第二章金川冶炼烟气制酸中低温位余热的回收研究

第一篇：第二章金川冶炼烟气制酸中低温位余热的回收研究

第二章金川冶炼烟气制酸中低温位余热的回收研究

2．1冶炼烟气制酸现状

有色金属、贵金属的冶炼过程中，矿石中的硫化物会进入冶炼烟气，其中S02含量为3％---,13％的烟气，其制酸己经有了大规模工业化应用。由于我国有色金属冶炼生产选用多种冶炼工艺技术，因此烟气中S02含量及杂质不同，随之形成了多种形式的烟气制酸工艺。其差别主要体现在净化工序上，如常见的水洗流程、热硫酸洗流程、稀酸洗流程及干法净化流程。

目前，我国冶炼烟气制酸工艺主要有下列几种【l】：

(1)干法净化冷凝成酸工艺目前该工艺在有色金属冶炼烟气制酸行业基本不被采用；

(2)一转一吸工艺该法在生产中利用有限：

(3)稀酸洗净化两转两吸工艺这是目前广泛采用的制酸方法。从今后发展来看，两转两吸工艺制酸将逐渐取代上两种制酸工艺，该法不但硫利用率高且产品质量好，最重要的是尾气S02含量降低到lOOppm或50ppm以下。

(4)非稳态转化法制酸该法主要针对一些中小型冶炼厂的低浓度冶炼烟气处理而设计。该技术具有操作简单，设备投资少等优势。近年来该技术在我国低浓度冶炼烟气制酸中不断赢得市场。

由于现代大型冶炼厂的冶炼烟气中S02浓度大幅提高，实现常规制酸技术成为可能。制酸装置不断向大型化、工艺多样化方面发展。目前大中型企业的高浓度S02烟气，大多采用双接触“两转两吸’’制酸工艺，该工艺产品酸浓度大于98％，尾气达标排放。目前该制酸工艺技术在国内有比较成熟的运行模式。烟气制酸工业的新发展主要表现在【2】：烟气制酸产量的增长、规模大型化、新工艺、新技术、与先进的设备、新材料及热能的回收等方面。

2．1．1烟气制酸产量的增长

冶炼烟气制酸具有运行成本低，与其它方式制酸相比有明显价格优势等特点，随着工艺技术不断成熟，其产品酸的品质也不断提高。通常的“两转两吸“制酸工艺得到的产品酸，完全达到了市场要求。近几十年来，有色金属冶炼烟气制酸在全国硫酸行业中的地位逐渐凸显出来，特别是“十五”期间，冶炼烟气制酸取得了很大进展，酸产量平均每年递增约1000 kt，“十五“期间烟气制酸产量图2一l；2003年我国冶炼烟气制酸在各种制酸原料中所占比例约为22％，到2012年，估计其还会大幅提高【1。3】。我国冶炼烟气制酸的产量大、质量有保证、有很强市场的竞争优势。

图2-1“十五”期间烟气制酸产量图

2005年我国冶炼烟气制酸总产量【21 9810 kt，其中主要的12家制酸企业见表2．1。该12家企业制酸的总年产量5840kt，占该年总产量的一半以上。

表2-1 2005年莸国烟气制酸产贡排名前12位的企业

2．1．2装置大型化

如今大型冶炼厂均采用了先进冶炼技术，使得冶炼烟气制酸采用常规的冶炼烟气制酸工

艺大规模低成本运行成为可能【1捌。制酸装置不断向大型化发展，在铜、镍冶炼烟气制酸行业尤为突出。

金川公司2005年投产53万吨硫酸装置，其单系列产酸年产量超过600 kt。我国最早采用闪速熔炼技术的企业，如江西铜业集团公司，其冶炼烟气制酸年产量超过1000kt／a规模，单系列酸年产量达到600 kt。大冶有色金属公司新建烟气制酸的四系列，其年产量达到400 kt。

2．1．3新设备、新材料

设备的现代化和新材料是近些年来冶炼烟气制酸装置发展的特征之一，这也是满足冶金企业的环境污染治理要求的关键有效方法。现代冶炼烟气制酸工艺设备的新改进开发包拼M】：全结构玻璃钢洗涤器、导电玻璃钢电除雾器、气液并流的石墨拱顶空塔、塔槽联体结构的干吸塔、大开孔率全瓷球拱或瓷条梁干吸塔、管式及槽管式分酸器、带滑动底座的不锈钢转化器、高效换热器等设备。

最近几年，为了装置安全、平稳运行和环境排放达标，我国一些制酸企业还采用了国外先进的技术及设备【2】，如孟莫克的动力波洗涤设备的部件，托普索的WSA湿法制酸工艺的主要设备，加拿大凯密迪、德国奥托昆普的全不锈钢内置换热转化器，美国孟莫克的槽管式分酸器及纤维除雾器，美国路易斯的浓硫酸泵，德国KK&K、美国通用的s02风机，孟莫克和托普索的催化剂等。

2．1．4烟气制酸新工艺、新技术

近些年，冶炼烟气制酸中的技术革新主要体现在【21：高浓度s02烟气转化、低浓度S02烟气处理、烟气网络配置技术及余热的利用等。

1)高浓度转化

由于采用更先进的冶炼技术和设备，冶炼企业获得S02浓度更高更有回收价值的冶炼烟气。目前国内有很多冶炼厂的烟气S02浓度都超过了20％，使采用常规制酸技术进行烟气回收很有必要。国外已经积累了对于高浓度冶炼烟气的处理初工业化经验，其新的技术点主要有【2】：耐高温或低起燃温度催化剂、多段转化工艺、空气冷激式、预转化工艺、工业氧稀释、返回部分转化气等工艺方法。由于使用传统制酸技术处理高浓度S02冶炼烟气，其工艺流程同样伴随大量废热产生，因此在转化工段、吸收段可采用先进中低温位用余热回收技术利用废热，降低运行成本提高经济效益。

国内的山东阳谷祥光铜业有限公司引进的奥托昆普的LURECTM制酸系统，该系统是专门用于高浓度S02冶炼烟气的处理的烟气制酸工艺成功典范。该工艺的机理很简单在于通过调节S03循环倍率可有效控制的转化器一段的出121烟气温度，因此该工艺能够处理较宽范围浓度S02冶炼烟气。实践证明该制酸系统相对于传统稀释制酸工艺投资少装置运行成本不高。

2)低浓度烟气处理

主要来自采用传统冶炼方法冶炼铅、钼、铜等冶炼系统，对这些烟气处理方法和副产品种类很多。其制酸生产系统主要有：接触法、WSA湿法制酸、非稳态转化法等。其它硫产品包括硫磺、液体S02、硫酸铵和石膏等。

3)冶炼烟气网络配置技术

金川集团有限公司冶炼炉种类多，冶炼系统常常存在着部分炉窑烟气因为S02含量低而无法进入制酸系统的问题，故其先前S02冶炼烟气污染情况很严重。为满足我国企业环保要求，冶炼厂就必需加强治理冶炼低浓度S02烟气，把高、低浓度不同的烟气做到最大限有效利用。

针对该厂的实际状况，金川公司投入大量资金和技术着手解决对低浓度S02烟气污染问

题，经过一系列的自主研发和集成创新，在改造原有“

三、一干线”等烟气管网的基础上，形成了现在的烟气网络配置技术14]，即集中现有制酸装置的冶炼烟气，形成了目前包括5个制酸系统在内的130万吨硫酸生产系统和15万吨亚硫酸钠生产系统的配气系统。通过该系统冶炼烟气实现了网络化配置，使冶炼厂的各个炉窑之间的烟气有效结合，解决了金川19台炉窑的烟气调配与低浓度S02烟气治理的难题，使冶炼和制酸两个系统在生产、检修时更灵活机动。

烟气网络配置技术，把冶炼硫酸厂的冶炼炉不同浓度、不同气量的冶炼烟气形成网络进行统一调配的方式，提供浓度稳定的s02烟气，保证制酸系统正常运行，实现各种冶炼烟气综合利用。据悉，该网络配气技术在烟气制酸行业尚属世界首创。该技术通常适用于那些冶炼炉与酸系统复杂、冶炼烟气S02浓度多样的大型冶炼厂，实现了经济效益和社会效益的双赢。

2．2课题的提出及研究内容

2．2．1金川冶炼烟气制酸系统简介

金川集团有限公司(以下简称金川公司)地处甘肃河西走廊中部金昌市，而金昌市是我国的镍钴工业基地【5】，其镍产量占全国总产量80％以上，因此又被誉为中国镍都。金川公司化工厂作为公司主流程中一个重要的环节，肩负金川地区大气污染防治的主要责任，同时生产硫酸、亚硫酸钠等一系列脱硫产品。

近年来，随着金川公司有色金属冶炼技术的迅速发展以及冶炼规模的不断扩大，其配套的烟气制酸也获得进一步发展，产品酸产量每年递增。从2000年开始，公司先后在化工厂投入了十多亿元，用于冶炼烟气处理项目建设。在2000年,-,2002年两年间，该公司先后对化工厂的I硫酸系统和Ⅱ硫酸系统进行了复产改造【5捌，使冶炼一期转炉排放的S02烟气得到了有效治理。为了解决硫酸产品生产与销售的难题，2001年该公司投资新建成了4个硫酸储存库和购置了200台铁路槽车，从而实现了制酸装置的满负荷生产。同时2001年～2003年两年间该公司对其亚硫酸钠生产系统进行了扩建，形成了年产12kt亚硫酸钠的规模，冶炼转炉烟气得到进一步治理。2004年公司投资建成53万吨冶炼烟气制酬4IT程，该项目的建成投产把金川公司硫资源的利用率提高到98．75％以上，使冶炼铜合成炉产生的S02冶炼烟气从此得到根治。紧接着与富氧顶吹镍熔炼项目配套70万吨硫酸工程也在2008年建成，该装置的S02烟气年处理量达到45kt。这些

项目的成功投产进一步提高了金川公司的硫资源综合利用率，为金昌市早日解决S02污染问题提供有力保障。

目前为止，金川公司硫资源回收共有五大制酸系统和一个亚硫酸纳生产系

统。五大制酸系统分别是：53万吨硫酸系统、30万吨硫酸系统、一硫酸制酸系

统、三硫酸制酸系统、70万吨硫酸系统。

2．2．2 53万吨硫酸装置项目设计背景

随着世界能源形势不断紧张，国家对能源回收提出更高要求，回收并利用能源变得尤为重要。在制酸生产工艺过程中，从原料到成品酸的全过程会有多种大量余热，该怎样去有效实现资源循环利用，降低生产成本，成了硫酸生产技术水平的一项重要标志。而今逐渐成熟的中低温余热回收技术条件和先进的热回收设备，使得冶炼烟气制酸系统中转化、吸收工序的大量中低温余热回收项目成为可能。可采用热管换热设备通过产生蒸汽或提供热水等方式回收废热，达到综合利用了烟气制酸系统废热的目的。

对于s02转化时放出的中低温位余热，目前几乎所有的硫磺制酸装置都设置III换热器出口和Ⅳ换热器热出口均设有省煤器，以回收170一--280℃的热能。因受认识原因及技术条件

因素等的限制，当初冶炼烟气制酸系统项目建设未能好好考虑中低温余热的回收利用问题。其制酸系统转化烟气余热几乎全部以转化工艺气．空气冷却器中热介质的热量全部抛弃，能源浪费严重。目前由于国家提倡和企业需求，以技改工程建设带动环保项目建设很有意义，不但能促进经济发展，而且从源头控制污染物的排放。发展与环保并进的思路是企业和社会逐渐形成良性友好发展的前提。

在转化、吸收过程中，直接通过生产蒸汽或热水来回收热量，需要解决设备材质耐高温下的浓硫酸腐蚀，同时保证不降低吸收效率等一系列难题。因此在烟气制酸系统该部分中、低温热能开发尚处于起步阶段。本项目针对金川公司冶炼烟气制酸系统转化工序的余热回收问题进行研究，最后选定化工厂53万吨硫酸装置作为研究。

2．2．3 53万吨硫酸装置工艺流程

金川公司2004年投资建成53万吨硫酸生产系统，该项目是目前国内烟气制酸行业最大、工艺最先进的单系列生产装置，它也是近几年来金昌市最大的硫资源综合利用项目。该系统采用绝热蒸发封闭酸洗涤净化、“3+1’’两转两吸工艺ⅣI．m II换热流程[4‘81，主要工艺过程如下图2．2：

图2．2 53万吨硫酸生产系统

该系统主要处理铜熔炼系统烟气、镍矿热电炉和铜贫化炉等S02烟气进行制酸，烟气条件见表2．2，设计处理烟气量187000m3／h，挖潜处理能力225000m3／h，S02浓度8％10％。

表2-2各冶金炉窑烟气条件表

本论文课题是对金川公司53万吨硫酸系统进行的，该制酸系统采用两转两吸工艺。针对其转化工段的中、低温余热回收利用的问题，提出技术改造方案并优化工艺条件。该项目旨在考虑施工过程对现有生产系统不造成影响或影响最小，同时确保改造后的工艺稳定、不改变S02转化率，即通过高效换热元件和合理工艺安排来实现提高系统的热能回收率，特别是利用低位余热的目的。

2．3小结

金川公司现有的烟气制酸系统除一硫酸系统仍采用一转一吸工艺外，其它4套烟气制酸制酸装置均采用双转双吸流程。目前，这些装置转化后多余热量的处理现状，是通过设置的工艺气冷却系统冷却后抛弃掉。制酸厂响应国家的能源政策号召，变被动为主动，尽最大可

能利用所有可能的废热，做好节能降耗工作，实现企业的最大利益。

参考文献

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【7】刘玉强．硫酸工业【J】．金川集团有限公司镍、铜冶炼烟气制酸情况介绍，2002，(3)：12—14．

【8】刘玉强，孙治忠．矿业研究与开发．会议文集．金川冶炼烟气中硫资源的回收利用，2008．

第二篇：对东方工业锅炉制造的锌精矿冶炼烟气制酸评价

对东方工业锅炉制造的锌精矿冶炼烟气制酸 沸腾炉配套余热锅炉在我公司运行的评价意见

我公司于2010年1月同四川东方锅炉工业锅炉集团有限公司订购的QCF28/950-2.5/350型锌精矿余热锅炉本体、安装及配套辅机，自设备投入至今，我公司认为该公司所供设备设计、制造、安装完全符合要求，能达到设计参数、满足工艺性能、安装质量好、运行稳定可靠。该公司设计制造的余热锅炉符合锌精矿冶炼烟气制酸装置运行的特点及要求，能满足我公司的生产能力需求，该公司信守合同，能够急用户所需，售后服务及时周到，使我公司在遇到问题时能得到及时解决，保障了我公司的锌精矿冶炼烟气制酸装置整套系统得以连续、稳定的运行。

四川西昌合力锌业股份有限公司

技改办

第三篇：热管余热锅炉在炼钢电弧炉烟气余热回收系统中的应用

热管余热锅炉在炼钢电弧炉烟气余热回收系统中的应用

本文以电弧炉炼钢过程烟气余热的回收利用及烟气净化除尘为主线，以热管蒸发器为换热元件，合理控制烟气流速，解决高温烟尘的沉降和蒸发器热管灰堵以及烟气温度波动大的难题，完成了50t电弧炉烟气余热回收净化系统设计与施工。对电弧炉炼钢过程中所产生的高温烟气直接进行余热回收，满足电弧炉炼钢过程中VD真空处理对蒸汽的需求，实现了高温烟气余热回收利用和环境净化，为国内电弧炉节能降耗和清洁生产进行了有益的探索。

进入21世纪后，由于废钢资源的限制，我国电弧炉开始普遍使用铁水装热技术，这是中国在特定情况下的资源利用。对于电弧炉炼钢而言，铁水提供了大量的物理热和化学热，减少了装料次数，改善了电弧燃烧条件，特别是避免了.废钢中残余金属元素带来的污染，是电弧炉炼钢高效、节能的首选条件。然而使用铁水后，电弧炉排放烟气温度增加，最高温度可达1400℃，随烟气显热带走的热量占总投入热量的13%—20%，所以回收电弧炉烟气余热是现阶段电弧炉高效低耗生产的必由之路。

一、50t电弧炉概况

1、电弧炉工艺参数

50t电弧炉主要工艺技术参数见表1

2、电弧炉的烟气特点

1）间歇性、波动性

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气流量、温度、含尘量在不断地变化，呈现周期性波动，氧化期的烟气温度最高，流量最大，含尘量最多，在出钢期的烟气温度最低，力量最小，含尘量也最小。

2）烟气中粉尘浓度大，粒径小

电弧炉在冶炼过程中，排放出的烟气中粉尘浓度大、粒径小，属于微细尘。烟尘含量一般在8—15g/m3（标态），最大达到30

g/m3（标态）；烟尘粒度小，粒径分布在0—30μm范围内，吸附力大。电弧炉烟尘化学成分见表2.3电弧炉能量平衡

50t电弧炉爱配加30%铁水冶炼时的能量平衡表如图1所示

由图1可知，在50t电弧炉的能量平衡中，高温烟气带走的热量一般约占电弧炉总热量的11%，冶炼强度增加，单位时间内高温烟气带走的热量增加。实现电弧炉余热回收利用，对节能降耗和清洁生产具有重要意义。

4电弧炉烟气系统概况

为了利用电弧炉烟气热能，很多企业将高温烟气用来加热废钢，其中典型的案例便是Consteel电路Fuchs竖炉。但是在烟气加热废钢的过程中，烟尘中对炼钢有害的元素（如Zn、Sn、Pb等元素）产生富集，对冶炼的产品质量有不利影响，同事在废钢预热的过程中有毒物质二噁英的形成会对环境造成污染。鉴于对以上问题的考虑，此电弧炉选择在炉盖第四孔回路上新增一套余热回收装置，经余热回收后的低温烟气在进入单独的一套除尘器进行净化，余热回收装置生产饱和蒸汽，用以满足VD真空炉生产。改造后的系统示意图如图2所示。

二、烟气余热回收系统设计

1、余热回收系统工艺流程

余热回收系统工艺流程如图3所示，电弧炉产生的1200℃左右的高温烟气，经过炉盖第四孔静茹移动烟道，在进入燃烧沉降室，CO等可燃物进一步燃烧，同时大颗粒得以沉降，通过调整燃烧沉降室出口混风阀将烟气出口温度控制在800℃以内，在经过高温烟道进入热管蒸汽发生器进行热量回收，热交换后的温度降到160℃左右进入除尘器净化，热管蒸汽发生器生产的饱和蒸汽通过分气缸供生产和生活实用。

2、余热回收系统设备组成1）移动烟道

移动烟道两端分别连接炉盖第四孔和燃烧沉降室，移动烟道要满足炉盖旋入或旋出时不与第四孔弯烟道发生干涉，并且还要满足在吸入高温烟气的同时，也要吸入足量的外界空气，供后部沉降室内蓄积的CO的二次燃烧，故设计为活动烟道，其结构如图4所示。

2）燃烧沉降室

沉降室主要作用有两个，一是从电弧炉内排出的大颗粒粉尘有足够的时间沉降，避免大颗粒烟尘进入后部设备，以防导致设备堵塞或损坏；二是烟气中未燃烧的CO在沉降室内可继续燃烧，防止CO进入后续工艺设备，导致安全事故发生，燃烧需要的氧气从第四孔烟道和移动烟道连接处混入空气中得到。

沉降过程中共受到三个力的作用，重力、浮力和烟气对颗粒的曳力。重力和浮力之差是使烟尘发生沉降的动力，曳力则是阻碍烟尘发生沉降的力。为保证烟气中大颗粒粉尘的沉降效果，沉降室烟气的进、出口设置在顶部。沉降室外形轮廓如图5所示。

3）高温烟道

高温烟道是指连接沉降室与热管蒸汽发生器之间的管路，为避免热量散失，从沉降室出口至热管蒸汽发生器入口管道均采用内保温形式，内保温分两层，分别为耐磨层和隔热层。

4）热管蒸汽发生器

为适应电弧炉炼钢烟气的特点，要求余热锅炉必须具有启动速度快、负荷适应能力强、连续无故障运行时间长、单向传热强度大等特点，故选用热管蒸汽发生器。

（1）热管蒸汽发生器的原理

热管蒸汽发生器由若干根热管元件组成，工作原理如图6所示，热管的受热段置于高温烟道内，高温烟气横掠热管受热段，热管元件的放热段因插在汽—水系统内，则使该系统的受热及循环完全与热源分离而独立存在于高温烟道之外，不受高温烟气的直接冲刷。高温烟气的热量由热管传给水套管内的饱和水使其汽化，所产生的蒸汽经蒸汽上升管到达汽包，经过汽水分离后再经主汽阀输出。这样，热管不断将热量输入水套管，通过外部汽—水管道的上升及下降完成基本的汽—水循环，达到将高温烟气降温并转化为蒸汽的目的。

（2）蒸发器的空间布置

蒸发器在空间上采取垂直布置，设备安装紧凑，占地面积小，高温烟气自上而下，温度逐渐降低，经过冲击波震动后，灰尘自上而下靠重力即可散落在最下方，容易清理积灰，整个热交换过程温度均匀，交换充分。蒸汽发生器空间布置如图7所示。

（3）蒸发器设备的基本特点

A

.采用热管作为传热元件，整个汽—水系统的受热及循环完全与热流体隔离二独立在热流体烟道外，使本系统有别于一般的余热锅炉。

B

.设备中热管元件间相互独立，热流体与蒸汽发生区双重隔离互不影响，即使单根或数根热管损坏，也不会影响系统正常运行，同时水、汽也不会因热管的破损而进入热流体。

C

.实际时通过调节热管两端的传热面积可有效调节和控制壁温，防止低温酸露点腐蚀。

D

.操作简单、维修方便、工作可靠，整个系统的热量输送过程不需要任何外界动力，故障率低，效率高。

（4）热管蒸汽发生器设计参数

热管蒸汽发生器设计参数见表3，设备外形尺寸见表4.5）冲击波清灰装置

电弧炉冶炼时的烟气量大，灰尘多，带有电荷，易吸附，热管容易堵塞，因此解决在线热管清灰问题是保证余热系统正常运行的关键。现场运行中发现，声波清灰对蒸发器壳体损伤太大，蒸汽清灰也是会造成热管板结堵塞，实践证明两种清灰方式在本系统中均不可行，最终选用冲击波清灰，满足了热管在线清灰的需求，保证了余热系统的安全稳定运行。

6）蓄热器

蒸汽蓄热技术是将间断供汽变为连续、稳定的汽源以利用用户使用。蓄热器是利用高压与低压时饱和水的焓差使水闪蒸，放出蒸汽。初期使用时充入除氧水，当高压蒸汽过量时，蒸汽通过内部充热装置喷人水中，并迅速凝结放热，使蓄热器内水位和压力升高，直至压力与蒸汽压力相等，完成冲热过程。这是蓄热器内的水是高压下的饱和水；当低压蒸汽用量大于锅炉产气量时，与蓄热器汽空间相连的低压管道压力下降，蓄热器中的饱和水成为过热水，将自行沸腾放热，水位下降，产生低压蒸汽供给设备，完成放热过程。

为保证余热回收系统产生稳定流量的蒸汽，该方案配套两台150m3的蓄热器，设计充水系数85%，入口蒸汽压力1.6MPa，出口蒸汽压力1.0MPa。实践证明系统自产蒸汽足以满足生产生活需要。

3系统控制方案（略）

三、结论

1电弧炉余热回收利用系统工程的实施实现了余热回收和环境治理的双赢，是电弧炉炼钢企业节能能源、降低能耗和实现清洁生产的有效途径。

2系统自产蒸汽量平均15t/h左右，折合吨钢产汽量约为200kg/t，能够满足VD正空处理的蒸汽需求。燃油锅炉的停运，每年可减少的燃油消耗费用2256万元，经济效益可观。

3冲击波在线清灰系统成功应用于电弧炉余热系统中，有效的保证了系统的畅通，防止了翅片板结积灰，4风机变频器技术成功应用于电弧炉余热回收系统之中，通过风机频率与沉降室出口温度的连锁，完成温度自动控制，实现热量回收最大化。

5实践证明，高温烟气余热回收利用技术是集环境保护、余热余能回收利用为一体的新型环保项目，在国内外有很高的推广价值