淺析硫鐵礦制酸燒渣熱能回收

李小強(qiáng)

摘 要：當(dāng)前，硫鐵礦制硫酸工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，但隨著時(shí)代的發(fā)展，環(huán)保壓力越來(lái)越大。硫鐵礦制酸工藝中，硫鐵礦經(jīng)焙燒后產(chǎn)生的爐渣熱能回收利用，對(duì)改善作業(yè)環(huán)境，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，有著重大的意義，并能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：硫鐵礦;制酸燒渣;熱能回收

分類號(hào)：X705

一、爐渣熱能回收量的分析

測(cè)算基準(zhǔn)數(shù)：以生產(chǎn)硫酸40萬(wàn)t/a為例，1tW（S）35%標(biāo)準(zhǔn)硫鐵礦生產(chǎn)1t標(biāo)準(zhǔn)酸，年有效生產(chǎn)時(shí)間8000h.

1.硫鐵礦的焙燒反應(yīng)

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(kāi)始發(fā)生分解，在高溫時(shí)（900℃）則進(jìn)行完全反應(yīng)。為保證硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為SO2，不生成SO3，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在800～1000℃。焙燒過(guò)程總化學(xué)反應(yīng)式為：

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

當(dāng) O2不足時(shí)，硫鐵礦焙燒反應(yīng)式為：

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

2.硫鐵礦燒渣量計(jì)算

以廣東云浮硫鐵礦為標(biāo)準(zhǔn)，1000 kg硫鐵礦的分析值為：Fe 442kg ，S 378 kg， Ca 44 kg，其他雜質(zhì) 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(zhì)（氧化鋁等）。

1）三氧化二鐵渣的量設(shè)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(shè)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(shè)為Z（kg），按下式：

2Ca +? O2→2CaO;

則：Z=（112 x 44/80）kg =62 kg

4）其它雜質(zhì)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(zhì)量比一般為1：2。由以上分析得知：1000kg硫鐵礦，焙燒后殘?jiān)鼮?56 kg，其中渣約為320 kg，灰約為630 kg。以年產(chǎn)40萬(wàn)硫酸為例：每小時(shí)產(chǎn)渣約為16t（10x10x320x40/8000）;每小時(shí)產(chǎn)灰約為31.5t（10x10x630x40/8000）。因?yàn)榱蜩F礦品質(zhì)不同，其殘?jiān)鼤?huì)有變化。一般硫鐵礦越細(xì)，其渣量小于測(cè)定值（16t/h），越粗則大于測(cè)定值;硫鐵礦含硫越高，渣量小于測(cè)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(chǎn)工藝有關(guān)，焙燒風(fēng)量越大，則渣量越少。其后的測(cè)算值按16t/h，灰按31.5t/h。

3.礦渣熱回收量的計(jì)算

1）爐渣熱能計(jì)算，以硫酸產(chǎn)量40萬(wàn)t/a為例，基本數(shù)據(jù)：每小時(shí)渣量平均16t;渣進(jìn)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(jìn)口冷卻水溫度25℃，出口熱水85℃;標(biāo)煤熱值29400000 kJ/t;年支行時(shí)間8000h;鍋爐熱效率（設(shè)定）為80%。年熱能回收值用噸標(biāo)準(zhǔn)煤表示（M煤），可按下式計(jì)算：

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

每小時(shí)冷卻水用量計(jì)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(jìn)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(lái)冷卻。

2）爐灰熱能計(jì)算。

基本數(shù)據(jù)：灰進(jìn)口初始溫度450℃，冷卻后溫度50℃。

年熱能回收值用噸標(biāo)煤M煤表示，每小時(shí)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(shè)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(méi)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(hù)的問(wèn)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(diǎn)

一是全自動(dòng)電氣控制系統(tǒng)，可設(shè)置自動(dòng)水溫調(diào)節(jié)。

二是采用受熱管道和傳熱筒相對(duì)旋轉(zhuǎn)換熱技術(shù)，增大換熱面積，提高換熱效率。

三是熱水鍋爐進(jìn)出爐渣部位連接于生產(chǎn)負(fù)壓系統(tǒng)，杜絕氣體外逸。

四是三段式傳熱設(shè)計(jì)，解決了進(jìn)料倉(cāng)高溫物料的磨損，滿足了硫酸生產(chǎn)的工藝要求。

五是用軟管連接水側(cè)兩端，安裝活動(dòng)接頭水密封，解決鍋爐進(jìn)口給水、出水問(wèn)題。

2）環(huán)境綜合影響評(píng)價(jià)

1、環(huán)境效益：

（1）、噸標(biāo)酸可節(jié)水4t以上;

（2）、水進(jìn)口溫度≤25℃，出口溫度≥55℃（最高可達(dá)80℃），每小時(shí)產(chǎn)熱水（80℃）約20t，熱水可進(jìn)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(chǎn)蒸汽;

（3）、尾氣通過(guò)負(fù)壓抽吸進(jìn)入凈化工段，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大幅度改善。

用熱水鍋爐回收爐渣熱能生產(chǎn)蒸汽，經(jīng)濟(jì)效益明顯，也達(dá)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(yīng)用前景分析

目前，國(guó)家正在推廣硫酸生產(chǎn)企業(yè)清潔生產(chǎn)強(qiáng)制執(zhí)行方案，硫酸生產(chǎn)企業(yè)必須解決爐渣清潔處理等相關(guān)問(wèn)題。爐渣熱能回收利用技術(shù)，既回收了渣熱，又沒(méi)有二次污染，并可提供大量清潔能源。其熱能回收技術(shù)可以被大型硫酸廠參考使用。

四、結(jié)束語(yǔ)

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(chǎn)以及資源的回收利用是化工生產(chǎn)行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)硫酸，改善生產(chǎn)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(xiàn)：

[1]劉少武，劉東等.硫酸工作手冊(cè)[M].南京：東南大學(xué)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(xué)工業(yè)出版社，1990.

[3]黃云輝等.硫鐵礦渣熱回收技術(shù)《磷肥與復(fù)肥》2011.9.15

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

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