低温余热回收技术在锌冶炼烟气制酸装置的实践应用

低温余热回收技术在锌冶炼烟气制酸装置的实践应用丁雁波;周开敏;陆占清【摘要】介绍了173kt/a锌冶炼烟气制酸装置配套低温位余热回收工艺原理、生产工艺和主要设备利用低温余热回收技术回收锌冶炼烟气制酸系统富余热能,1t硫酸似w(H2504)100%计］产生蒸汽0.42~0.45t.低温位余热回收在锌冶炼烟气制酸装置中的应用，提高了热能利用率，降低了生产成本，提升企业经济效益，增强企业竞争实力，为同行业装置提供借鉴作用.【期刊名称】《硫酸工业》【年(卷)，期】2019(000)007【总页数】5页(P44-48)【关键词】锌冶炼;硫酸装置;低温余热回收;实践应用【作者】丁雁波;周开敏;陆占清【作者单位】云南驰宏资源综合利用有限公司锌焙烧厂，云南曲靖655000;云南驰宏资源综合利用有限公司锌焙烧厂，云南曲靖655000;云南驰宏资源综合利用有限公司锌焙烧厂，云南曲靖655000【正文语种】中文【中图分类】TQ111.16云南驰宏资源综合利用有限公司(以下简称驰宏公司)锌焙烧厂锌冶炼烟气制酸装置是利用109m2沸腾炉焙烧锌精矿产生的二氧化硫烟气制酸，主要产品是w(H2SO4)为98%的工业硫酸，目前硫酸产能为173kt/a。该套装置采用技术先进、成熟可靠的稀酸洗净化，2次转化、2次吸收的常压接触法制酸工艺流程。该套硫酸生产装置的低温位余热一直未有效利用，因此开发新的节能技术，努力提高能源利用效率，对提升企业经济效益，增强竞争实力具有重要意义。近几年硫酸低温位余热回收利用在硫磺制酸和硫铁矿制酸系统成功应用，在节能降耗方面效果非常显著，但低温位余热回收利用仍未在锌冶炼烟气制酸行业推广应用。驰宏公司锌焙烧厂锌硫酸在原有工艺基础上技改，利用上海奥格利环保工程有限公司低温余热回收技术回收锌冶炼烟气制酸装置富余热能，1t硫酸［以w(H2SO4)100%计］产低压蒸汽为0.42~0.45t,有效回收利用了系统热能资源，降低了生产成本，提升企业经济效益。1低温余热回收工艺原理1.1提高吸收循环酸温度常压接触法制酸工艺流程中，干吸工序循环酸温度一般控制在100°C以下，热能品质低，不利于热能的回收利用。低温余热回收的原理就是设法提高循环吸收酸温度，从而提高热能品质，使其能够产生低压饱和蒸汽，达到有效利用这部分热能的目的。1.2两级吸收回收热能由于过高的吸收酸浓度将严重影响SO3的吸收率，从而影响低温热能回收系统的热回收效率。因此，必须保证进低温余热吸收塔吸收酸的浓度不宜过高。同时，在过高的吸收酸温度下不仅SO3的吸收率会下降，还将导致进入低温余热回收塔的高温烟气中很大一部分热能无法得到回收。因此，低温余热回收需经过相对低一些的酸浓和酸温进一步吸收SO3和回收热能，以确保整个过程的吸收效率和热能回收。通常将低温余热回收过程分为高温部分和低温部分［1-2］。低温部分。从原二吸塔串来的w(H2SO4)为98.3%±0.2%、(60±5)C的低温硫酸进入低温余热吸收塔上部(即二级冷酸喷淋)，进一步吸收高温段未吸收的SO3,以确保较高的吸收率，有效减少酸雾的形成，同时回收高温段出口的高温烟气热能，二级喷淋酸最终与一级喷淋酸混合。高温部分。提高循环酸温度，以蒸发器代替酸冷却器产低压蒸汽，并在蒸发器出口增设了浓硫酸稀释器、除盐水预热器、除氧水预热器和酸酸换热器，从而大幅度提高硫酸生产装置的热能回收率。高温部分采用约(190±10)°C、w(H2SO4)为99.1%±0.1%的高温高浓度硫酸作为循环吸收酸，即一级热酸喷淋吸收SO3，同时回收进入低温余热吸收塔的高温烟气热能。2低温位余热回收生产工艺2.1工艺流程简介从锌硫酸一次转化来的烟气，由下而上进入低温余热吸收塔，烟气中的SO3气体经由上而下的一级热酸和二级冷酸吸收反应变成硫酸，剩余烟气经安装在塔顶的烛式玻纤除雾器除去夹带的雾沫后返回锌硫酸二次转化。一、二级喷淋酸汇集到低温余热吸收塔底的高温高浓度硫酸通过循环泵进入蒸发器，在蒸发器内与除氧水预热器来的除氧水换热，产生的低压蒸汽并入低压蒸汽管网。从蒸发器出来的高浓度硫酸分成2路：一路进入稀释器，在稀释器内与经雾化的稀释水和干燥酸混合，稀释后的硫酸进入低温位余热吸收塔一级填料层上的槽管式分酸器；另一路硫酸依次经过除氧水预热器、酸酸换热器和除盐水预热器冷却换热后分别送往原干燥循环槽和吸收循环槽。从水处理厂来的低压除盐水进入除盐水预热器，经换热升温后送入除氧器。105C除盐水在除氧器中经热力除氧后分成2路：一路经过低压给水泵加压，送至除氧水预热器预热后进入蒸发器；另一路由稀释水泵升压后加入稀释器。原w(H2SO4)为95%±0.5%的干燥酸串到酸酸换热器，进行换热升温后加入稀释器。低温余热回收工艺流程见图1。图1低温余热回收工艺流程2.2关键工艺技术参数吸收塔关键工艺技术参数如下：冷酸喷淋>/(m3-h-1)30-50冷酸w(H2SO4),%98.5±0.2循环酸>/(m3-h-1)500-600蒸发器关键工艺技术参数如下：管程进/出口硫酸温度/1190-200/170管程进/出口硫酸w(H2SO4),%99.6/99.6壳程除氧水进口温度/1150-160蒸发器液位/mm0-50蒸发器蒸汽压力/MPa0.5±0.05稀释器关键工艺技术参数如下：进/出口硫酸温度/1170/180出口硫酸w(H2SO4),%99.0-99.22.3工艺联锁驰宏公司锌焙烧厂锌硫酸低温余热回收技改项目采用上海奥格利环保工程有限公司研发的XDS-8和XDS-2特种合金材料，虽然该公司研发的特种合金材料在低温余热回收生产工艺条件下的腐蚀速率远低于0.1mm/a,综合指标均达到国际先进水平，但为确保低温位余热回收系统长期稳定运行，避免设备故障和设备腐蚀引发的其他生产和环保污染事故，因此低温余热回收系统设置了3台设备泄漏检测联锁和5个工艺联锁。3主要设备3.1低温余热吸收塔低温余热吸收塔是低温位热能回收的主要设备，为立式圆筒形结构的填料塔，采用特种合金材料(XDS-8)制作(腐蚀速率和形变都较小)，设备无需内衬。低温余热吸收塔采用塔槽一体设计，将塔槽落地布置，塔底部为碟形底，可有效消除热应力，并使排酸在塔的最底部。低温余热吸收塔分为2段，底部第一段为高温吸收部分，采用高温浓硫酸吸收烟气中的SO3，并产生大量热量。上部第二段为低温吸收部分，用于回收低温位热能并进一步吸收剩余的SO3。吸收过程产生的大量酸雾由设置在塔顶的烛式纤维除雾器除去。高、低温吸收段均采用耐高温、耐酸陶瓷填料，填料具有较高的机械强度、较大的比表面积。高、低温吸收段均采用合金材料的填料支撑结构，避免了陶瓷球拱的质量大、开孔率低、与塔体膨胀不一致等缺点［3］。3.2蒸发器蒸发器是低温位热能回收系统的一个关键设备，汽水循环系统采用自然循环方式。要求设备既要有锅炉本身具有的高效率和良好的结构设计，也要求具有极高的耐腐蚀性能，同时应设置可靠的安全保护及联锁系统，以确保装置长周期、可靠、稳定地运行。蒸汽发生器的换热管是采用XDS-8特殊合金材料制成，管内走高温浓硫酸，管外为水，热量由管内硫酸传给管外锅炉水，使水蒸发产生低压蒸汽。蒸发器由管箱、管板、管束、筒体和汽水分离装置等组成。3.3稀释器水加入浓硫酸的过程非常激烈，并放出大量热量，其腐蚀性随着其温度的上升而加剧，现有的耐浓硫酸腐蚀的不锈钢和合金都不能适应如此高的酸温。稀释器采用复合材料制作，同时采用具有文氏管效应的专利技术，稀释器分为收缩进水段和扩大段，浓硫酸经收缩段后，流速增快，将加入的水高速切割分散，并在扩大段有效混合，保证了稀释器的混酸效果。利用低压空气将水雾化注入稀释器，有利于酸和水的混合，同时防止浓硫酸在稀释过程中激烈反应引起的震动。3.4烛式玻璃纤维除雾器烛式玻璃纤维除雾器由4个同心筛网组成，相邻2个筛网之间填入压缩玻璃纤维和排液管。采用整体玻璃纤维毡或除雾棉条制成，形成无缝隙的整体纤维床，同时由上百万个玻璃纤维随意覆盖和交织在一起，并通过针织工艺编织成均匀的网垫。由于纤维毡具有均匀的密度、纤维分布和介质厚度，因此整个过滤表面拥有均匀的气流分布和压力降剖面。较常规玻璃纤维除雾器，这种玻璃纤维除雾器增大了接触表面积，大大降低了气速，可将惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散中的一种或几种液滴从气流中捕捉。烛式玻纤除雾器可100%除去大于或等于5pm的微粒，也可以较大程度地除去1pm以下的微粒，收集高达99.99%或者更高比率的亚微米级液体微粒。4技改项目实施后硫酸生产工艺的调整1）取消利用混酸器加生产水降低吸收酸酸浓，维持吸收循环酸（原吸收循环酸）酸浓稳定。采用经低温余热回收脱吸塔脱出溶解SO2后的干燥酸降低吸收酸酸浓，维持吸收循环酸酸浓均衡稳定。2）取消利用干燥串吸收、吸收串干燥的串酸方式来维持干燥循环酸和吸收循环酸酸浓平衡稳定。采用低温余热回收系统经除氧水预热器、酸酸换热器和除盐水预热器降温后的高浓度硫酸来提高干燥酸浓度，维持干燥循环酸酸浓均衡稳定。3）取消原一吸塔，利用低温余热吸收塔2级喷淋吸收代替一吸塔，低温余热吸收塔二级冷酸通过原吸收循环泵供给。4）由于低温余热吸收塔回收了较大部分热能，大大降低循环水从干吸工序带走的热能，因此，进入干吸工序的硫酸循环水从原来的1500m3/h减为300m3/h;5）低温余热吸收系统产出的硫酸经除氧水预热器、酸酸换热器和除盐水预热器降温后的高浓度硫酸串至二吸塔回酸管，维持低温余热回收液位平衡。改造前后干吸工序工艺流程见图2和图3。图2改进前干吸工序工艺流程图3改进后干吸工序工艺流程5技改项目实施后生产运行情况5.1低温余热回收系统生产运行情况上海奥格利环保工程有限公司于2018年4月开工建设低温余热回收项目，至11月底项目竣工，12月4日低温余热回收项目一次性开车成功。低温余热回收项目自12月4日投产运行至今，工艺流程经几次微调，低温余热回收项目关键工艺参数均控制在标准范围内，生产运行稳定，产汽率达到并高于设计值，低温余热吸收塔进出口阻力降均在5kPa以内，低温余热回收系统生产运行工艺参数详见表1。5.2锌冶炼烟气制酸系统运行情况低温余热回收项目实施后，锌冶炼烟气制酸系统干吸工序进行了相应调整，生产运行稳定。锌冶炼烟气制酸系统生产成本指标(主要是指电耗和水耗)和环保指标均在原来基础上同步提升。硫酸系统生产运行情况详见表2。低温余热回收项目实施后电耗和水耗下降非常明显，电耗从原来的157.38kWh/t下降到136.74kWh/t.，水耗从原来的2.66t/t下降到2.08t/t，环保指标尾气SO2排放浓度和酸雾排放浓度维持稳中下降。表1低温余热回收系统生产运行工艺参数项目酸循环泵出口酸w(H2SO4),%蒸发器出口酸w(H2SO4),%除盐水预热器出口酸w(H2SO4),%稀释器出口w(H2SO4),%—级喷淋酸流＞/(m3-h-1)二级喷淋酸流＞/(m3-h-1)蒸汽压力/MPa蒸发＞/(t-h-1)产汽率,％2018-1299.66799.54799.62499.212513.438.820.519.6843.322019-0199.62199.63299.56199.123514.239.090.5310.3844.082019-0299.59199.57999.63499.151515.342.590.4910.5544.522019-0399.62099.58999.61299.215516.241.290.5210.9444.87注：低温余热回收系统设计硫酸［w(H2SO4)100%计］产汽率为0.388t/t。表2硫酸系统生产运行工艺参数项目吸收酸w(H2SO4),%干燥酸w(H2SO4),%吸收酸加水量加3甲(SO2),%排放p(SO2)/(mg・m-3)排放酸雾(p)/(mg・m-3)水耗/(t-t-1)电耗/(1＜可由。2018-0998.6895.761449.328.149.4617.892.90176.552018-1098.7895.551488.988.248.9818.782.44150.502018-1198.5495.861440.788.149.5616.322.63145.102018-1298.7695.9065.348.345.5615.982.67180.262019-0198.5595.6208.344.2115.492.06138.802019-0298.6395.4908.445.6314.022.10134.68注：酸雾和SO2排放浓度统计的是经双氧水脱硫塔处理后的浓度。6结语低温热能在锌冶炼烟气制酸中成功应用，在节能降耗方面成效显著。为确保装置稳定运行，提高低温余热回收装置产汽率需要做好以下几个方面工作：定时对酸循环泵出口酸、蒸发器出口酸、除盐水预热器出口酸和稀释器出口酸取样分析，通过分析数据与在线监测数据进行对比，确保在线监测数据误差在受控范围内，为主控操作人员提供监控调整依据。采取有效监管措施，确保低温余热回收项目关键工艺参数受控，避免关键工艺参数控制