&&&&&金昌冶炼厂硫酸车间为了配合铜冶炼生产,在生产中同步运行3套硫酸系列,用于生产98%浓硫酸产品。其中300kt/a硫酸Ⅲ系列的转化工序采用“3+1”四段双接触工艺和“Ⅳ、Ⅱ、Ia-Ⅲ、Ib”换热流程。2006年Ⅲ系列运行投产后不久,即发现来自转化三段的一次转化气经第Ⅲ热交换器换热冷却后,流向第一吸收塔的气温竟高达(320±20)℃,超出硫酸高温吸收工艺所规定的气温域(180~300)℃的上限值[1],造成一定的热能浪费,同时也造成吸收酸的泵后冷却量增大。另外,来自第一吸收塔的二次冷SO2烟气经第Ⅲ热交换器壳程换热升温后温度偏低,仅为(330±10)℃,经第Ⅰb热交换器壳程换热升温后,往往达不到转化四段入口的气温要求,即(420±10)℃,不得不采用2~3组2#电加热炉后方可达到工艺所要求的气温。
&&&&一般情况下,铜冶炼烟气中含SO2浓度为9%~12%、含O2浓度为10%~13%,氧硫比约为1?2,烟气流量为m3/h,良好的烟气条件却在转化工序不能自热平衡,说明转化换热流程中存在问题。经对有关技术资料进行分析,认为第Ⅲ热交换器的换热量不足并非意味着设计的换热面积不足,可能存在某些工程因素,造成换热器内结垢,导致传热系数下降[2]。
&&&&鉴于目前现场无法改变工程因素,故仅能通过增大换热面积来增加换热量。因此,增设了第Ⅲb热交换器。考虑到当前工程上流行采用热管换热器,故选择了热管换热器。
&&&&1热管换热器的工作原理与结构
&&&&热管是一根直立放置、两端密封的钢管,其管内充装了特定的制冷液体介质,紧靠管内壁处装有金属丝网等多孔物质的吸液芯。每根热管均为一个相对独立的换热单元,其沿管长分为三段,即蒸发段(热端)、绝热中间段和冷凝段(冷端)。热管的外壁上装有螺旋形翅片,以强化其传热效果。当热流体从热管的下半管段热端流过时,热量通过管壁和吸液芯传给制冷液体介质,使其蒸发汽化,蒸汽则沿管
&&&&内上升至上半管段,并在上半管段冷端释放出冷凝潜热而被冷流体冷凝,冷凝液在重力和吸液芯的毛细作用下,又流回到下半管段的热端,重新吸热蒸发,由此形成一个工作循环。
&&&&热管换热器是由一组热管组合成的箱形部件,其间用隔板分为冷、热两个流体通道,且在每个通道的底部均开有液体排放口,在排放口外接有排放管路。根据硫酸转化换热工艺的要求,热管应具有良好的传热性、防腐性和耐压性。
&&&&应用旁通支路的目的是调控进一吸塔的气温,使其满足硫酸高温吸收工艺的要求,同时起到调节热管蒸发量、防止热管内超压爆管的作用。
&&&&2热管换热器在硫酸转化局部换热的应用情况
&&&&日,硫酸转化换热流程中安装的热管换热器投入使用,表2列出了热管换热器运行初期及一年后(日)的运行工况参数。
&&&&3热管换热器的拆除解体
&&&&日对热管换热器进行拆除解体,发现热管换热器上半部冷端的箱内底部沉积有污浊发黑的浓硫酸和酸泥,厚度达500mm。经气割开孔放掉箱内酸液后,箱底部酸泥仍有350mm厚,且箱内最底部的酸泥坚硬如石,冷端箱底部的排污口已堵塞多日,无法进行排污作业。被污浊酸液浸泡和酸泥掩埋的一段热管则腐蚀严重,管外壁明显变薄,管壁外强化传热的螺旋翅片仅余少许根部残迹,热管绝大部分已在冷端箱底部烂通,管内的制冷液体介质早已流失。拆除热管换热器的下半部热端时发现,箱内腐蚀并不很严重,仅在箱底有一层很薄、发黑的冷凝酸。另外,用于调控进一吸塔气温的旁通支路被错误地安装在热管的上半部冷端。
&&&&4热管应用寿命过短的原因分析
&&&&(1)在第一吸收塔的顶部安装的19只高效玻璃纤维除沫器未能完全捕集二次冷SO2烟气中夹带的污浊酸粒,使得热管换热器的冷端工作在含有污浊酸雾的工艺气体中。
&&&&(2)热管换热器的排污构造设计不甚合理。从一吸塔顶部流出的二次冷SO2烟气中夹带着含尘酸雾进入热管的冷端,虽然经过换热升温,饱和汽化了一部分酸雾,但不足以完全消除酸雾。在工艺烟气进入热管换热器冷端后,由于容积突然变大,使得气流速度有所变慢,且由于热管的螺旋翅片结构,会引起气流的不规则湍流,这样,使得未汽化的含尘酸雾发生相互间碰撞黏结在一起的概率增大,因此会出现较大、较重的含尘酸液粒沉积在热管冷端的箱底部的现象。
&&&&拆解热管换热器时,热管冷端的箱底部圆孔排污口的最低点距箱底平面尚有30mm的距离,这样造成厚层达30mm的污浊发黑浓硫酸液沉积于此,无法排放。由于污酸中的尘垢持续不断沉淀,沉淀后的尘垢又会黏结在一起成为块状,经过一段生产时间后,冷端箱底部Φ100mm圆孔排污口即被结成块状的酸泥堵塞。若排污管口不能及时清堵,则堵塞酸泥浆越聚越多,并发生硬化,彻底堵塞排污管口,使得冷端箱的底部实际上成为储存沉积酸和酸泥的容器。因此在热管换热器的使用后期,其外壳多处、多次出现漏酸、漏烟现象。
&&&&(3)采用Φ42×4mm带翅片的无缝钢管制作的换热管,其材质为20g轧制,并经过渗铝处理。这种热管虽然具有良好的导热性和耐高温抗氧化能力,但我厂生产现场的应用结果表明,它不太适于在(150℃左右)污浊浓硫酸侵蚀的SO2烟气环境中工作,冷端底部的热管尤其不能抵御因雾沫夹带而集聚在冷端箱底的污浊浓硫酸之浸泡腐蚀。
&&&&(4)热管换热器采购时,提供的设备技术参数有较大差错,如基本参数的进口温度值不正确。出现了所购热管的换热量偏小问题,使得该热管安装伊始就在超压下工作。之后,现场为弥补换热量不足,同时也为了调控进一吸塔的气温,安装了热管换热器的旁通支路;但现场又将旁通支路错误地安装在热管的冷端。
&&&&(5)在以往的热管换热器生产操作中,错误地将一部分二次冷SO2烟气进行了旁通分流,加剧了热管的过载。上述诸多原因,造成了热管应用寿命过短。
&&&&5结束语
&&&&目前,已在硫酸Ⅲ系列的转化换热流程中安装了一台空心环网板支承管壳式换热器,取代原热管换热器,作为第Ⅲb热交换器。该换热器的结构特点是壳程采用空心环网板支承管程急扩加速流缩放管束,所选换热器的换热面积为1000m2,换热管采用304不锈钢轧制而成,这种换热管材质具有很强的耐高温抗氧化能力。由于缩放型换热管具有促进管内外侧双界面湍流的作用,所以能起到强化对流传热、提高总传热系数的作用。该Ⅲb换热器的流程走向布置为一次转化SO3烟气走壳程、二次冷SO2烟气走管程,从而避免了从第一吸收塔来的二次冷SO2烟气所夹带的大量酸雾在换热器内积聚。上一页1
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用板式换热器回收锅炉出口炉气热量及低温位热能利用的热力学分析
核心提示：用板式换热器回收锅炉出口炉气热量及低温位热能利用的热力学分析&&& 硫酸生产废热锅炉出口炉气温度一般为350～400℃，或电除尘出口炉气温度320℃左右。这部分炉气热量的回收利用一直为硫酸工作者所关注。但要回收这部分热量有2个问题需解决：一是防止三氧化硫的冷凝；二是烟尘对传热设备的影响。这2个问题一直阻碍着去涉及这一领域，笔者也一直思考如何回收利用这部分热量。这部分热量如果能利用，不但增加蒸汽产量，而且减轻净化负荷。2007年中明(湛江)化机工程有限公司在400 t／d硫酸装置的锅炉出口安装了1台板式换热器用于预热进沸腾炉的空气，将空气从40℃预热到130℃，回收的热量可多产蒸汽1.1～1.20 t／h，即9 000 t／a左右，增加蒸汽产量约5%，而投资仅30万元左右(包括管道和保温)，取得较好的经济效益，同时较好地解决了三氧化硫冷凝和烟尘堵塞的问题。&&& 1.用板式换热器回收锅炉出口炉气热量预热空气&&& 1.1需注意解决的问题&&& 1)提高炉气侧壁温，防止三氧化硫冷凝。三氧化硫露点，其本质为三氧化硫与水汽结合成硫酸蒸气而冷凝成一定浓度的硫酸。在炉气的条件下，如果冷凝成硫酸其w(H2SO4)一般为90%左右，对普通钢材的腐蚀较为严重，所以无论是省煤器还是换热器都需避免炉气中三氧化硫冷凝。&&& 三氧化硫的露点温度与炉气中的三氧化硫浓度和水蒸气含量有关。炉气中三氧化硫浓度与焙烧条件有关。对于硫铁矿焙烧而言，炉气中的三氧化硫浓度主要与尘的颜色有关，尘色从黑色到棕黑色间(SO3)为0.05%～0.13%，其分压为50～130Pa。&&& 水蒸气含量与空气的含水和矿的含水有关：若空气温度按30℃，相对湿度按80%计算；矿的含水主要是块矿和尾砂的区别，含水按1.0%～6%计算。由此，可计算炉气中水蒸气分压为4 000～9 000 Pa，在三氧化硫露点图上查得三氧化硫露点温度为190～220℃。当然在三氧化硫露点图上查得的露点温度只能作参考。根据有的厂低压锅炉使用经验数据，压力0.8 MPa(表压)的蒸汽温度为175℃，管壁温度应在185℃左右，这样的低压锅炉只要结构合理也能用4～5年。但在实际设计“板换”时应设法使炉气侧的壁温≥200℃，较为安全。&&& 如何能提高炉气二氧化硫侧的壁温呢？这就要从换热器的设计中解决。假如，炉气进板式换热器的温度为320℃，出口温度为250℃，空气进口温度为30℃。如果按正常的设计炉气和空气为逆流，那么低温端壁温的平均温度只有(250＋30)／2＝140℃，这样做不到使炉气侧壁温≥200℃。因此，在设计时采用炉气和空气并流的方式以提高空气进口端炉气侧的壁温，这样平均壁温(320＋30)／2＝175℃，比逆流设计提高了35℃，但还是＜200℃，使用仍然不安全。所以在设计“板换”时，需使炉气侧的给热系数大于空气侧的给热系数，以提高炉气侧壁温。&&& 设空气侧给热系数为α，炉气侧给热系数为1.5α，并设壁温为t。如果不考虑钢板的热阻和污垢影响，在进口端则有：(t-30)α＝(320-t)1.5α，得t＝204℃；在出口端，按热平衡计算空气温度约为130℃，则有：(t-130)α＝(250-t)1.5α，得t＝202℃。如果实际操作中空气温度＜130℃，可以在空气侧装副线，使板式换热器空气出口温度≥130℃。&&& 以上数据说明，采用空气和炉气并流操作，以及设计“板换”炉气侧的给热系数大于空气侧的给热系数，可以使炉气侧壁温高于三氧化硫的露点温度。&&& 在特殊情况下，例如北方冬天鼓风机出口空气温度可能只有0℃，甚至低于0℃该怎么办？可以设计一个用低压蒸汽加热的空气预热器，先将空气预热到30～40℃，然后再进板式换热器加热，则可确保板式换热器炉气侧壁温高于三氧化硫露点温度。&&& 2)防止炉气中的尘粘附在板壁上造成堵塞。&&& 利用锅炉出口或电除尘出口炉气余热，必须考虑尘对换热器的影响。用板式换热器可以较好地解决这一问题，因为带尘气体是自上而下流动，尘也随气流而运动。且尘还有一个重力作用，所以只要不产生冷凝酸，尘就不容易粘附在板壁上。在设计时气体流道还装有加强气体湍流的装置，使尘不易附在壁上。&&& 1.2用板式换热器回收炉气热量的效果板式换热器参数：&&& 硫酸产量17.0 t／h&&& 炉气含尘30 g／m3(标态)&&& 炉气进出温度317～250℃&&& 空气进出温度40～130℃&&& 炉气侧压降450Pa&&& 根据酸产量计算空气量26 000～27 000 m3／h回收热量3.0×106～3.15×106 kJ／h这台板式换热器使用半年多来进出气体温度没有什么变化，说明传热系数没有下降，基本没有尘粘附在板壁上。同时也可以说明板式换热器器壁上没有冷凝酸，否则，尘就会粘附在上面。从这一点分析，我们设计的板式换热器应能长期使用，当然还要经更长时间的考验。&&& 2.低温位热能利用的热力学分析&&& 硫酸生产过程有大量的低温位废热，把这部分废热利用起来或部分利用起来，对于提高硫酸生产过程的蒸汽产量，从而提高发电量具有很好的经济效益。本文提到：利用锅炉出口或电除尘出口炉气热量来预热进沸腾炉的空气；用干吸热量来预热汽轮机出来的软水，将其预热到100℃左右；利用转化省煤器将锅炉给水泵出来的104℃水预热到170～180℃。这几项热能利用如果都能很好做到，可以增加蒸汽产量20%左右，且节省了除氧器的蒸汽，实际发电量增加值超过20%。&&& 2.1预热空气的热力学分析&&& 设进沸腾炉的空气为40℃，焙烧过程可做出(1-T0／T)-Q图(见图1)。&&& 炉气可用能为：Ex＝∫(1-T0／T)dQ式中T0———环境温度，298K；&&& T———介质温度，K；&&& Q———介质热量，kJ／h。&&& 可以用图解积分AB为炉气的热量，可用能为ABB3A这块面积；AD为锅炉出口烟气带走的热量，其可用能为ADD1A这块面积；CB段为沸腾层蒸发管移走的热量，可用能为CBB3C1C这块面积；曲线以上至双点划线这块面积为焙烧过程可用能损失。现在将空气进行预热，热量为AA2，使沸腾层炉气增加热量为BB1，显然AA2＝BB1。但这二者可用能差别就很大，空气预热后的可用能面积为AA1A2A，而因空气预热炉气增加的可用能为BB1B2B3B，显然后者大于前者很多。2.2锅炉传热过程和汽包汽水混合的热力学分析以上炉气不是我们所能获得的可用能，实际所能获得的为蒸汽可用能，这里还有锅炉传热过程和汽包中汽水混合的可用能损失&&& 中蒸汽可用能面积为DD2E1G1H2H1B4B1D，其中H1B4B1HH1为沸腾炉产生蒸汽的可用能；G1H2H1G1为过热蒸汽和饱和蒸汽可用能之差。这里传热过程可用能损失为&&& D2D1B2B4B5H1H2G1D2这块面积；而汽包中汽水混合时热量没有变化，但产生可用能损失，其面积为DD2E1D，这里因为进汽包水为常温水，温度低于饱和蒸汽的温度，混合时产生熵增，引起可用能的损失。&&& 如果将进汽包的水进行预热，因这部分热量是从锅炉以外得到的，所以热量线可向左延伸，假定进汽包的水在锅炉以外预热到蒸汽的饱和温度，那么这时汽包中就没有可用能损失，并且增加了FD这段热量，可用能增加了FD2DF这块面积。通常锅炉给水在除氧器中预热到104℃，而现在利用转化的余热将给水预热到170～180℃，既增加了热量，同时减少了汽包中汽水混合的可用能损失。以上分析提高锅炉给水温度，是减少了汽包中蒸汽的冷凝量，从而增加蒸汽产量，也就减少汽包中汽水混合时的熵增，减少可用能的损失，提高锅炉给水温度，从而提高蒸汽产量的过程，并没有增加锅炉的蒸发量。锅炉蒸发量是由蒸发管的面积、饱和水温度(或饱和蒸汽温度)和炉气温度决定的。因此，给水温度高低只与汽包中汽水混合过程有关，而与蒸发管的蒸发过程无关。因此，在转化系统装省煤器，无论新旧锅炉，其锅炉本体的蒸发面积均不变。但因为给水温度提高了，实际蒸汽产量提高了。需注意的是锅炉给水温度提高了，用于产生减温水的冷凝器面积就需进行调整。因为原来减温水是用104℃的水与250℃左右的饱和蒸汽进行热交换，使饱和蒸汽冷凝成水，现在用170～180℃的水与饱和蒸汽进行热交换，Δt减少了，故产生减温水的冷凝器面积需增加。&&& 2.3蒸汽热能转化为机械能的可用能分析&&& 利用炉气来预热进沸腾炉的空气，把转化余热用来预热锅炉给水，可增加中压蒸汽产量20%左右。因为蒸汽产量增加了，除氧器消耗的蒸汽量也增加了，如果将干吸余热来取代除氧器消耗的蒸汽，那么增加的发电量就超过20%，综合经济效益更明显。当然蒸汽的热量不能全部作为机械能，蒸汽的有效能面积为FD2G1H2H1B4B1，减去乏汽可用能面积FMNL，两者之差的面积表示蒸汽热能可转化为机械能对外做功的面积&&& 3.结语&&& 低温废热的利用是以锅炉为中心的，其利用量受锅炉参数的限制。预热空气温度受到锅炉出口炉气温度和三氧化硫露点温度的限制；而锅炉给水温度受锅炉饱和蒸汽温度的限制，当然在硫铁矿制酸系统转化余热用来预热锅炉给水不太可能达到蒸汽饱和温度。预热空气和预热锅炉给水这两部分热量均可直接增加中压蒸汽产量。而干吸虽有大量低温废热可供利用，但受到锅炉综合产汽量的限制，空气预热和锅炉给水预热提高了锅炉产汽量，这也就增加了干吸低温废热的利用量。当然，干吸废热利用受酸温限制和一些技术问题需解决。总之，硫酸废热利用应综合考虑，才能提高其经济效益。
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浅析约旦联合化工项目400 t/d硫酸装置大管道系统气密试验
【摘要】：介绍约旦硫酸装置的大管道系统的气密性试验,由于该系统复杂,涉及到的管道和设备多,采用一般施工用的空压机对复杂的管道系统进行气密性试验非常成功,为以后类似的管道气密性试验积累了宝贵经验。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TQ111.16【正文快照】：
1概况约旦联合化工项目400 t/d硫酸厂是由四川省化工设计院进行设计完成,装置内的设备、管道、阀门等所有材料都在国内进行采购,并运输至现场进行安装。硫酸装置是由熔硫工段、焚硫工段、转化工段及干吸工段组成。在后3个工段内,大管道(本文中的大管道是指管道直径大于或等于D
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