硫鐵礦制酸裝置電除塵器出口安裝省煤器實踐

李家能，吳愛民

（廣東廣業云硫礦業有限公司，廣東云浮 527300）

廣東廣業云硫礦業有限公司（以下簡稱廣業云硫）燃燒高品位硫精礦，電除塵器出口的爐氣溫度長期穩定在270 ℃以上[1]，爐氣溫度升高對凈化工序產生較大壓力，特別是該公司廢水零排放工程實施以后，廢水實現了循環利用，但之前隨廢水排走的熱量也回到系統，導致凈化工序煙氣的溫度有所上升。若要冷卻溫度超過270 ℃的爐氣，同時移走廢水帶回系統的熱量，不僅增加了能耗，而且不能充分利用爐氣本身帶有的熱量，造成較大的能量浪費。因此，在電除塵器出口處新安裝1臺熱管省煤器[2-3]，不僅可回收多余熱量，增加產汽量，還可以減少高溫爐氣對后面工序產生不利影響。

廣業云硫120 kt/a硫酸裝置制酸過程產生大量熱量，其中高溫位余熱利用由余熱鍋爐產生蒸汽供3 MW汽輪發電機組發電，而電除塵器出口的中溫位余熱沒有得到利用。為了貫徹公司“多快好省、節支增效”的生產經營方針，該公司成立了“提高硫酸裝置余熱利用效率”課題小組，通過理論計算和現場調研，在硫鐵礦制酸裝置電除塵器出口安裝省煤器的方案可行。

1 電除塵器出口爐氣熱能回收理論計算

1.1 沸騰爐出口爐氣量

廣業云硫120 kt/a硫酸裝置正常生產的工藝指標為硫精礦燒出率99.93%、凈化率99%、轉化率99.8%、吸收率99.99%，則總產酸率達98.7%。按 生 產w(H2SO4)98.3%硫 酸360 t/d計， 則 產w(H2SO4)100% 硫酸 360 t/d÷24 h/d×98.3%=14.745 t/h。根據硫酸裝置的實際生產統計數據，生產1 t硫酸消耗w(S)為46%的硫精礦0.76 t，則硫精礦的消耗量為 14.745 t/h×0.76÷98.7%=11.35 t/h，硫的消耗量為 11.35 t/h×46%=5.223 t/h。

硫精礦焙燒的主要反應方程式為：

由式(1)計算出氧氣的理論需要量n1=5.223 th×103÷64 g/mol×11÷4=224.43 kmol/h。

所需空氣的理論量n2=224.43 kmol/h÷21%=1 068.71 kmol/h。設過剩空氣系數為1.23，則實際空氣量n3=1 068.71 kmol/h×1.23=1 314.51 kmol/h，空氣體積V=1 314.51 kmol/h×22.4 L/mol=29 445 m3/h。該數據與滿負荷運行時沸騰爐爐氣風量相吻合，所設過剩空氣系數較為準確。

由式 (1)可得 ：每消耗 11 mol O2，生成 8 mol SO2，出沸騰爐的爐氣會減少3 mol，總減少量為224.43 kmol/h÷11×3=61.21 kmol/h。

自2018年起，硫精礦中w(H2O)從原來的2%~3%提高到4.5%，則爐氣中增加的水蒸氣量n4=11.35 t/h×4.5%×103÷18 g/mol=28.38 kmol/h。

故沸騰爐出口的爐氣量為1 314.51 kmol/h-61.21 kmol/h+28.38 kmol/h=1 281.68 kmol/h。

1.2 電除塵器出口爐氣量

設沸騰爐到電除塵器出口的漏氣率為20%，則 電 除 塵 器 出 口 的 爐 氣 量 為 1 281.68 kmol/h×(1+20%)=1 538.02 kmol/h。

1.3 爐氣平均分子熱容量

計算焙燒硫精礦產生的含二氧化硫爐氣的平均分子熱容量經驗公式[4]為：

CSO2——爐氣中二氧化硫的體積分數，%；

t——電除塵器出口至冷卻塔進口的爐氣平均溫度，℃。

將 CSO2=13.5%、t=(210 ℃ +270 ℃ )/2=240 ℃代入公式(2)，得=31.2 J/(mol·K)。

1.4 電除塵器出口爐氣降溫釋放的熱量

電除塵器出口的爐氣溫度由270 ℃降到210 ℃，所釋放的熱量 Q1=1 538.02 kmol/h×31.2 J/(mol·K)×60 K×10-3=2 879.2 MJ/h。

將散熱等各項熱損失設為5%，則可利用的電除塵器出口的爐氣熱量Q2=Q1×(1-5%)=2 735.2 MJ/h。

2 經濟效益

2.1 直接效益

壓力為3.3 MPa、溫度為430 ℃的過熱蒸汽焓值 H1=3 293.6 kJ/kg，102 ℃給水的焓值 H2=430 kJ/kg，則過熱蒸汽的產生量 m1=Q2/(H2-H1)=2 735.2 MJ/h÷(3 293.6-430)kJ/kg=0.96 t/h。

以每噸過熱蒸汽發電185 kWh，電價按0.410 3元/kWh計，1年運行時間按330 d計，則回收電除塵器出口爐氣的熱量所產生的直接經濟效益為0.96 t/h×185 kWh/t×24 h/d×330 d×0.410 3元/kWh×10-4=57.71萬元。該項目投資80萬，投資回收期為1.5年，經濟效益明顯。

2.2 間接效益

增加省煤器后，冷卻塔和洗滌塔除熱負荷減少，可適當減少洗滌塔水電消耗，有利于降低生產成本，凈化系統除熱負荷減少，有利于凈化系統工藝指標的控制。

3 安裝省煤器方案

采用2臺省煤器串聯的方式進行安裝。省煤器安裝示意見圖1。

圖1 省煤器安裝示意

104 ℃的除氧水進入轉化工序中的省煤器，將水加熱到165 ℃后進入凈化工序的省煤器，將水溫提高到200 ℃左右進入焙燒工序余熱鍋爐，產出的蒸汽經高、低溫過熱器加熱至435 ℃進入汽輪機發電。根據上述計算，省煤器可提高余熱鍋爐產汽量約 0.96 t/h。

該工藝流程不需大幅更改水路管道，且設備使用壽命長。安徽銅陵華興化工有限公司安裝的同類設備使用壽命已經超過6年，廣西梧州藤縣金茂鈦白有限公司安裝的3套省煤器設備使用已超過5年，至今未出現任何問題，且使用效果很好，裝置產汽量明顯提升。

4 項目實施

2019年9月，廣業云硫招標采購省煤器。在2019年底停機檢修期間，在電除塵器出口安裝1臺熱管省煤器，把省煤器內的熱交換管與轉化工序省煤器的出水管相連，使之與轉化工序的省煤器串連。為方便員工操作，將控制閥門安裝在地面，用超過10 m的鍋爐管連接控制閥門進出口。凈化工序的省煤器與轉化工序的省煤器分別加裝進出口閥，2臺省煤器可串聯使用，也可單獨使用。爐氣熱能經省煤器的熱交換管交換后用于提高鍋爐給水溫度，運行后鍋爐增加了過熱蒸汽流量，從而達到增加汽輪發電機發電量的目的。

5 實施效果

2020年1—12月，電除塵器出口的爐氣平均溫度從265 ℃降至217 ℃，鍋爐平均蒸汽流量從17.12 t/h提高到17.78 t/h。出口爐氣溫度及蒸汽流量統計數據見表1。

表1 出口爐氣溫度統計數據

6 結語

廣業云硫通過對120 kt/a硫酸裝置電除塵器出口的爐氣熱能回收進行理論計算，在電除塵器出口采用串聯的方式安裝2臺省煤器，可提高余熱鍋爐產汽量約0.96 t/h，回收電除塵器出口爐氣的熱量所產生的直接經濟效益達57.71萬元/a，有效利用了硫酸裝置的中溫位余熱，經濟效益明顯。項目實施后，凈化系統除熱負荷減少，工藝指標控制穩定。