硫酸生產(chǎn)中余熱回收與節(jié)能技術(shù)探討

路濤

貴陽(yáng)開(kāi)磷化肥有限公司，中國(guó)·貴州 貴陽(yáng) 551109

1 引言

在生產(chǎn)的過(guò)程中，很多工序都會(huì)產(chǎn)生大量的余熱。若這些余熱未能得到有效利用，就有可能影響到硫酸生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此，硫酸生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)應(yīng)用有效的余熱回收技術(shù)，以達(dá)到提升生產(chǎn)效率的目的。

2 硫酸生產(chǎn)中余熱產(chǎn)生原因分析

化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域有嚴(yán)格的熱能分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，其中超過(guò)五百攝氏度以上的溫度被稱(chēng)為高溫?zé)?，二百五十?dāng)z氏度至五百攝氏度之間的溫度稱(chēng)為中溫?zé)?，未超過(guò)二百五十?dāng)z氏度的溫度則被稱(chēng)為低溫?zé)?。硫酸制造的各道工序中，?huì)發(fā)生多樣的化學(xué)反應(yīng)。企業(yè)先要對(duì)硫鐵礦進(jìn)行焚燒處理，將其轉(zhuǎn)化為二氧化硫，再吸收產(chǎn)生的三氧化硫，從而在這些化學(xué)反應(yīng)中均會(huì)釋放出一定量的熱量。從目前的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，要制造出一噸硫酸，有可能產(chǎn)生超過(guò)二千五百兆焦耳的熱量。若中國(guó)采用煤炭燃燒的方式提供熱量，就需要消耗一百公斤的煤炭才能產(chǎn)生出同等的熱量。在企業(yè)制造硫酸時(shí)，通常要使用以硫酸作為副產(chǎn)品的熱電站。在生產(chǎn)中，大約有百分之六十的初始熱能可以采用高壓蒸汽進(jìn)行余熱回收，而余下的百分之四十的熱能則和酸冷卻有關(guān)，最后借助蒸發(fā)冷卻在自然環(huán)境里消散。因而，硫酸制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用具有經(jīng)濟(jì)性的余熱回收手段，才能切實(shí)減少能耗，改善自身經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 余熱回收技術(shù)分析

為了讓硫酸生產(chǎn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的商業(yè)化運(yùn)行，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)有效回收生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多余熱能，并進(jìn)行利用。從實(shí)踐來(lái)看，熱能回收率愈高，回收技術(shù)對(duì)企業(yè)愈有利。有效利用硫酸生產(chǎn)工序所產(chǎn)生的余熱，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)減少能耗、降低生產(chǎn)成本、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益具有關(guān)鍵性意義。當(dāng)前，中國(guó)硫酸生產(chǎn)企業(yè)所采用的技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然存在一定差距，特別是在低溫?zé)峄厥辗矫?。因而，在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，中國(guó)企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極探索余熱回收的新途徑。

3.1 低溫?zé)峄厥?/h3>

目前，中國(guó)企業(yè)所使用的硫酸生產(chǎn)裝置在低溫?zé)峄厥辗矫嫒匀惠^為落后，先進(jìn)的回收設(shè)備并不多。大部分硫酸生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于低溫?zé)嶂饕捎醚h(huán)冷卻水排放到自然環(huán)境中。造成這種狀況的主要原因在于：第一，中國(guó)企業(yè)對(duì)低溫?zé)崂萌狈χ匾?，未展開(kāi)積極的探索；第二，當(dāng)前中國(guó)企業(yè)所采用的技術(shù)大多僅使用低溫余熱生產(chǎn)熱水，而熱水的利用渠道并不多。在科技的發(fā)展過(guò)程中，大量耐腐蝕材料已經(jīng)得到開(kāi)發(fā)利用，一些企業(yè)業(yè)已對(duì)硫酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的低溫?zé)徇M(jìn)行了回收。

通常而言，硫酸制造裝置對(duì)低溫?zé)岬睦弥饕邢铝蟹绞剑?/p>

①利用低沸點(diǎn)物料，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。

②加熱其他特殊物料，如預(yù)熱鍋爐給水、加熱生活用水以及工業(yè)用水。

③應(yīng)用高溫吸收的方式，產(chǎn)生出低壓蒸汽，達(dá)到提升發(fā)電量的效果。需要注意的是，硫酸生產(chǎn)中利用制酸裝置就能夠?qū)崿F(xiàn)高壓蒸汽產(chǎn)量的最大化，并提升發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 中溫?zé)峄厥?/h3>

在硫酸制造中，二氧化硫在轉(zhuǎn)爐內(nèi)能發(fā)揮良好的轉(zhuǎn)化效果。在對(duì)應(yīng)的溫度范圍內(nèi)，可以應(yīng)用三段轉(zhuǎn)換以及五段轉(zhuǎn)換裝置。在進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的時(shí)候，反應(yīng)將產(chǎn)生一定熱量，可以借助冷卻裝置進(jìn)行傳輸。出于切實(shí)提高三氧化硫吸收率的目的，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)吸收塔的進(jìn)氣溫度加以管控。在此期間，出口爐氣應(yīng)得到相應(yīng)冷卻。在過(guò)去企業(yè)的生產(chǎn)流程中，反應(yīng)轉(zhuǎn)化器所產(chǎn)生的余熱雖然能夠獲得吸收，參主要是應(yīng)用冷卻水以及冷空氣的手段。這種手段具有間接冷卻的作用，不但會(huì)造成電能的大量消耗，而且會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成危害。對(duì)此，生產(chǎn)企業(yè)在工藝流程中應(yīng)當(dāng)利用低壓鍋爐或增加省煤器的手段，產(chǎn)生低壓蒸汽或加熱鍋爐給水，才能達(dá)到有效回收余熱的效果。

3.3 高溫?zé)峄厥?/h3>

在生產(chǎn)流程中，企業(yè)基本上都使用蒸汽動(dòng)力方式，而蒸汽動(dòng)力將產(chǎn)生高溫?zé)幔髽I(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)這些高溫?zé)峒右赃\(yùn)用。因?yàn)檎羝軌虍a(chǎn)生壓力且具備較高溫度，就可以作為透平機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。低壓蒸汽和中壓蒸汽在整個(gè)加熱流程中作為介質(zhì)，即使余熱溫度不高，依然可以為發(fā)電機(jī)組提供較多的動(dòng)力。企業(yè)需要充分搜集這些高壓蒸汽，再借助透平機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)力。在這一流程中，我們應(yīng)當(dāng)有效發(fā)揮蒸汽做功的作用。在蒸汽動(dòng)力的帶動(dòng)下，利用循環(huán)系統(tǒng)，就能夠產(chǎn)生充足的動(dòng)力以及熱量，有效減少硫酸制造的成本。由于硫酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性，所使用的材料應(yīng)當(dāng)具備較強(qiáng)的抗腐蝕性能，如不銹鋼等，而且在運(yùn)行過(guò)程中要有針對(duì)性地采用防范手段[2]。

4 節(jié)能技術(shù)分析

當(dāng)前，中國(guó)硫酸制造企業(yè)在制造技術(shù)和生制造設(shè)備方面不斷進(jìn)行研發(fā)和改進(jìn)，硫酸制造過(guò)程中的整體壓力降參數(shù)強(qiáng)度水平已經(jīng)得到了顯著的下降。例如，在催化劑材料的引入和應(yīng)用方面，企業(yè)通過(guò)提高催化劑的整體強(qiáng)度，有效地減少了硫酸生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中催化劑的粉化狀況，大為提升了催化劑材料的整體活性，有效減小了催化劑材料分布床的整體厚度，并使催化劑材料的形狀特征由柱狀逐漸變?yōu)榄h(huán)狀等其他形狀。在這些技術(shù)處理方式的綜合應(yīng)用背景下，硫酸生產(chǎn)企業(yè)有效降低了床層技術(shù)結(jié)構(gòu)中催化劑材料的壓力降強(qiáng)度。在改進(jìn)換熱設(shè)備技術(shù)結(jié)構(gòu)的前提下，企業(yè)對(duì)換熱器設(shè)備的傳熱效率進(jìn)行了有效的改進(jìn)，提高了管側(cè)和殼側(cè)所具有的壓力強(qiáng)度。這些技術(shù)手段的應(yīng)用，大大降低了硫酸生產(chǎn)工藝改造過(guò)程中所產(chǎn)生的壓力降水平，有效改善了中國(guó)硫酸生產(chǎn)企業(yè)在節(jié)能方面的控制能力。

4.1 工藝塔設(shè)備

降低工藝塔設(shè)備壓力降強(qiáng)度水平存在一系列具體的工作切入點(diǎn)。在設(shè)備部件的組成和結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)逐步降低生產(chǎn)填料層的總體高度，采用新的填料，改進(jìn)填料格柵的基本架構(gòu)，或者使用新材料和具備低壓力降特性的除霧器設(shè)備。

例如，中國(guó)遼寧省大連市旅順永新耐酸泵廠所生產(chǎn)的DS-2型高硅不銹鋼格柵結(jié)構(gòu)已經(jīng)在一些硫酸生產(chǎn)企業(yè)得到了應(yīng)用，這種技術(shù)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、安裝方便、開(kāi)孔率大、壓降強(qiáng)度小、材料耐腐蝕性好、技術(shù)承載強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，值得進(jìn)一步在中國(guó)硫酸生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行推廣。

4.2 干吸塔除霧器設(shè)備

在參與硫酸產(chǎn)品的工業(yè)合成過(guò)程中，干吸塔除霧器設(shè)備所具有的壓降強(qiáng)度較高，在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中，總體壓降具有較快的上升速度，這就需要耗費(fèi)大量的能源。從目前中國(guó)企業(yè)所使用的干燥塔設(shè)備系統(tǒng)來(lái)看，都安裝了除霧器技術(shù)設(shè)備，而且吸收塔設(shè)備的總壓降強(qiáng)度在所有生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)際壓降參數(shù)中所占比例較高。因此，硫酸生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)安裝使用除霧器設(shè)備，以有效降低現(xiàn)有設(shè)備在生產(chǎn)中的壓降強(qiáng)度，才能有效控制能源消耗水平[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

在硫酸生產(chǎn)中，熱量的產(chǎn)生貫穿著所有的生產(chǎn)工序。由于能源價(jià)格的上升和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，硫酸生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝，有效回收生產(chǎn)環(huán)境中所產(chǎn)生的各類(lèi)熱能，以達(dá)到改善企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的目的，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。