冶炼烟气制酸转化工序余热的回收再利用


来源:烟气余热利用   时间:2020-07-31 15:24:53


某冶炼厂原有一系列、二系列制酸系统是利用冶炼工段的闪速炉和转炉烟气,经余热锅炉和电收尘,再经净化、转化和吸收工序进行制酸。烟气转化后的多余热量通过SO3冷却后排入大气,烟气中的余热不但没有回收加以利用,反而还消耗大量能源,既增加了生产成本,又浪费了能源。

另一方面,该企业原有的冶炼工艺过程需消耗大量的低压蒸汽,厂区的蒸汽90%由燃煤锅炉提供,在能源供应十分紧缺的今天,对低温烟气的余热回收及利用显得极为重要。

在众多形式的余热锅炉中,热管技术在低温烟气余热回收中的应用显示出其显著的特点和优势。

一、热管特点

1、热管简介及工作原理

热管是一种具有特高导热性能的新颖传热元件。热管起源于二十世纪六十年代的美国,1967年一根不锈钢——水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功,热管理论一经提出就得到了各国科学家的高度重视,并展开了大量的研究工作,使得热管技术得以很快发展。热管技术开始主要用于航天航空领域,我国自二十世纪70年代开始对热管进行研究,自80年代以来相继开发了热管气-气换热器、热管气-水换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等各类热管产品,使得热管在建材工业、冶金工业、化工及石油化工、动力工程、纺织工业、玻璃工业、电子电器工程等领域内得到广泛的应用。

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图1 热管结构

热管结构如图1所示。由管壳、封头、吸液芯、工质等组成。管内有工质,工质被吸附在多孔的毛细吸液芯内,一般为气、液两相共存,并处于饱和状态。对应于某一个环境温度,管内有一个与之相应的饱和蒸汽压力。热管与外部热源相接触的一端,称为蒸发段;与被加热体相接触的一端,称为冷凝段。热管从外部热源吸热,蒸发段吸液芯中工质蒸发,局部空间的蒸汽压力升高,管子两端形成压差,蒸汽在压差作用下被驱送到冷凝段,其热量通过热管表面传输给被热体,热管内工质冷凝后又返回蒸发段,形成一个闭式循环,包括三个过程:

吸热段液相工质吸热蒸发;

被蒸发的工质在放热段放热冷凝;

冷凝的工质又返回吸热段再蒸发。

因热管的热力循环是在一个封闭的管内实现的,对外界环境而言,热管自高温热源处吸收热量,在低温段放出热量。热管仅是热量传输的工具,工质则是热量传输的载体,驱动工质循环的动力是管两端的温差。

2、热管的优点

1)超强的导热性:导热速度快、强度大、效率高,导热速度可达到音速。

2)良好的等温性:良好的等温性使热管在很小的温差下,传递很大的热通量,传热阻力小。

3)热流密度可变性:热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积,即以较小的加热面积输入热量,而以较大的冷却面积输出热量,或者热管可以较大的传热面积输入热量,而以较小的冷却面积输出热量。

4)安全可靠性:不存在管内超压,不怕干烧。液体工质汽化后,热管的内压不随温度的变化而变化。

5)环境的适应性:不受环境的限制,热管可根据环境的需要而单独设计。

6)应用领域广。超导热管形状具有更大的灵活性,更广泛的应用领域,能适应各种恶劣的工作环境

3、热管系统的基本特点

1)热量从高温介质转移到低温介质,完全由热管元件完成,低温介质被间接加热。

2)系统中热管元件间相互独立,单根或数根热管失效不影响整个装置的运行。

3)由于热管的单向导热性,热量的传输只能由受热段传至放热段。

4)热管外壁采用高频焊翅片,强化传热,传热效率高,热侧阻力小,设备结构紧凑。

5)热量的传输过程不需要任何外界动力,运行管理简单。

6)热侧换热面积可调,可以在一定范围内调节换热管管壁温度,有效防止低温露点腐蚀。

二、热管余热锅炉(热管蒸发器)

热管式余热锅炉(热管蒸发器)是由若干组热管联箱同其外壳组装而成。其中每组热管联箱又由若干根热管组成的,为增大传热面积,其加热外表面一般都焊有若干片高频焊环形翅片,各热管之间彼此独立,构成各自独立封闭传热系统,其典型结构如图2所示。

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图2 热管余热锅炉结构示意图(分体式)

由于上述结构的特点,使其具有以下优点:

1)热管由于外壁带有螺旋翅片,增加了传热面积,单根传热强度大(相对光管);

2)工作介质玄幻是依靠地球重力和压差作用,无需外加动力,无机械运行部件,增加了设备的可靠性,也极大的减少了运行费用。

3)由于其冷、热两端热阻方便可调,便于控制管壁温度,从而有效地解决了设备的露点腐蚀。

4)根据工艺要求,可以进行顺、逆流混合布置,适应较宽的温度范围。

5)热交换系统由众多热管组装而成,各热管之间相互独立,一根或几根热管损坏或失效不影响整个系统的安全运行,只是余热锅炉整体效率会略有降低而已。

6)由于采用上升管、下降管连接汽包结构,使设备水侧能承受较高的压力范围。

7)外壳为钢板连续焊制,设有密封检查门,便于设备清灰。

三、热管余热锅炉(热管蒸发器)的应用

1、烟气参数

该企业原有制酸系统转化烟气参数见表1所示:

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表1 制酸系统转化烟气参数

从表1可以看出来转化烟气具有以下特点:

1)烟气温度低;

2)几乎不含尘、不含水;

3)SO3浓度高;

4)烟气连续但波动量大;

5)烟气可利用的温差小。

2、热管余热锅炉参数

为了充分回收一系列、二系列制酸系统的中、低温烟气余热,共设置3台热管余热锅炉,取代原系统中的热交换器、SO3冷却器和SO3冷却风机,在满足制酸工艺要求的同时,利用烟气余热生产饱和蒸汽。

热管余热锅炉技术参数见表2。

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表2 热管余热锅炉技术参数

四、改造后节能效益

自3台热管余热锅炉正式投运至今,均达到设计的额定产汽量,可产1.27MPa饱和蒸汽180000吨/年,,可节约标煤20300吨/年,同时可节约电耗1383000KW.h/年,相当于节约标煤526吨/年。

热管余热锅炉投产后可减少烟气排放量290×104Nm3/年,减少烟尘排放量868吨/年,减少SO2排放量303吨/年,在很大程度上减少了污染物的排放,改善了厂区环境。

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