制酸余熱鍋爐的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、20工業(yè)鍋爐2010年第1期(總第119期)文章編號：1004—8774(2010)012003制酸余熱鍋爐的設(shè)計(jì)及應(yīng)用王政偉，謝奕敏，宋廟東，呂宏偉，陳長景(1江蘇工業(yè)學(xué)院機(jī)械與能源工程系，常州213016；2鹽城鍋爐廠，鹽城224001)摘要：針對硫酸亞鐵制酸過程中煙氣的余熱利用，介紹了一種鈦業(yè)硫酸亞鐵余熱鍋爐，分析了設(shè)計(jì)過程中的主要問題，并提出了一些解決方法。最后通過實(shí)例分析了該鍋爐使用后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：制酸余熱鍋爐；積灰

2、；腐蝕；磨損中圖分類號：TK115文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ATheDesignandApplicationofHRSGofSulphuricAcid—making第一作者：王政偉(1961一)屆0教授，現(xiàn)任江蘇工業(yè)學(xué)院熱能與動(dòng)力工程教研室主任。WANGZheng—wei，XIEYimin，SONGMiao—dong，LVHong—wei，CHENChang—jing(1MechanicalFacultyofJiangsuPolytechnicUni

3、versity，Changzhou213016，China；2BoilerFactoryofYancheng，Yancheng224001，China)Abstract：Accordingtothewasteheatrecoveryoffluegasofacid—making，aheatrecoveyboileroffeeeoussulphuricinTiSfieldisintroduced，thenanalysissomemainpr

4、oblemsontheprocessofdesign，andgivesomesolvingmethodsandalsotheeconomicbenefitoftheboilerwasdescribedbyanexampleKeywords：HRSG；ashdeposition；corrosion；wearO前言我國是鈦白粉生產(chǎn)大國，目前有生產(chǎn)廠家近100家，超過1萬t／a的生產(chǎn)企業(yè)有27家，總的產(chǎn)能達(dá)到7010lZa以上。鈦白粉的生產(chǎn)工

5、藝有硫酸法和氯化法兩種。絕大多數(shù)采用投資低、運(yùn)行費(fèi)用少的硫酸法生產(chǎn)鈦白粉，但在生產(chǎn)過程中的三廢超標(biāo)排放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。其中排出粉末狀的硫酸亞鐵數(shù)量大，每生產(chǎn)1t鈦白粉將產(chǎn)生35～40t副產(chǎn)品七水硫酸亞鐵，因其含多種雜質(zhì)，不能直接利用，隨地堆放，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)了資源。如果把七水硫酸亞鐵好好利用，以它為原料，采用分解還原，高位熱能回收、帶靜電除塵器的稀酸洗凈化，兩轉(zhuǎn)兩吸接觸法生成硫酸。采用這一工藝生產(chǎn)硫酸，對于鈦白粉制造企業(yè)來說，

6、等于同時(shí)解決了生產(chǎn)原料來源和廢棄物的處理兩大問題，可謂一舉兩得。七水硫酸亞鐵制酸的主要反應(yīng)熱Q表現(xiàn)形式如下[：收稿日期：20090731基金項(xiàng)目：江蘇省科技工業(yè)支撐項(xiàng)目(BE2008092)分解工序：2FeSO47H20Fe203SO2SO3十14H20Q轉(zhuǎn)化工序：2S0，0，_2SOQ吸收工序：s0H2O—H2s04Q習(xí)慣上又將這些熱分為三類：高溫分解過程中產(chǎn)生的850cC左右的熱煙氣熱稱作高溫余熱，轉(zhuǎn)化過程中500～600℃轉(zhuǎn)化氣的

7、熱稱為中溫余熱，干燥吸收(或冷凝成酸)過程100℃左右循環(huán)酸的熱稱為低溫余熱。高溫余熱占總余熱的52％～67％，低溫余熱占總余熱的20％～30％，數(shù)量可觀。1制酸余熱鍋爐的分類硫酸生產(chǎn)中廢熱回收與利用的關(guān)鍵是余熱回收工藝及設(shè)備。目前，我國有多家企業(yè)生產(chǎn)制酸余熱鍋爐，主要為煙道式余熱鍋爐，煙氣在管外流動(dòng)，而汽水混合物在管內(nèi)流動(dòng)，這樣便于受熱面的吹灰和防腐。鍋爐按汽水循環(huán)方式可分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、混合循環(huán)3種。采用強(qiáng)制水循環(huán)，受

8、熱面布置方便，結(jié)構(gòu)緊湊，采用小直徑薄壁管為中高壓換熱管，可大幅度降低金屬耗量，因此大型硫酸裝學(xué)兔兔www.xuetutu.com22工業(yè)鍋爐2010年第1期(總第119期)23制酸余熱鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題及對策對于制酸余熱鍋爐，需要解決的主要問題是積灰、腐蝕、磨損等。積灰指溫度低于灰熔點(diǎn)時(shí)灰沉積物在受熱面上的積聚，多發(fā)生在鍋爐對流受熱面。根據(jù)鍋爐煙氣溫度的高低，積灰可分為高溫積灰和低溫積灰。根據(jù)積灰的強(qiáng)度劃分，又可分為松散性積灰和粘結(jié)

9、性積灰。高溫積灰其煙塵大部分呈熔融狀態(tài)，不同成分的煙塵其熔點(diǎn)相差很大，有的在1000oC以上，有的只有600～700℃。這種積灰一般屬于粘結(jié)性積灰。低溫積灰其煙塵在凝固點(diǎn)以下呈固體顆粒狀，這種積灰一般屬于松散性積灰，但積灰時(shí)間延長，吸收煙氣中的SO和水蒸氣轉(zhuǎn)換成硫酸鹽等，低溫積灰多發(fā)生在低溫區(qū)省煤器上，沉積在管子表面。(1)受熱面積灰的對策制酸余熱鍋爐的特點(diǎn)之一是煙氣含灰濃度大，一般在200～450g／Nm左右，灰粒如積聚在受熱面管束上

10、會(huì)影響傳熱。采用有效的除灰裝置是余熱鍋爐正常運(yùn)行的可靠保證。本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)彈性振打除灰裝置。每組受熱面的管束兩側(cè)均帶有幾組振動(dòng)除灰裝置，振動(dòng)桿(材質(zhì)為0Grl8Ni9或0Gr20Ni25耐熱鋼)與受熱面管子焊接，并與爐墻外的振動(dòng)器連接，振動(dòng)器振動(dòng)，帶動(dòng)管柬振動(dòng)，使管束上的灰落入灰斗中。(2)受熱面腐蝕的對策腐蝕過程是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的過程，致腐物質(zhì)源源不斷地補(bǔ)充到腐蝕前沿是維持過程連續(xù)的條件，而這又決定于附著層的物理化學(xué)性質(zhì)。該類余熱鍋爐的

11、腐蝕一般為低溫腐蝕，低溫腐蝕的特點(diǎn)是均勻性腐蝕，它使管壁厚度逐漸減薄以至破裂。當(dāng)進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣中含有較多二氧化硫時(shí)，其中一部分會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為三氧化硫，并與煙氣中水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸汽。與堿性灰反應(yīng)，也與金屬反應(yīng)，因而產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)鍋爐受熱面壁溫低于所生成的硫酸露點(diǎn)時(shí)，硫酸就在管壁上凝結(jié)而產(chǎn)生腐蝕，稱為低溫腐蝕。除三氧化硫外，氯氣也會(huì)產(chǎn)生低溫腐蝕。但它們都發(fā)生在煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)以下，酸露點(diǎn)溫度主要取決于煙氣中三氧化硫和水蒸氣的含量。煙

12、氣中硫酸的質(zhì)量濃度按下式計(jì)算：c=98Vso3／(80)so18v(1)VSO3：kvso2(2)式中Vso——煙氣中S0的容積份額，％aYH——煙氣中：的容積份額，％gOH0／)SO2——煙氣中SO的容積份額，％——煙氣中S0轉(zhuǎn)化為S0的轉(zhuǎn)化率，％c——煙氣中硫酸的質(zhì)量濃度，％煙氣中水蒸氣和三氧化硫分壓之和按下式計(jì)算：Ps0=(B—p／136)(sH，0)／100(3)式中——鍋爐安裝處大氣壓力，Pap——鍋爐人口處煙氣負(fù)壓，PaP瑚

13、——煙氣中水蒸氣和三氧化硫分壓之和。Pa根據(jù)c及P瑚之值可從圖2中查出酸露點(diǎn)溫度。／影／／／／／／／，—／—／——一／／————一／，／／／／——一／—／／／／／——一0020Iu6j24ju305u煙氣中硫酸質(zhì)鬣濃度／％圖2嫻氣中硫酸質(zhì)量濃度和露點(diǎn)之間的關(guān)系為減少和防止硫酸煙氣結(jié)露，該鍋爐采用重型爐墻結(jié)構(gòu)并采用粘土質(zhì)耐火磚、隔熱保溫磚、耐熱混凝土及硅酸鋁纖維等來隔熱保溫。爐墻總重約200t，全部由鍋爐外殼支承，爐墻與殼體鋼板間噴涂5h

14、im厚的耐火泥，用于保證砌體與殼體的緊密結(jié)合。為防止煙氣從受熱面管束的底部灰斗處穿流，造成短路，每組受熱面管束之間的底部灰斗處都有隔墻。鍋爐殼體外有保溫層(保溫材料為復(fù)合硅酸鹽)，保持殼體溫度高于露點(diǎn)以上。(3)受熱面磨損的防止及對策余熱鍋爐迎氣側(cè)條件較為惡劣，在硫酸生產(chǎn)過程中的反應(yīng)氣體對爐管的沖刷磨損很嚴(yán)重。磨損主要分為兩種，一種是金屬表面在固體顆粒的沖刷下，金屬部件的逐漸失重；另一種是金屬表面形成一層氧化膜，膜的硬度很高，但較脆，在