CN101749690A - 高温高含硫炉气废热利用方法及装置 - Google Patents

高温高含硫炉气废热利用方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可有效实现焚烧硫磺或焙烧硫化矿制造二氧化硫设备中高温高含硫炉气的降温，并可大大提高废热利用效率、减少排放污染的废热利用方法及装置，炉气经包括蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器及给水预热器在内的四级换热后，精确有效地实现降温，并同时产生过热蒸汽，预热送入焚烧炉或焙烧炉的空气，集中收集凝结浓硫酸，有效提高了高温炉气的废热利用效率和经济效益；装置具有抗硫酸露点腐蚀能力及高温抗腐蚀能力，维修方便。

Description

高温高含硫炉气废热利用方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于冶金、化工领域的余热回收方法，尤其涉及一种针对焚烧硫磺或焙烧硫化矿制造二氧化硫设备中的高温高含硫炉气的废热利用方法。
本发明还涉及一种实现上述废热利用方法的装置。
背景技术
焚烧硫磺或焙烧硫化矿的炉气含较高成分的SO2，该炉气的硫酸露点一般在220℃，即相应的换热元件表面温度在220℃以下时，会凝结大量浓硫酸，这将会严重腐蚀换热元件。
为避免上述酸露点腐蚀，现有方法通常是通热交换补偿方式，例如200710192602.1所提供的一种抗露点腐蚀余热回收系统，来调控换热元件的表面温度高于硫酸露点，避免浓硫酸产生。此类余热回收方法均是以牺牲回收效率为代价，来避免腐蚀。
然而在焚烧硫磺或焙烧硫化矿制造二氧化硫工序的后续工序是生产亚硫酸盐时，必须将炉气温度降到60℃以下，末端换热元件的工作温度将大大低于硫酸露点温度，采用现有的炉气余热回收系统，将无法同时解决高含硫高温炉气降温和换热元件抗腐蚀问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效实现焚烧硫磺或焙烧硫化矿制造二氧化硫设备中高温高含硫炉气的降温，并可大大提高废热利用效率、减少排放污染的废热利用方法。
本发明所述高温高含硫炉气废热利用方法，包括以下步骤：
(1)炉气经蒸汽发生器、蒸汽过热器两级换热后，炉气温度降到高于硫酸露点以上的温度；由蒸汽发生器产生并由蒸汽过热器加热的过热蒸汽向用户输出；
(2)炉气继续进入空气预热器换热，炉气温度降至硫酸露点以下；加热后的空气被送入焚硫炉或焙烧炉内；
(3)炉气再继续进入给水预热器换热，炉气温度降至后道生产工序所需温度；预热后的除氧水被送至设置在蒸汽发生器进水端的汽包内；
(4)在空气预热器和给水预热器的底部设置排酸口，收集凝结的浓硫酸。
为便于集中解决换热元件低温露点腐蚀问题，并综合提高各换热器的换热效率，本发明上述步骤中：炉气经蒸汽发生器换热后，炉气温度降至300℃-320℃；再经蒸汽过热器换热后，炉气温度降至250℃-270℃；炉气继续进入空气预热器换热，炉气温度降至150℃-170℃。
本发明通过设置包括蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器及给水预热器在内的四级换热，精确有效地实现了高温炉气的降温，炉气可从1000以上℃降至60℃以下，并同时产生2.5MPa、450℃以下的过热蒸汽，入焚烧炉或焙烧炉的空气可提高到150℃，有效提高了高温炉气的废热利用效率；此外，集中方便地收集凝结的浓硫酸，也减少排放污染，利于副产品的再利用，使炉气废热回收的经济效率进一步提高。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种可实现上述高温高含硫炉气废热利用方法的装置。
本发明所述的高温高含硫炉气废热利用装置，包括蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器、给水预热器及汽包；炉气通道依次连接蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器及给水预热器；空气预热器的热空气出口与焚硫炉或碚烧炉进风口连通，给水预热器的热水出口与汽包连接；空气预热器及给水预热器的底部设置排酸口。
为同时避免处于酸露点以下工作温度的换热元件的腐蚀，本发明所述的空气预热器以热管为传热元件，热管为碳钢光管或翅片管，其吸热段外表面烧镀搪瓷；所述空气预热器的炉气通过部分的壳体内表面敷设耐酸保温不定形浇注料保护层；所述空气预热器的空气通过部分的壳体外表面敷设保温层。所述给水预热器以热管为传热元件；热管的吸热段为碳钢光管或翅片管，表面烧镀搪瓷；热管的放热段为光管并套装碳钢套管，水从套管内经过；所述给水预热器的壳体内表面敷设耐酸保温不定形浇注料保护层。
本发明对处于露点温度以下的空气预热器和给水预热器，采用表面烧镀搪瓷的热管作为换热元件，同时在壳体内表面敷设耐酸保温不定形浇注料保护层，有效克服了浓硫酸的腐蚀。
为了同时避免换热元件可能出现的高温腐蚀，本发明高温部分的换热元件可采用渗铝技术，即：所述蒸汽发生器以热管为传热元件，热管的吸热段为光管或翅片管，材料为碳钢或碳钢表面渗铝。热管的放热段为光管，外侧套装碳钢套管，水或蒸汽从套管内经过；所述蒸汽发生器壳体内表面敷设耐高温不定形浇注料保护层。
本发明所述蒸汽过热器可以光管或翅片管制成蛇形管作为传热元件；所述蛇形管材料为碳钢，其外表面烧镀搪瓷；蒸汽过热器的壳体外表面敷设保温层。
根据实际工况，所述空气预热器可为多台串联；各空气预热器之间用空气预热器间炉气过渡段和空气预热器间空气过渡段连接。
另外，所述空气预热器和给水预热器的壳体底部的耐酸保温不定形浇注料保护层呈斜坡，其具有一与水平面成夹角的上表面；在壳体底部的最低点设排酸口，以收集空气预热器和给水预热器内凝结的浓硫酸。
如上所述，本发明中的部分设备内部采用了不定形浇注料保温，没有使用不定形浇注料保温地方，包括各管道，需进行外保温。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、具有抗高温硫腐蚀和低温硫酸露点腐蚀能力；
2、本发明所述的空气预热器和给水预热器中的搪瓷热管基本上工作在硫酸露点以下，在低温硫酸露点以下工作的搪瓷热管拆换方便；
3、可集中方便地收集凝结的浓硫酸。
附图说明
图1是本发明所述装置的整体结构示意图。
图中：1-蒸汽发生器炉气进口；2-蒸汽发生器；3-蒸汽发生器炉气出口；4-蒸汽过热器炉气进口；5-蒸汽过热器；6-蒸汽过热器炉气出口；7-空气预热器炉气进口；8-空气预热器；9-过渡段；10-给水预热器；11-给水预热器炉气出口；12-空气预热器空气进口；13-空气预热器空气出口；14-给水预热器进水管；15-给水预热器出水管；16-蒸汽发生器进水管；17-蒸汽发生器蒸汽管道；18-汽包；19-蒸汽过热器蒸汽进口管道；20-蒸汽过热器蒸汽出口管道；21-排酸口；22-耐酸保温浇注层；23-空气预热器间炉气过渡段；24-空气预热器间空气过渡段。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述装置包括蒸汽发生器2、蒸汽过热器5、空气预热器8、给水预热器10及汽包18。
如图1所示，蒸汽发生器炉气进口1与焚硫炉或焙烧炉的高温炉气出口连接；蒸汽发生器炉气出口3与蒸汽过热器炉气进口4连接；蒸汽过热器炉气出口6与空气预热器炉气进口7连接；空气预热器8和给水预热器10由过渡段9连接；给水预热器炉气出口11与后续设备的炉气进口连接。
如图1所示，空气预热器空气进口12与风机出口连接；空气预热器空气出口13与焚硫炉或焙烧炉的空气进口连接。
如图1所示，给水预热器出水管15连接汽包18；蒸汽发生器进水管16与汽包18连接；蒸汽发生器2产生的蒸汽由蒸汽发生器蒸汽管道17输回汽包18；蒸汽过热器蒸汽进口管道19与汽包18连接；蒸汽过热器5通过蒸汽过热器蒸汽出口管道20向外输出蒸汽。
如图1所示，空气预热器8和给水预热器10的底部，以及过渡段9的底部的耐酸保温浇注层22可制成斜坡，在最低点设排酸口21。将排酸口21设置在过渡段9中部，可避免凝结的浓硫酸集存影响到空气预热器8和给水预热器10的换热元件。
在实际使用中，如在焚烧液态硫磺产生二氧化硫，并利用二氧化硫制造亚硫酸铵的化工设备运行过程中，先将液态硫磺喷入焚硫炉内燃烧，生成SO2，焚硫炉出口炉气温度约1000℃。如图1所示，该高温炉气经蒸汽发生器炉气进口1进入蒸汽发生器2，炉气和蒸汽发生器的热管换热，温度降至300℃后出蒸汽发生器炉气出口3，通过蒸汽过热器炉气进口4进入蒸汽过热器5，经过和蒸汽过热器的蛇形换热管换热，炉气温度降至250℃，出蒸汽过热器炉气出口6。250℃的炉气通过空气预热器炉气进口7进入空气预热器8，经过和空气预热器的热管换热炉气温度降至150℃。150℃的炉气通过空气预热器和给水预热器过渡段9进入给水预热器10，经过和给水预热器的热管换热炉气温度降至60℃以下。最后60℃炉气经过给水预热器炉气出口11进入下一工艺流程。
由于炉气中有水分和SO3，当空气预热器和给水预热器的壁温低于硫酸露点时，约220℃左右，有大量浓硫酸凝结。因此，每天可通过设置在空气预热器和给水预热器底部的排酸口21收集浓度93％的浓硫酸200公斤以上。
如图1所示，空气由风机通过空气预热器空气进口12送入空气预热器8，经过和空气预热器的热管换热空气温度升至150℃左右，后经空气预热器空气出口13输出，并进入焚硫炉。
如图1所示，除氧水由给水预热器进水管14进入给水预热器10，和给水预热器的热管换热，水温由20℃提高到45℃，通过给水预热器出水管15进入汽包。汽包中的水通过蒸汽发生器进水管16进入蒸汽发生器2，经过和蒸汽发生器的热管换热，产生185℃的蒸汽。蒸汽通过蒸汽发生器蒸汽管道17进入汽包18。汽包18中蒸汽通过蒸汽过热器蒸汽进口管道19进入蒸汽过热器5。蒸汽过热器5将185℃的蒸汽加热至210℃。最后过热蒸汽通过，蒸汽通过过热器蒸汽出口管道20向外输送。

Claims (8)

1.一种用于焚硫炉或焙烧硫化矿设备的高含硫高温炉气废热利用方法，包括以下步骤：
(1)炉气经蒸汽发生器、蒸汽过热器两级换热后，炉气温度降到高于硫酸露点以上的温度；由蒸汽发生器产生并由蒸汽过热器加热的过热蒸汽向用户输出；
(2)炉气继续进入空气预热器换热，炉气温度降至硫酸露点以下；加热后的空气被送入焚硫炉或焙烧炉内；
(3)炉气再继续进入给水预热器换热，炉气温度降至后道生产工序所需温度；预热后的除氧水被送至设置在蒸汽发生器进水端的汽包内；
(4)在空气预热器和给水预热器的底部设置排酸口，收集凝结的浓硫酸。
2.根据权利要求1所述的高含硫高温炉气废热利用方法，其特征在于：炉气经蒸汽发生器换热后，炉气温度降至300℃-320℃；再经蒸汽过热器换热后，炉气温度降至250℃-270℃；炉气继续进入空气预热器换热，炉气温度降至150℃-170℃。
3.一种实现如权利要求1或2所述的高含硫高温炉气废热利用方法的装置，其特征在于：包括蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器、给水预热器及汽包；炉气通道依次连接蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器及给水预热器；空气预热器的热空气出口与焚硫炉或碚烧炉进风口连通，给水预热器的热水出口与汽包连接；空气预热器及给水预热器的底部设置排酸口。
4.根据权利要求3所述的高含硫高温炉气废热利用装置，其特征在于：所述的空气预热器以热管为传热元件，热管为碳钢光管或翅片管，其吸热段外表面烧镀搪瓷；所述空气预热器的炉气通过部分的壳体内表面敷设耐酸保温不定形浇注料保护层；所述空气预热器的空气通过部分的壳体外表面敷设保温层；所述给水预热器以热管为传热元件；热管的吸热段为碳钢光管或翅片管，表面烧镀搪瓷；热管的放热段为光管并套装碳钢套管，水从套管内经过；所述给水预热器的壳体内表面敷设耐酸保温不定形浇注料保护层。
5.根据权利要求4所述的高含硫高温炉气废热利用装置，其特征在于：所述蒸汽发生器以热管为传热元件，热管的吸热段为光管或翅片管，材料为碳钢或碳钢表面渗铝；热管的放热段为光管，放热段外侧套装碳钢套管，水或蒸汽从套管内经过；所述蒸汽发生器的壳体内表面敷设耐高温不定形浇注料保护层。
6.根据权利要求4所述的高含硫高温炉气废热利用系统装置，其特征在于：所述蒸汽过热器以光管或翅片管制成蛇形管作为传热元件；所述蛇形管材料为碳钢，其外表面烧镀搪瓷；蒸汽过热器的壳体外表面敷设保温层。
7.根据权利要求4所述的高含硫高温炉气废热利用装置，其特征在于：所述空气预热器为多台串联；各空气预热器之间用空气预热器间炉气过渡段和空气预热器间空气过渡段连接。
8.根据权利要求4所述的高含硫高温炉气废热利用装置，其特征在于：所述空气预热器和给水预热器的壳体底部的耐酸保温不定形浇注料保护层呈斜坡，其具有一与水平面成夹角的上表面；在壳体底部的最低点设排酸口。
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