硫酸生產中余熱回收與節能技術探討

路濤

貴陽開磷化肥有限公司，中國·貴州 貴陽 551109

1 引言

在生產的過程中，很多工序都會產生大量的余熱。若這些余熱未能得到有效利用，就有可能影響到硫酸生產企業的生產效率和經濟效益。因此，硫酸生產企業應當應用有效的余熱回收技術，以達到提升生產效率的目的。

2 硫酸生產中余熱產生原因分析

化學工業領域有嚴格的熱能分類標準，其中超過五百攝氏度以上的溫度被稱為高溫熱，二百五十攝氏度至五百攝氏度之間的溫度稱為中溫熱，未超過二百五十攝氏度的溫度則被稱為低溫熱。硫酸制造的各道工序中，會發生多樣的化學反應。企業先要對硫鐵礦進行焚燒處理，將其轉化為二氧化硫，再吸收產生的三氧化硫，從而在這些化學反應中均會釋放出一定量的熱量。從目前的生產實踐來看，要制造出一噸硫酸，有可能產生超過二千五百兆焦耳的熱量。若中國采用煤炭燃燒的方式提供熱量，就需要消耗一百公斤的煤炭才能產生出同等的熱量。在企業制造硫酸時，通常要使用以硫酸作為副產品的熱電站。在生產中，大約有百分之六十的初始熱能可以采用高壓蒸汽進行余熱回收，而余下的百分之四十的熱能則和酸冷卻有關，最后借助蒸發冷卻在自然環境里消散。因而，硫酸制造企業應當采用具有經濟性的余熱回收手段，才能切實減少能耗，改善自身經濟效益[1]。

3 余熱回收技術分析

為了讓硫酸生產裝置能夠實現穩定的商業化運行，生產企業應當有效回收生產過程中產生的多余熱能，并進行利用。從實踐來看，熱能回收率愈高，回收技術對企業愈有利。有效利用硫酸生產工序所產生的余熱，對于生產企業減少能耗、降低生產成本、創造經濟效益具有關鍵性意義。當前，中國硫酸生產企業所采用的技術與發達國家相比仍然存在一定差距，特別是在低溫熱回收方面。因而，在吸收發達國家先進生產技術和經驗的同時，中國企業應當積極探索余熱回收的新途徑。

3.1 低溫熱回收

目前，中國企業所使用的硫酸生產裝置在低溫熱回收方面仍然較為落后，先進的回收設備并不多。大部分硫酸生產企業對于低溫熱主要采用循環冷卻水排放到自然環境中。造成這種狀況的主要原因在于：第一，中國企業對低溫熱利用缺乏重視，未展開積極的探索；第二，當前中國企業所采用的技術大多僅使用低溫余熱生產熱水，而熱水的利用渠道并不多。在科技的發展過程中，大量耐腐蝕材料已經得到開發利用，一些企業業已對硫酸生產過程中產生的低溫熱進行了回收。

通常而言，硫酸制造裝置對低溫熱的利用主要有下列方式：

①利用低沸點物料，驅動汽輪發電機組產生電能。

②加熱其他特殊物料，如預熱鍋爐給水、加熱生活用水以及工業用水。

③應用高溫吸收的方式，產生出低壓蒸汽，達到提升發電量的效果。需要注意的是，硫酸生產中利用制酸裝置就能夠實現高壓蒸汽產量的最大化，并提升發電設備的經濟效益。

3.2 中溫熱回收

在硫酸制造中，二氧化硫在轉爐內能發揮良好的轉化效果。在對應的溫度范圍內，可以應用三段轉換以及五段轉換裝置。在進行轉化反應的時候，反應將產生一定熱量，可以借助冷卻裝置進行傳輸。出于切實提高三氧化硫吸收率的目的，生產企業應當對吸收塔的進氣溫度加以管控。在此期間，出口爐氣應得到相應冷卻。在過去企業的生產流程中，反應轉化器所產生的余熱雖然能夠獲得吸收，參主要是應用冷卻水以及冷空氣的手段。這種手段具有間接冷卻的作用，不但會造成電能的大量消耗，而且會對自然環境造成危害。對此，生產企業在工藝流程中應當利用低壓鍋爐或增加省煤器的手段，產生低壓蒸汽或加熱鍋爐給水，才能達到有效回收余熱的效果。

3.3 高溫熱回收

在生產流程中，企業基本上都使用蒸汽動力方式，而蒸汽動力將產生高溫熱，企業應當對這些高溫熱加以運用。因為蒸汽能夠產生壓力且具備較高溫度，就可以作為透平機驅動的動力。低壓蒸汽和中壓蒸汽在整個加熱流程中作為介質，即使余熱溫度不高，依然可以為發電機組提供較多的動力。企業需要充分搜集這些高壓蒸汽，再借助透平機進行驅動，產生動力。在這一流程中，我們應當有效發揮蒸汽做功的作用。在蒸汽動力的帶動下，利用循環系統，就能夠產生充足的動力以及熱量，有效減少硫酸制造的成本。由于硫酸具有強烈的腐蝕性，所使用的材料應當具備較強的抗腐蝕性能，如不銹鋼等，而且在運行過程中要有針對性地采用防范手段[2]。

4 節能技術分析

當前，中國硫酸制造企業在制造技術和生制造設備方面不斷進行研發和改進，硫酸制造過程中的整體壓力降參數強度水平已經得到了顯著的下降。例如，在催化劑材料的引入和應用方面，企業通過提高催化劑的整體強度，有效地減少了硫酸生產過程中相關化學反應過程中催化劑的粉化狀況，大為提升了催化劑材料的整體活性，有效減小了催化劑材料分布床的整體厚度，并使催化劑材料的形狀特征由柱狀逐漸變為環狀等其他形狀。在這些技術處理方式的綜合應用背景下，硫酸生產企業有效降低了床層技術結構中催化劑材料的壓力降強度。在改進換熱設備技術結構的前提下，企業對換熱器設備的傳熱效率進行了有效的改進，提高了管側和殼側所具有的壓力強度。這些技術手段的應用，大大降低了硫酸生產工藝改造過程中所產生的壓力降水平，有效改善了中國硫酸生產企業在節能方面的控制能力。

4.1 工藝塔設備

降低工藝塔設備壓力降強度水平存在一系列具體的工作切入點。在設備部件的組成和結構方面，應逐步降低生產填料層的總體高度，采用新的填料，改進填料格柵的基本架構，或者使用新材料和具備低壓力降特性的除霧器設備。

例如，中國遼寧省大連市旅順永新耐酸泵廠所生產的DS-2型高硅不銹鋼格柵結構已經在一些硫酸生產企業得到了應用，這種技術具備結構簡單、制造方便、安裝方便、開孔率大、壓降強度小、材料耐腐蝕性好、技術承載強度高等優點，值得進一步在中國硫酸生產企業進行推廣。

4.2 干吸塔除霧器設備

在參與硫酸產品的工業合成過程中，干吸塔除霧器設備所具有的壓降強度較高，在設備的實際運行中，總體壓降具有較快的上升速度，這就需要耗費大量的能源。從目前中國企業所使用的干燥塔設備系統來看，都安裝了除霧器技術設備，而且吸收塔設備的總壓降強度在所有生產設備系統的實際壓降參數中所占比例較高。因此，硫酸生產企業應當安裝使用除霧器設備，以有效降低現有設備在生產中的壓降強度，才能有效控制能源消耗水平[3]。

5 結語

在硫酸生產中，熱量的產生貫穿著所有的生產工序。由于能源價格的上升和競爭的加劇，硫酸生產企業應當積極開發新技術、新工藝，有效回收生產環境中所產生的各類熱能，以達到改善企業生產效率和經濟效益的目的，增強市場競爭力。