師,長期從事冶金爐窯的設計施工及企業節能減排工作。