蔡軍林,孫 岱

(1.中金嶺南有色金屬股份有限公司韶關(guān)冶煉廠,廣東韶關(guān) 512024; 2.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410083)

韶冶二系統(tǒng)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(guān)冶煉廠,廣東韶關(guān) 512024; 2.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410083)

本文針對(duì)韶冶二系統(tǒng)硫酸在夏季高溫期間“只能生產(chǎn)93%酸,不能產(chǎn)出98%酸”的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)二系統(tǒng)硫酸凈化工序熱工診斷,明確了進(jìn)入干燥塔煙氣溫度越高,能夠生產(chǎn)的硫酸濃度越低。在韶關(guān)冶煉廠夏季高溫期間,必須降低煙氣溫度才能產(chǎn)出98%酸。韶冶利用現(xiàn)場(chǎng)的余熱資源制冷產(chǎn)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(wèn)題,既保證了主體工序的正常安全生產(chǎn),又利用了低溫余熱資源。

硫酸;余熱;熱工診斷

1 前言

針對(duì)韶關(guān)冶煉廠二系統(tǒng)硫酸在夏季高溫期間“只能生產(chǎn)93%酸,不能產(chǎn)出98%酸”的問(wèn)題,初步分析診斷為凈化工序帶入干燥塔的水分過(guò)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(lái)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(lái)的93%酸來(lái)滿足吸收塔的需要,不足之?dāng)?shù)再加新鮮水補(bǔ)充。如果在凈化工序帶入干燥塔的水分增多,則吸收塔勢(shì)必要增加串到干燥塔的酸量,相應(yīng)地干燥塔也增加串到吸收塔的酸量,當(dāng)煙氣帶到干燥塔的水量大到一定程度時(shí),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(shí),為了維持干燥和吸收的正常操作,就要減少?gòu)母稍锼屯账乃崃俊＿@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(chǎn)品酸就減少了;而干燥塔的酸多出來(lái)就作為93%的成品酸引出。當(dāng)煙氣中帶入的水量大到一定程度時(shí),產(chǎn)品酸只有全部變成93%酸,不能產(chǎn)出98%酸。如果煙氣中的水分繼續(xù)提高,干燥塔的酸濃度就降到93%以下,如不采取相應(yīng)的措施,干燥效率惡化,設(shè)備和管道就會(huì)受到腐蝕。

2 二系統(tǒng)硫酸凈化工序測(cè)試與分析

2.1 二系統(tǒng)硫酸凈化工序熱工診斷測(cè)試

在目前燒結(jié)車間生產(chǎn)任務(wù)重,礦物來(lái)源雜,煙氣二氧化硫濃度難以提高的情況下,解決夏季產(chǎn)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(duì)于如何有效地降低煙氣溫度,對(duì)二系統(tǒng)硫酸凈化工序進(jìn)行了診斷性測(cè)試。二系統(tǒng)燒結(jié)加料量262t/h,物料含水4.5%。凈化工序參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 凈化工序操作參數(shù)表

2.2 二系統(tǒng)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(shè)凈化工序燒結(jié)煙氣干成份不變化。

2.2.1 燒結(jié)煙氣總顯熱量Q總的計(jì)算

燒結(jié)干煙氣流量為128460m3/h,成份為:

燒結(jié)物料中N元素少,可以認(rèn)為煙氣中N2全部來(lái)自助燃空氣,體積量為103795.68m3/h,得出燒結(jié)實(shí)際空氣量為131386.94 m3/h;過(guò)剩氧氣量為18112.86m3/h,相應(yīng)過(guò)?？諝饬繛?6217.21 m3/h;因此空氣消耗系數(shù)為131386.94/(131386.94-86217.21)=2.91。

進(jìn)入凈化工序前燒結(jié)煙氣中的水分主要來(lái)自于助燃空氣和物料中的水,為:

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

濕燒結(jié)煙氣溫度為:146.8℃

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

以環(huán)境溫度30℃為基準(zhǔn),燒結(jié)煙氣總顯熱量為:

2.2.2 煙氣經(jīng)空塔稀硫酸噴淋后煙氣顯熱量Q空

煙氣經(jīng)空塔稀硫酸噴淋后,溫度迅速下降到61.9℃,含水量達(dá)到飽和為21.45%(濕氣體),燒結(jié)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(fā)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(jīng)動(dòng)力波洗滌器后煙氣顯熱量Q動(dòng)

動(dòng)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(jié)煙氣出動(dòng)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(dòng)力波煙氣顯熱量為:

2.2.4 煙氣經(jīng)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(jié)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(chǎn)98酸煙氣溫度計(jì)算

設(shè)轉(zhuǎn)化率為97%,吸收率為99%,干燥塔入口負(fù)壓為-7000Pa,即707.5mmHg,生產(chǎn)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(dāng)生產(chǎn)98%硫酸時(shí),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(yīng)溫度為30.1℃。

當(dāng)生產(chǎn)93%硫酸時(shí),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?jǐn)?shù)x水:

干燥塔入口煙氣溫度32～33℃,介于二者之間,故測(cè)試當(dāng)天條件下可以生產(chǎn)部分98%酸。結(jié)論與實(shí)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(guò)34℃,將完全生產(chǎn)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(guò)硫酸凈化工序熱工診斷與分析,可以看出如果進(jìn)入干燥塔煙氣溫度越高,能夠生產(chǎn)的硫酸濃度越低。在韶關(guān)冶煉廠夏季高溫期間,進(jìn)入干燥塔煙氣溫度一般在40℃,最高達(dá)到42℃,這時(shí)生產(chǎn)不出98%酸,必須降低煙氣溫度。韶冶利用現(xiàn)場(chǎng)的余熱資源制冷產(chǎn)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(chǎn)生凝結(jié)水2693.68kg/h,33℃時(shí)汽化熱為2423.12kJ/kg,釋放的總凝結(jié)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(tǒng)熱風(fēng)爐高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)的三效溴化鋰制冷機(jī)組剛好可以滿足其制冷量要求。

4 結(jié)論

(1)夏季高溫期生產(chǎn)不出98%硫酸的原因是進(jìn)入干燥塔煙氣溫度高,帶入的水量過(guò)多造成的,可以通過(guò)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(duì)韶冶二系統(tǒng)硫酸夏季高溫期間“只能生產(chǎn)93%酸,不能產(chǎn)出98%酸”的問(wèn)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(chǎn),又利用了低溫余熱資源,起到了節(jié)能環(huán)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(guān)冶煉廠副總工程師,總設(shè)計(jì)師,長(zhǎng)期從事冶金爐窯的設(shè)計(jì)施工及企業(yè)節(jié)能減排工作。