鈦白粉煅燒窯尾氣酸露點計算及余熱鍋爐設計分析

董學樊

摘 要：鈦白粉的主要生產(chǎn)方法為硫酸法和氯化法，無論是硫酸法還是氯化法都有煅燒工段，煅燒窯的窯頭物料和窯尾煙氣的溫度較高，具有較高余熱利用價值。目前窯頭物料用于預熱助燃空氣，窯頭物料將助燃空氣由常溫預熱到120°C左右進入煅燒窯。目前窯尾煙氣有兩種用法：一是用于廢酸預濃縮，廢酸預濃縮過程容易堵塞文丘里洗滌器，高溫下廢酸的腐蝕性也較強，且大部分熱量被高溫廢酸顯熱帶走，熱品質低，經(jīng)濟價值不是很高;二是用于副產(chǎn)蒸汽，熱品質高，經(jīng)濟價值較高，但回收難度較大。由于窯尾煙氣含有三氧化硫等腐蝕性氣體，又有大量的煙塵跟水汽，水和三氧化硫的分壓很高，因此露點溫度很高，容易導致鍋爐腐蝕損壞，影響生產(chǎn)運行。余熱鍋爐設計排煙溫度過高又會導致余熱回收經(jīng)濟性太低，因此計算出煙氣結露溫度范圍并在方案設計上規(guī)避酸露點的情況下，最大化利用余熱具有重要意義。

關鍵詞：鈦白粉;余熱利用;酸露點計算;設計優(yōu)化

鈦白粉煅燒窯窯尾煙氣在冷卻過程中會產(chǎn)生露點腐蝕問題，本文從理論到實踐，就酸露點的最終計算方法及設備系統(tǒng)設計優(yōu)化兩個方面展開具體分析。

1、鈦白粉煅燒窯尾部煙氣酸露點高的原因

A.鈦白粉制造工藝有鹽酸型和硫酸型兩種，國內鈦白粉生產(chǎn)廠家大部分均為硫酸型工藝，本文分析針對第二種硫酸法生產(chǎn)工藝。由于該生產(chǎn)工藝中需多次使用硫酸對原材料進行各種處理，保證進入煅燒階段時的材料純度，從而尾氣的硫含量極高，而煙氣中硫含量越高，酸露點溫度就越高。

B.鈦白粉進入煅燒前為水合二氧化鈦狀態(tài)，煅燒燃料為天然氣。在天然氣燃燒和水合物分解均產(chǎn)生水汽，因此尾氣中含水量較高，水的飽和分氣壓越高，酸露點溫度越高。

C.煙氣中粉塵含量較高，氧含量也相對較高，外加煅燒前物料內加入了各種添加劑和改良劑，最終煙氣成分極為復雜，在以上的綜合作用下，SO2轉換為SO3比例較高，其中SO3對煙氣結露的影響特別大。

2、煙氣酸露點的計算

在世界范圍內，酸露點的計算方法較多，各種計算方法都需要有特定的已知數(shù)據(jù)作為計算條件，而數(shù)據(jù)準確性也嚴重影響計算結果。以下就2類已知條件，通過不同的常用公式，進行計算分析。

A.已知的SO2及H20分壓計算法，此方法常用公式有以下幾種：

荷蘭A.G.Okkes方程（后簡稱公式a）;

美國Notre Dame大學Verhoff? and Banchero公式（后簡稱公式b）;

美國Notre Dame大學J.T.Ban Chero公式（后簡稱公式c）

Haase and Borgmann估算公式（后簡稱公式d）。

B.已知SO3個H20體積含量的計算方法，此方法常用公式有以下幾種：

Muller曲線法（后簡稱公式e）;

Halstead表（后簡稱公式f）;

H.A.Bapahoba公式（后簡稱公式g）;

美國CE空調預熱器公司算圖（后簡稱公式h）;

日本電力研究所公式（后簡稱公式i）;

Muller曲線線性回歸公式（后簡稱公式j）。

由于公式本身較為復雜，計算過程較為繁瑣，本文對詳細數(shù)據(jù)帶入公式計算的過程略去。為說明問題，本次數(shù)據(jù)從低到高依次分段進行分計算，結果按下表：

說明：

1.煅燒窯尾部煙氣含水率應在20%左右，考慮到系統(tǒng)漏風系數(shù)的影響較大，而且較高溫度下，含水率對煙氣露點溫度影響較小，穩(wěn)妥起見，本次計算尾氣含水率統(tǒng)一按照25%計算。

2.公式中S03數(shù)值在分氣壓跟體積百分比之間可以通過公式換算，因此本次計算表格中S03統(tǒng)一按體積含量進行計算。

總結：以上公式中公認以公式a、公式c、公式g的精度較高，適用范圍交廣，對比以上三組數(shù)據(jù)，總體也較為統(tǒng)一。通過走訪國內多個鈦白粉制造廠家，一致認為尾氣S03含量在500PPM-1000PPM之間，綜合上表數(shù)據(jù)，酸露點溫度應在195℃以下。

3、余熱回收系統(tǒng)設備設計優(yōu)化

鑒于鈦白粉煅燒窯尾氣余熱回收系統(tǒng)國內還處于起步階段，由于煙氣的高腐蝕，高粉塵、高露點溫度的特性，余熱回用產(chǎn)蒸汽難度較大。吸取國內較為成熟的硫酸爐、水泥窯及玻璃窯余熱回收系統(tǒng)的特點，采用光管式蒸發(fā)器，余熱鍋爐蒸汽壓力在1.0-1.6MPa之間較為合適。省煤器采用熱媒取熱技術的方式進行換熱，給水初步預熱后進入熱媒系統(tǒng)。系統(tǒng)可以在一定范圍內調節(jié)熱媒運行溫度，避免結露腐蝕。國內已有少數(shù)廠家試驗過熱管余熱鍋爐回收，螺旋翅片管中溫下壽命有限，螺旋翅片管熱管成本較低易堵灰，吹灰效果差;光管熱管代價太高，因此更推薦光管式受熱面。

4、結束語

綜上所述，精確確定鈦白粉煅燒窯尾氣的酸露點溫度范圍，從而確定余熱鍋爐尾氣的排放溫度，從而可以最大限度的安全利用煙氣尾氣余熱，既節(jié)能又環(huán)保。

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