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硫铁矿制酸沸腾炉后SO2气体显热回收

晨怡热管 2009/9/14 16:37:31
水管、热管复合式余热锅炉    

硫铁矿制酸生产工艺中,矿石在沸腾炉内经流化燃烧产生富含SO2的烟气,作为制酸的原料气。原料气生产过程中附带大量显热,沸腾炉内达到900℃,原料气出沸腾炉在850℃。原料气在进入下一工段(转化)前因工艺需要温度要降至约350℃,所以原料气在制取过程中有大量显热可以进行回收,用来副产蒸汽供生产及其他工艺使用,达到节能降耗之目的。 

(水管-热管复合式余热锅炉)

SO2原料气的显热回收主要有两部分,一部分是沸腾炉内部辐射换热室余热回收,另一部分是沸腾炉外部降温显热回收。其回收方式沸腾炉内部采用辐射水箱,沸腾炉外部采用余热锅炉。辐射水箱结构相对简单,对换热管壁进行焊接保护处理,防止冲刷破坏,既能保证稳定运行。余热锅炉是SO2原料气显热回收的主体设备,SO2原料气整个儿制取过程中的显热有70~80%是由余热锅炉进行回收的,其设计制作的合理性将直接影响整套制酸装置稳定运行。历史上硫铁矿制酸企业所采用的余热锅炉有很多因换热面布置及整体结构配置不和理而寿命不保。

余热锅炉在生产运行中对其造成破坏的原因主要有粉尘高强度冲刷、低温酸性腐蚀、换热面积灰酸泥腐蚀及换热面膨胀应力破坏等,水管、热管复合式余热锅炉针对破坏原因做了新的设计调整,提高了装置的适应性。

水管、热管复合式余热锅炉由尘降室、水管蒸发面、热管蒸发面、气包四部分组成,SO2原料气首先进入尘降室进行预除尘,虑掉大的粉尘颗粒;出尘降室进入水管蒸发段进行高温换热(850~550℃);出水管蒸发段进入热管蒸发段进行中温回收(550~350℃),水管蒸发段和热管蒸发段产生汽水混合物进入汽包进行汽水分离,蒸汽外供。其特性特点如下:

1.初级除尘减少粉尘对换热面的冲刷破坏;

2.高温换热面进行合金化处理,提高表面硬度,提高抗冲刷能

力。

3.换热面间气体流速相对偏高,结构上避开死角,减少积灰,

避免开停车期间酸泥腐蚀,提高换热效率。

4.高温换热区间换热面壁温高,没有酸性腐蚀,采用水管蒸发面,提高换热面的高温负荷适应性。

5.中温换热区间容易产生酸性腐蚀采用热管蒸发面,提高换热面的壁温,减少腐蚀破坏。

6.热管蒸发面热管为单管作业,单支热管失效不影响其他热管也不影响整台设备,不会造成被迫停车。

7.整体换热面换热管束均采用单支点固定,膨胀自由,不受束缚,避免膨胀应力破坏。

8.安装维护简单,管束可进行单支更换。

B:硫酸转化系统SO3气体显热回收

——热管省煤器、热管余热锅炉、高温蒸汽过热器

 

硫酸转化系统在保证自身工艺需要的基础上中间转化环节可以向系统外输出一定的热量,这部分热量的回收有三种方式,一是配置省煤器产热水供余热锅炉使用;二是配置低压余热锅炉产蒸汽外供;三是配置高温蒸汽过热器,保证发电余热锅炉输出蒸汽满足需要。

一.    热管省煤器(采用径向或轴向热管)

 

(径向热管省煤器)

配置热管省煤器可以提高余热锅炉水进口温度,保证锅炉稳定运行,同时也综合利用余热。热管省煤器性能优势:

1.保证SO3气体与被加热水完全隔离,在任何情况下水不会进入SO3系统,确保装置稳定运行。

2.热管单支点固定,热胀冷缩变形不受约束,避免应力破坏。

3.相同换热工况热管换热面壁温高,可以避开露点腐蚀。

4.热管为单管作业,单支热管失效不影响其他热管也不影响整台设备,不会造成被迫停车。

5.热管可以进行单组或单支更换,维护方便。

6.热管可以根据SO3气体的流向选取布置方式,安装方便。

二.低压热管余热锅炉

 

根据装置配置的需要,中

间转化余热也可以用来生产

低压蒸汽外供(≤1.3MPa),

综合利用余热。低压热管余热

锅炉与热管省煤器具有相同

的性能优势。

(低压热管余热锅炉)

 

三.蒸汽过热器

硫酸生产装置中部分企业配置发电余热锅炉带动蒸汽轮机,为了保证蒸汽轮机对蒸汽质量的要求,在转化系统配置中、高温蒸汽过热器,利用SO3气体显热将蒸汽过热,使之成为干蒸汽。蒸汽过热器的设计、制作应与装置工艺相匹配:

 

(高温蒸汽过热器)

1.换热面材质耐高温,应采用12CrMoV、15CrMo、310不锈钢等材料。

    2.换热管束的热膨胀变形不受约束,避免膨胀应力破坏。

    3.换热管束焊口应回避工艺气,避免腐蚀破坏。

    4.单支换热管应更换方便。

 C:硫酸转化系统SO3/ SO2气体热交换

——缩放管-折流杆-扰流子高效换热器

 

硫酸转化系统因工艺的需要根据流程(3+1流程;3+2流程)的不同需要配置4~6台热交换器,满足SO3与SO2气体间热量的交换,以确保硫酸转化工艺的稳定运行。

传统的SO3/SO2气体热交换器采用折流板管壳式结构,在实际运行中存在着缺陷,换热效率低、死角多积灰严重、阻力大、管束震动磨损严重、体积庞大等。结合传统热交换器的缺点,利用我公司现有的折流杆、扰流子技术开发了——缩放管-折流杆-扰流子高效换热器

,与传统热交换器比较提高了整体优势:

(缩放管-折流杆-扰流子高效换热器)

 

1.管内通过SO3高温气体,管外通过SO2低温气体。

2.换热管采用先进的缩放管技术处理,利用文丘里喉管的原理使换热管壁面的气体平流层得以打破,大大提高管壁两侧的放热系数,强化传热。

3.换热管外分层采用折流杆+扰流子技术,折流杆可以改变气体的流动方向,打破气体平流层,同时折流杆从四个方向对换热管加以支撑,减少了管子震动;扰流子使气体形成自旋流,改变气体与管壁的冲刷角度,改善流体流动与传热的场协同作用。折流杆+扰流子技术提高了管外放热系数。

4.设备结构上取消了折流板,气体由进口至出口沿换热管轴向流动,阻力比传统热交换器降低1/3,减少风机动力消耗。

5.设备结构回避死角,且壳程采用环状进出口,减少积灰。

6.换热管可以采用碳钢与不锈钢对接形式,耐高温、抗氧化、抗腐蚀,保证运行稳定。

7.换热器的综合传热系数可达32W/m2·K,减少设备耗材,降低设备投资。

8.设备结构简单,安装方便。

责任编辑: banye 参与评论