李小強

摘 要：當前，硫鐵礦制硫酸工藝已經相當成熟，但隨著時代的發(fā)展，環(huán)保壓力越來越大。硫鐵礦制酸工藝中，硫鐵礦經焙燒后產生的爐渣熱能回收利用，對改善作業(yè)環(huán)境，節(jié)約能源，實現(xiàn)清潔生產，有著重大的意義，并能產生一定的經濟和社會效益。

關鍵詞：硫鐵礦;制酸燒渣;熱能回收

分類號：X705

一、爐渣熱能回收量的分析

測算基準數(shù)：以生產硫酸40萬t/a為例，1tW（S）35%標準硫鐵礦生產1t標準酸，年有效生產時間8000h.

1.硫鐵礦的焙燒反應

硫鐵礦制酸采用普通硫鐵礦（FeS）制酸，首先焙燒制取二氧化硫氣體，F(xiàn)eS在400℃開始發(fā)生分解，在高溫時（900℃）則進行完全反應。為保證硫盡可能多地轉化為SO2，不生成SO3，反應溫度應控制在800～1000℃。焙燒過程總化學反應式為：

4FeS2? +? 11O2? = 2Fe2O3 + 8SO2 + 330975 kJ? ?（1）

當 O2不足時，硫鐵礦焙燒反應式為：

3FeS2? +? 8O2 =Fe3O4 + 6SO2 + 2436.3 kJ? ?（2）

2.硫鐵礦燒渣量計算

以廣東云浮硫鐵礦為標準，1000 kg硫鐵礦的分析值為：Fe 442kg ，S 378 kg， Ca 44 kg，其他雜質 Al，Mg為44。

1000 kg 硫鐵礦完全燃燒后殘留物為Fe2O3，SiO2，Cao及其它雜質（氧化鋁等）。

1）三氧化二鐵渣的量設為X（kg），按下式：

4FeS2? +? 11O2? = 2Fe2O3 + 8SO2;

則：X=（320 x 442/224）kg =631 kg

2） 二氧化硅渣的量設為Y（kg），按下式：

Si + O2 →SiO2;

則： Y=（60 x 92/28）kg = 197 kg

3）氧化鈣渣的量設為Z（kg），按下式：

2Ca +? O2→2CaO;

則：Z=（112 x 44/80）kg =62 kg

4）其它雜質氧化后的量約66kg

硫鐵礦焙燒后燒渣總量=（631+197+62+66）kg=956 kg

硫鐵礦燒渣小顆粒為灰，大顆粒為渣，渣灰質量比一般為1：2。由以上分析得知：1000kg硫鐵礦，焙燒后殘渣為956 kg，其中渣約為320 kg，灰約為630 kg。以年產40萬硫酸為例：每小時產渣約為16t（10x10x320x40/8000）;每小時產灰約為31.5t（10x10x630x40/8000）。因為硫鐵礦品質不同，其殘渣會有變化。一般硫鐵礦越細，其渣量小于測定值（16t/h），越粗則大于測定值;硫鐵礦含硫越高，渣量小于測定值（16t/h），含硫量越低，則渣量越多;硫鐵礦渣量還與硫酸生產工藝有關，焙燒風量越大，則渣量越少。其后的測算值按16t/h，灰按31.5t/h。

3.礦渣熱回收量的計算

1）爐渣熱能計算，以硫酸產量40萬t/a為例，基本數(shù)據(jù)：每小時渣量平均16t;渣進口溫度700℃，冷卻后溫度50℃;渣比熱容0.980 kJ/（kg.℃），水的比熱容4.1868 kJ/（kg.℃）;進口冷卻水溫度25℃，出口熱水85℃;標煤熱值29400000 kJ/t;年支行時間8000h;鍋爐熱效率（設定）為80%。年熱能回收值用噸標準煤表示（M煤），可按下式計算：

M煤=渣比熱容 x （渣初溫 - 冷卻后渣溫） x 渣量 x年運時間/（ 標煤熱值 x 鍋爐熱效率）=【0.980 x （700-50）x16x40x8000/（29400000x0.8）】t=13866t

每小時冷卻水用量計算（M水）：

M水=渣比熱容x（渣初溫-冷卻后渣溫）x渣量/[（出口熱水溫度-進口冷水溫度）x水的比熱容x10]=0.980x（700-50）x16x40/[（85-25）x4.1868x40]t= 40.57 t

即：16t渣需要25℃水40.57t來冷卻。

2）爐灰熱能計算。

基本數(shù)據(jù)：灰進口初始溫度450℃，冷卻后溫度50℃。

年熱能回收值用噸標煤M煤表示，每小時冷卻水量以M水表示。

M煤=[0.980x（450-50）x31.5x40x8000/（29400000x0.80）]t=16800t

M水=0.980x（450-50）x31.5x40/[85-25]x4.1868x40]t=49.15t

二、渣熱回收工藝和設備

1.沸騰爐渣傳統(tǒng)處理工藝

傳統(tǒng)處理沸騰爐渣工藝一般采用浸沒式和噴淋式兩種降溫方式。這兩種降溫方式都不能很好地解決熱能回收利用和環(huán)境保護的問題。

2.沸騰爐渣熱能回收處理工藝

1）沸騰爐熱水鍋爐的主要特點

一是全自動電氣控制系統(tǒng)，可設置自動水溫調節(jié)。

二是采用受熱管道和傳熱筒相對旋轉換熱技術，增大換熱面積，提高換熱效率。

三是熱水鍋爐進出爐渣部位連接于生產負壓系統(tǒng)，杜絕氣體外逸。

四是三段式傳熱設計，解決了進料倉高溫物料的磨損，滿足了硫酸生產的工藝要求。

五是用軟管連接水側兩端，安裝活動接頭水密封，解決鍋爐進口給水、出水問題。

2）環(huán)境綜合影響評價

1、環(huán)境效益：

（1）、噸標酸可節(jié)水4t以上;

（2）、水進口溫度≤25℃，出口溫度≥55℃（最高可達80℃），每小時產熱水（80℃）約20t，熱水可進入廢熱鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)，提高高壓鍋爐入口軟水溫度，可多產蒸汽;

（3）、尾氣通過負壓抽吸進入凈化工段，現(xiàn)場環(huán)境大幅度改善。

用熱水鍋爐回收爐渣熱能生產蒸汽，經濟效益明顯，也達到節(jié)水的目的，完全滿足硫鐵礦制酸礦渣清潔回收利用的要求。

三、應用前景分析

目前，國家正在推廣硫酸生產企業(yè)清潔生產強制執(zhí)行方案，硫酸生產企業(yè)必須解決爐渣清潔處理等相關問題。爐渣熱能回收利用技術，既回收了渣熱，又沒有二次污染，并可提供大量清潔能源。其熱能回收技術可以被大型硫酸廠參考使用。

四、結束語

本文介紹了硫鐵礦制酸工藝中回收熱能的一種方法，清潔生產以及資源的回收利用是化工生產行業(yè)未來的發(fā)展方向，為實現(xiàn)清潔生產硫酸，改善生產作業(yè)環(huán)境、回收利用燒渣熱能提出了一種方案。

參考文獻：

[1]劉少武，劉東等.硫酸工作手冊[M].南京：東南大學出版社，2001.

[2]譚天恩，麥本熙，丁惠華主編.化工原理（二）[M].北京：化學工業(yè)出版社，1990.

[3]黃云輝等.硫鐵礦渣熱回收技術《磷肥與復肥》2011.9.15

[4]劉運成等.硫鐵礦渣熱回收技術《2012年硫酸行業(yè)技術交流會》2012.5.16

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