JP5984506B2 - Utilization method and system of waste heat in sulfuric acid production facility - Google Patents
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Description
本発明は、硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムに関し、さらに詳しくは、銅等の金属製錬工程で発生する亜硫酸ガス(SO2)を含む排ガスを利用して硫酸を製造する硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムであって、金属製錬設備及び硫酸製造設備に設けられた各廃熱ボイラによって生成させた蒸気を蒸気タービンに導入して発電を行うと共に蒸気の一部を脱気器に吹き込んで廃熱ボイラに送る純水を加温する硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility, and more specifically, sulfuric acid for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process such as copper. A method and system for utilizing waste heat in a production facility, wherein steam generated by each waste heat boiler provided in a metal smelting facility and sulfuric acid production facility is introduced into a steam turbine to generate power and The present invention relates to a method and system for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility for heating pure water that is blown into a deaerator and sent to a waste heat boiler.
例えば、銅製錬工場では、銅製錬工程で発生するSO2を含む排ガスを利用して硫酸の製造が行われている。銅製錬工程で発生するSO2を含む排ガスは除塵・洗浄・冷却された後、硫酸製造工程に導入される。硫酸製造工程では、図1に示すように、乾燥塔101で排ガス中の残存水分が循環濃硫酸により除去され、熱交換器103a,103bを介して昇温された後、転化器110に導入される。転化器110内には図示しない触媒が充填されており、SO2はSO3へと転化され、この際多量の熱が発生する。この熱は前述のように熱交換器103a,103bを介して低温側の排ガスの昇温に用いられる。そして、温度の低下したSO3とSO2の混合ガスは第1吸収塔121に導入される。第1吸収塔121では循環濃硫酸との直接接触によりガス中のSO3は濃硫酸に吸収され、ガス顕熱も濃硫酸側へ移行する。そして、未吸収のSO2は昇温された後、再び転化器110に導入され、転化されたSO3は第2吸収塔122で循環濃硫酸に吸収された後、煙突130から排出される。
For example, in a copper smelting factory, sulfuric acid is produced using exhaust gas containing SO 2 generated in a copper smelting process. The exhaust gas containing SO 2 generated in the copper smelting process is introduced into the sulfuric acid manufacturing process after dust removal, washing and cooling. In the sulfuric acid production process, as shown in FIG. 1, residual moisture in the exhaust gas is removed by circulating concentrated sulfuric acid in the
また、乾燥塔101、第1吸収塔121及び第2吸収塔122で回収された熱は酸クーラー105,125,126にて循環濃硫酸と海水との熱交換により、系外にカットされている。
The heat recovered in the
硫酸製造工程では、SO3の生成熱、SO3の吸収熱が多量に発生し、循環酸と海水との熱交換により系外カットしているが、発生した余剰熱は以下の方法によって回収を行っていた。すなわち、転化器110の第2層を出た高温のガスは、第4熱交換器(4HE)103dを通り、第1吸収塔101へ導入される。第1吸収塔101を出た低温のガスは再び第4熱交換器103dを通り、第2層からの出口ガスと熱交換して第3層に入る。この第4熱交換器103dと並列に熱交換器103eを設置し、余剰熱にて大気中の空気を昇温し、鉱石乾燥用の空気に使用することで製錬工程の重油使用量削減を図っていた。
The sulfuric acid production process, heat of formation of SO 3, absorption heat a large amount of occurred SO 3, but are outside of the system cut by heat exchange with the circulating acid and the sea water, the collecting excess heat generated by the following method I was going. That is, the high-temperature gas exiting the second layer of the
しかしながら、銅製錬の原料となる銅精鉱に含まれる銅の品位は年々低下する傾向にある一方で硫黄の品位は上昇する傾向にある。硫黄の品位が上昇すると既存設備における硫酸生産能力を超えて排出される排ガスに含まれるSO2の量が増加することから触媒を充填したプレコンバータ111を新たに設置して、負荷増分を転化させるとともに、その反応余剰熱を硫酸プレコンボイラ(廃熱ボイラ)140で回収する構成を導入した。硫酸プレコンボイラ140で発生した高圧蒸気は飽和蒸気タービンによる発電用に用いられ、買電電力の削減を図ることとした。 However, the quality of copper contained in copper concentrate as a raw material for copper smelting tends to decrease year by year, while the quality of sulfur tends to increase. If the sulfur grade rises, the amount of SO 2 contained in the exhaust gas discharged exceeding the sulfuric acid production capacity in the existing equipment will increase, so a new pre-converter 111 filled with a catalyst will be installed to convert the load increment. And the structure which collect | recovers the reaction surplus heat with the sulfuric-acid precomboiler (waste heat boiler) 140 was introduced. The high-pressure steam generated in the sulfuric acid pre-comboiler 140 is used for power generation by a saturated steam turbine, and the purchased power is reduced.
具体的には、図2に示すように、自溶炉ボイラ141、転炉ボイラ142、硫酸プレコンボイラ140の各廃熱ボイラから発生した蒸気は一部工場用に使用され、残りは蒸気タービン150にて発電用に使用される。復水ポンプ151により純水タンク160に各所蒸気ドレン155と共に回収され、不足分は純水装置157で純水を製造して補加される。純水タンク160からは30〜45℃の純水が純水供給ポンプ161によって60〜90t/hで脱気器130に送られ、溶存酸素を取り除くために蒸気が吹き込まれて約103℃以上に加熱される。そして、約105〜110℃に加熱された純水はポンプ131にて加圧されて各廃熱ボイラ141,142,140に送水される。
Specifically, as shown in FIG. 2, steam generated from the waste heat boilers of the
一方、硫酸製造設備における熱回収方法としては、例えば特許文献1に示すものがある。特許文献1の硫酸製造設備における熱回収方法は、硫黄を燃焼させて硫酸を製造する工程、すなわち、硫酸製造をメインとした製造工程において熱回収を図ることを目的とした方法である。
On the other hand, as a heat recovery method in a sulfuric acid production facility, for example, there is one disclosed in
また、硫酸やリン酸などの酸性溶液の酸冷却器としては、例えば、特許文献2に示すものがある。 Moreover, as an acid cooler of acidic solutions, such as a sulfuric acid and phosphoric acid, there exists a thing shown in patent document 2, for example.
銅製錬工程で発生するSO2を含む排ガスを利用した硫酸の製造方法を含む排ガスを利用した硫酸の製造工程において上述したような余剰熱回収を行っていたが、海水を通しての系外カットが依然多い状況であった。そのため、さらなる余剰熱の回収を図ることが期待されていた。 In the sulfuric acid production process using the exhaust gas including the sulfuric acid production process using the exhaust gas containing SO 2 generated in the copper smelting process, the excess heat recovery as described above was performed, but the outside cut through the seawater still remains. There were many situations. Therefore, it was expected that further excess heat could be recovered.
また、これまで純水加熱に使用していた各廃熱ボイラ141,142,140からの脱気器への吹き込み蒸気量は、8〜12t/hと多いという問題があった。これを蒸気タービン150へ回せれば発電効率のさらなる増加が見込める。
Moreover, there has been a problem that the amount of steam blown into the deaerator from each of the
この場合、酸クーラーによる熱交換によって純水を予熱して脱気器130への高温の供給水とすることで各廃熱ボイラ140,141,142からの脱気器130への吹き込み蒸気量を減らすことができると考えられるが、循環酸と純水の間で熱交換を行う酸クーラーに万一リークが発生し、循環酸側に純水が混入してしまうと希釈熱の発生による突沸が起こり、圧力の急激な上昇によって配管が破裂するおそれがある。また、循環酸である硫酸は濃度が薄くなると腐食速度が上がることから循環酸側への純水の混入は避ける必要がある。
In this case, pure water is preheated by heat exchange with an acid cooler to obtain high-temperature supply water to the
さらに、金属製錬をメインとし、その排ガスを利用して副産物として硫酸を製造する工場においては金属製錬工程で発生するSO2を含む排ガスの量は金属製錬の操業状況によって大きく変動することからSO2の量をコントロールすることは極めて困難であるという問題があった。 Furthermore, in a factory that mainly uses metal smelting and produces sulfuric acid as a by-product using the exhaust gas, the amount of exhaust gas containing SO 2 generated in the metal smelting process varies greatly depending on the operation status of the metal smelting. Therefore, there is a problem that it is extremely difficult to control the amount of SO 2 .
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、自溶炉ボイラ、転炉ボイラ、硫酸プレコンボイラ等の各廃熱ボイラから発生した蒸気を最大限蒸気タービンに導入することにより余剰熱の有効利用を図ると共に、循環する純水が循環酸に入り込むおそれのない硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, a flash smelting furnace boiler, converter boiler, flax surplus by introducing steam generated from the waste heat boiler, such as sulfuric Purekon boiler full steam turbine An object of the present invention is to provide a method for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility and a system therefor, in which it is possible to effectively use heat and there is no possibility of circulating pure water entering a circulating acid.
また、本発明は、金属製錬の操業状況によって金属製錬工程で発生するSO2を含む排ガスの量が大きく変動しても効率よく廃熱を回収することが可能な硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムを提供することを目的とする。 The present invention also provides waste heat in a sulfuric acid production facility that can efficiently recover waste heat even if the amount of exhaust gas containing SO 2 generated in the metal smelting process varies greatly depending on the operation status of the metal smelting process. It is an object of the present invention to provide a usage method and a system thereof.
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、金属製錬工程で発生する亜硫酸ガス(SO 2 )を含む排ガスを利用して硫酸を製造する硫酸製造設備における廃熱の利用方法であって、金属製錬設備及び硫酸製造設備に設けられた各廃熱ボイラによって生成させた蒸気を蒸気タービンに導入して発電を行うと共に前記蒸気の一部を脱気器に吹き込んで前記各廃熱ボイラに送る純水を加温する硫酸製造設備における廃熱の利用方法において、
純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を酸クーラーにおいて高温の循環酸と熱交換させて前記純水を予め加熱してから前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させ、さらに、前記酸クーラーを通過した前記純水のpHを測定するためのpHメータを設けると共に、純水タンクから前記酸クーラーを通らずに直接前記脱気器に至るバイパス流路を設け、前記pHメータにより前記酸クーラーを通過した前記純水に異常があった場合には前記純水タンクから前記酸クーラーへの純水の流れを遮断して前記バイパス流路を介して前記脱気器へ送るようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in
Pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump is heat-exchanged with a high-temperature circulating acid in an acid cooler to preheat the pure water, and then sent to the deaerator to blow into the deaerator. By reducing the amount of steam and introducing the amount into the steam turbine, the power generation amount of the steam turbine is increased, and a pH meter is provided for measuring the pH of the pure water that has passed through the acid cooler. In addition, a bypass flow path is provided from the pure water tank directly to the deaerator without passing through the acid cooler, and when there is an abnormality in the pure water that has passed through the acid cooler by the pH meter, the pure water The flow of pure water from the tank to the acid cooler is cut off and sent to the deaerator through the bypass flow path.
上記目的を達成するため請求項2に記載の発明は、金属製錬工程で発生する亜硫酸ガス(SO 2 )を含む排ガスを利用して硫酸を製造する硫酸製造設備における廃熱の利用方法であって、金属製錬設備及び硫酸製造設備に設けられた各廃熱ボイラによって生成させた蒸気を蒸気タービンに導入して発電を行うと共に前記蒸気の一部を脱気器に吹き込んで前記各廃熱ボイラに送る純水を加温する硫酸製造設備における廃熱の利用方法において、純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を酸クーラーにおいて高温の循環酸と熱交換させて前記純水を予め加熱してから前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させると共に、前記酸クーラー内に導入する前記循環酸の圧力を前記純水の圧力よりも相対的に高くなるようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 2 is a method for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process. Then, steam generated by each waste heat boiler provided in the metal smelting equipment and sulfuric acid production equipment is introduced into a steam turbine to generate electric power, and a part of the steam is blown into a deaerator to each waste heat. In a method of using waste heat in a sulfuric acid production facility for heating pure water to be sent to a boiler, the pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump is heat-exchanged with a high-temperature circulating acid in an acid cooler, thereby the pure water. When the amount of the steam blown into the deaerator is reduced by feeding the pre-heater to the deaerator and the amount of power generated by the steam turbine is increased by introducing the amount into the steam turbine. In, wherein the pressure of the circulating acid is introduced into the acid cooler was set to be relatively higher than the pressure of the pure water.
上記目的を達成するため請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の硫酸製造設備における廃熱の利用方法において、前記純水供給ポンプと前記酸クーラーとの間に減圧弁を設け、前記循環酸側の圧力が前記純水側の圧力よりも高くなるように当該純水側の圧力調整を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
上記目的を達成するため請求項4に記載の発明は、金属製錬工程で発生する亜硫酸ガス(SO 2 )を含む排ガスを利用して硫酸を製造する硫酸製造設備における廃熱の利用システムであって、金属製錬設備及び硫酸製造設備に設けられた各廃熱ボイラによって生成させた蒸気を蒸気タービンに導入して発電を行うと共に前記蒸気の一部を脱気器に吹き込んで前記各廃熱ボイラに送る純水を加温する硫酸製造設備における廃熱の利用システムにおいて、純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を高温の循環酸と熱交換させることにより前記純水を予め加熱する酸クーラーを設け、前記酸クーラーによって加熱した純水を前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させると共に、前記純水供給ポンプと前記酸クーラーとの間に減圧弁を設け、前記循環酸側の圧力が前記純水側の圧力よりも高くなるように当該純水側の圧力調整を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is a waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process. Then, steam generated by each waste heat boiler provided in the metal smelting equipment and sulfuric acid production equipment is introduced into a steam turbine to generate electric power, and a part of the steam is blown into a deaerator to each waste heat. In a waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility that heats pure water to be sent to a boiler, the pure water is preliminarily obtained by exchanging heat with high-temperature circulating acid pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump. An acid cooler for heating is provided, and the amount of the steam blown into the deaerator is reduced by sending pure water heated by the acid cooler to the deaerator, and the amount is introduced into the steam turbine. With increasing power generation amount of the steam turbine by the pressure reducing valve between the pure water supply pump the acid cooler provided, so that the pressure of the circulating acid side becomes higher than the pressure of the pure water side The pressure adjustment on the pure water side is performed.
上記目的を達成するため請求項5に記載の発明は、金属製錬工程で発生する亜硫酸ガス(SO 2 )を含む排ガスを利用して硫酸を製造する硫酸製造設備における廃熱の利用システムであって、金属製錬設備及び硫酸製造設備に設けられた各廃熱ボイラによって生成させた蒸気を蒸気タービンに導入して発電を行うと共に前記蒸気の一部を脱気器に吹き込んで前記各廃熱ボイラに送る純水を加温する硫酸製造設備における廃熱の利用システムにおいて、純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を高温の循環酸と熱交換させることにより前記純水を予め加熱する酸クーラーであって、当該酸クーラーによって加熱した純水を前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させる酸クーラーと、前記酸クーラーを通過した前記純水のpHを測定するためのpHメータと、前記純水タンクから前記酸クーラーを通らずに直接前記脱気器に至るバイパス流路と、前記純水タンクからの純水の流れを前記酸クーラー側又は前記バイパス流路側へ切り替える切替バルブと、前記酸クーラーの純水側の出口から前記脱気器に至るまでの配管の途中に設けた流路を遮断する緊急遮断バルブと、前記pHメータにより前記酸クーラーを通過した前記純水に異常があったことを検知した場合に、前記遮断バルブを遮断して異常のある純水の流れを遮断すると共に、前記切替バルブによって前記純水タンクからの純水の流れを前記酸クーラー側から前記バイパス流路側へ変更することによって直接前記脱気器へ送るようにする制御手段とを備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 5 is a waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process. Then, steam generated by each waste heat boiler provided in the metal smelting equipment and sulfuric acid production equipment is introduced into a steam turbine to generate electric power, and a part of the steam is blown into a deaerator to each waste heat. In a waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility that heats pure water to be sent to a boiler, the pure water is preliminarily obtained by exchanging heat with high-temperature circulating acid pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump. An acid cooler for heating, wherein the amount of the steam blown into the deaerator is reduced by sending pure water heated by the acid cooler to the deaerator, and the amount is introduced into the steam turbine. An acid cooler to increase the power generation amount of the steam turbine by Rukoto, and pH meter for measuring pH of the pure water that has passed through the acid cooler, the directly without passing through the acid cooler from the pure water tank A bypass flow path leading to the deaerator, a switching valve for switching the flow of pure water from the pure water tank to the acid cooler side or the bypass flow path side, and the deaerator from the pure water side outlet of the acid cooler An emergency shut-off valve that shuts off the flow path provided in the middle of the pipe leading to the pipe, and shuts off the shut-off valve when the pH meter detects that the pure water that has passed through the acid cooler is abnormal. The flow of pure water having an abnormality is cut off and the flow of pure water from the pure water tank is changed from the acid cooler side to the bypass flow path side by the switching valve. Therefore, it is provided with the control means to send directly to the said deaerator.
上記目的を達成するため請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の硫酸製造設備における廃熱の利用システムにおいて、前記酸クーラーの純水側の出口から前記緊急遮断バルブまでの配管の長さを、前記制御手段が前記純水の異常を検知して当該緊急前記遮断バルブを閉塞するまでの間に異常のある純水が前記緊急遮断バルブを超えない長さとしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is the waste heat utilization system in the sulfuric acid production facility according to claim 4 or 5 , wherein the acid cooler is provided with an outlet from the pure water side to the emergency shut-off valve. The length of the piping is such that the abnormal pure water does not exceed the emergency shut-off valve until the control means detects the abnormality of the pure water and closes the emergency shut-off valve. And
本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムによれば、循環酸によって脱気器へ送る純水の温度を高めることによりこれまで脱気器へ吹き込んでいた蒸気の量を減らして蒸気タービンへ導入することにより蒸気タービンの発電量を増加させることができるという効果がある。これにより、余剰熱の有効利用を図ることができる。 According to the method and system for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility according to the present invention, the amount of steam previously blown into the deaerator is reduced by increasing the temperature of pure water sent to the deaerator by circulating acid. Introducing into the steam turbine can increase the amount of power generated by the steam turbine. Thereby, the effective use of surplus heat can be aimed at.
また、本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムによれば、循環酸と純水の間で熱交換を行う酸クーラーにリークが発生しても循環酸側に純水が混入することを防止することができると共に、万一純水側に循環酸が混入した場合であっても異常のある純水が循環することを未然に防止することができるという効果がある。 Further, according to the method and system for utilizing waste heat in the sulfuric acid production facility according to the present invention, even if a leak occurs in the acid cooler that performs heat exchange between the circulating acid and the pure water, the pure water is present on the circulating acid side. In addition to being able to prevent contamination, there is an effect that even if circulating acid is mixed into the pure water side, it is possible to prevent abnormal pure water from circulating.
また、本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステムによれば、純水供給ポンプと酸クーラーとの間に減圧弁を設け、循環酸側の圧力が純水側の圧力よりも高くなるように純水側の圧力調整を行うこととしたので、銅製錬の操業状況が変化する等によりSO2の量が変動して必要な給水量が変っても純水側の圧力を循環酸側よりも低くすることができ操業の安全性を確保することができるという効果がある。 Further, according to the method and system for utilizing waste heat in the sulfuric acid production facility according to the present invention, a pressure reducing valve is provided between the pure water supply pump and the acid cooler, and the pressure on the circulating acid side is higher than the pressure on the pure water side. Because the pressure on the pure water side is adjusted so that the pressure increases, the pressure on the pure water side can be adjusted even if the required amount of water supply changes due to fluctuations in the amount of SO 2 due to changes in the operation status of copper smelting. There is an effect that it can be made lower than the circulating acid side and the safety of operation can be ensured.
以下、本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法及びそのシステム
について好ましい一実施形態に基づいて説明する。図3は本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用システムの好ましい一実施形態を示す説明図である。
Hereinafter, the utilization method and system of waste heat in the sulfuric acid production facility according to the present invention will be described based on a preferred embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a preferred embodiment of a waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility according to the present invention.
図1に示す硫酸製造設備における廃熱利用システム(以下、単に「システム」という。)1は、図2に示す純水供給ポンプ161から脱気器130に至る間に設けられている。すなわち、システム1は、概略として、純水タンク160(図2参照)に貯えられている純水を送り出す純水供給ポンプ161と、純水供給ポンプ161によって送り出された純水を循環酸によって熱交換する酸クーラー10と、純水供給ポンプ161から酸クーラー10へ純水を送る配管21と、酸クーラー10の純水側の出口から脱気器130に至る配管23と、酸クーラー10の純水側の出口近傍の配管23に設置されたpHメータ30と、酸クーラー10を経由することなく配管21と配管23との間に設けられて純水を直接脱気器130へ供給するバイパス流路25と、配管21に設けられた第一の切替バルブ41と、バイパス流路25に設けられた第二の切替バルブ43と、配管23に設けられた緊急遮断バルブ45と、pHメータ30によって測定された純水のpHの値を取得してその値が異常であると判断した場合に第一の切替バルブ41、第二の切替バルブ43及び緊急遮断バルブ45を動作させて純水の流路を酸クーラー10経由からバイパス流路25へ切り替える制御装置35と、を備えて構成されている。尚、酸冷却が必要な場合には、乾燥塔101、第1吸収塔121及び第2吸収塔122に設けられた酸クーラー105,125,126によって海水と熱交換することにより系外カットする。
A waste heat utilization system (hereinafter simply referred to as “system”) 1 in the sulfuric acid production facility shown in FIG. 1 is provided between the pure
第一の切替バルブ41は、通常は純水供給ポンプ161から送られてくる純水を酸クーラー10側に流し、万一酸クーラー10の不具合等によって循環酸との熱交換の際に加熱された純水に循環酸が混入したような場合には後述する制御装置35によって酸クーラー10への純水の供給を遮断して純水をバイパス流路25側へ流す機能を発揮するバルブである。そのため、バイパス流路25との分岐点よりも下流側に配置されている。
The
第二の切替バルブ43は、通常は閉じられており、純水供給ポンプ161から送られてくる純水を酸クーラー10側に流し、万一、酸クーラー10の不具合等によって循環酸との熱交換の際に加熱された純水に循環酸が混入したような場合には後述する制御装置35によって開かれると共に第一の切替バルブ41が閉じられて酸クーラー10への純水の供給を遮断して純水をバイパス流路25側から配管23側へ流す機能を発揮するバルブである。尚、本実施形態では第一の切替バルブ41と第二の切替バルブ43の2つのバルブを設けているが、配管21とバイパス流路25との分岐点に流路を切り替える一つの切替バルブを設けることにより流路の切替を行う構成とすることもできる。
The
緊急遮断バルブ45は、通常は開かれており、酸クーラー10における循環酸との熱交換によって加熱された純水を脱気器130へ送り、万一、酸クーラー10の不具合等によって循環酸との熱交換の際に加熱された純水に循環酸が混入したような場合には後述する制御装置35によって閉じられて異常のある純水が脱気器130へ至らないように遮断する機能を発揮するバルブである。尚、脱気器130には図示しないレベルメータが設けられており適正な水量が確保されるように給水量の調整が行われる。
The emergency shut-off valve 45 is normally opened, and sends pure water heated by heat exchange with the circulating acid in the acid cooler 10 to the
pHメータ30は、酸クーラー10の純水側の出口近傍の配管23に設置されており、循環酸と熱交換して加熱された純水のpHを測定する。測定結果は順次制御装置35に送られる。
The
制御装置35は、pHメータ30から送られてくる測定値を監視し、予め設定された設定値を外れた場合には異常と判断して第一の切替バルブ41、第二の切替バルブ43及び緊急遮断バルブ45を動作させて純水の流路を酸クーラー10経由からバイパス流路25への切り替えを行う。例えば、純水のpHが7.0を下回って酸性側に傾いた場合には酸クーラー10内で循環酸との接触があったものとして異常と判断する。これにより酸に汚染された純水が脱気器130へ流れ込むのを防止する。制御装置35は、所定の手順のプログラムを格納した記憶装置と、プログラムを実行するCPUと、必要な情報を入力する入力装置と、必要な情報を取得するディスプレイ等の表示装置(いずれも図示せず)を備えた一般的な電子処理装置(コンピュータ)によって構成することができ、それらは周知であることからその説明は省略する。
The
酸クーラー10は、高温の循環酸と純水との間で熱交換して純水の加熱を行う。本実施形態の酸クーラー10は循環酸と純水が熱交換できるものであればよく、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器が用いられるが、典型的には耐食性を高めるために陽極防食式酸クーラーが用いられる。陽極防食式酸クーラーは外部電源によって金属側の電位を不動態域まで上げることによって酸と接触する部分の腐食防止を図るものである。また、これまでは冷却水として海水を用いていたことから海水と接触する部分の腐食防止を図るためにクーラーの材質よりも卑な金属を酸クーラー10内の冷却水側経路表面に接合させ、酸クーラーチューブ(図示せず)よりも優先的に腐食させることで酸クーラーチューブを防食することが行われていた。卑な金属の例としては亜鉛、鉄などがある。本発明のように冷却水が純水の場合には腐食問題は少なく、かえって防食用金属溶解による純水の品質の悪化が懸念されるため防食用金属は撤去した。さらに、酸クーラーチューブの腐食による金属の溶出を確実に抑えるために、そのようなおそれのないSUSやZeCor(MECS,Incの登録商標)を用いたものを使用することができる。また、予め酸クーラー10内に導入する循環酸の圧力を純水の圧力よりも相対的に高くすることで万一リークが発生した場合であっても循環酸側への純水の混入を防止することができる。 The acid cooler 10 heats pure water by exchanging heat between the hot circulating acid and pure water. The acid cooler 10 of this embodiment may be any one that can exchange heat between the circulating acid and pure water. For example, a shell-and-tube heat exchanger is used, but typically, an anodic anticorrosion acid cooler is used to improve corrosion resistance. Is used. The anodic anticorrosion acid cooler is intended to prevent corrosion of the portion in contact with the acid by raising the potential on the metal side to a passive region by an external power source. In addition, since seawater has been used as the cooling water so far, a base metal that is lower than the material of the cooler is joined to the surface of the cooling water side path in the acid cooler 10 in order to prevent corrosion of the portion that contacts the seawater. The corrosion of the acid cooler tube has been performed by preferentially corroding the acid cooler tube (not shown). Examples of base metals include zinc and iron. When the cooling water is pure water as in the present invention, there are few corrosion problems. On the contrary, there is a concern about deterioration of the quality of pure water due to dissolution of the anticorrosive metal, so the anticorrosive metal was removed. Furthermore, in order to reliably suppress the elution of the metal due to the corrosion of the acid cooler tube, it is possible to use SUS or ZeCor (registered trademark of MECS, Inc.) that does not have such a fear. In addition, even if a leak occurs by preventing the circulating acid from being introduced into the acid cooler 10 in advance by making the pressure of the circulating acid relatively higher than the pressure of the pure water, the pure water is prevented from entering the circulating acid side. can do.
また、酸クーラー10の純水側の出口から配管23に取り付けた緊急遮断バルブ45までの長さを、制御装置35が純水の異常を検知して緊急遮断バルブ45を閉塞するまでの間に異常のある純水が緊急遮断バルブ45を超えない長さを確保することで循環酸に汚染された純水が脱気器130に送り込まれることを未然に防止することが可能となる。尚、酸クーラー10の純水側の出口から配管23に取り付けた緊急遮断バルブ45までの長さは配管23の直径や水圧等によって適宜決定されるが、例えば、200〜500mとすることができる。これにより、循環酸側に純水が混入することを防止し、万一純水側に循環酸が混入した場合であっても異常のある純水が循環することを未然に防止することができる。
Further, the length from the outlet on the pure water side of the acid cooler 10 to the emergency shut-off valve 45 attached to the
また、純水供給ポンプ161と酸クーラー10の純水入り口側との間に配置された配管21の途中には減圧弁47が設けられている。この減圧弁47によって純水供給ポンプ161の純水圧力を循環酸側の圧力よりも相対的に低くなるように調整を行う。すなわち、銅製錬における操業状況が変化すると自溶炉ボイラ141、転炉ボイラ142、硫酸プレコンボイラ140の各廃熱ボイラで必要な水量が変動する。各廃熱ボイラで必要な水量が変動すると脱気器130に供給される水量も変動する。そして、純水供給ポンプ161の回転速度は一定であるため脱気器130の給水量が減少した場合には純水供給ポンプ161出口から酸クーラー10を経由して流量調節弁49までの配管の圧力が上昇することとなる。
Further, a
ここで、脱気器130への給水量が減少する理由について説明すると、脱気器130からは各廃熱ボイラ140,141,142の必要水量が送水されている。一方、脱気器130への給水は酸クーラー10を介して行われている。そして、脱気器130には図示しないレベルメータが設けられていると共に酸クーラー10から脱気器130へ至る配管23には脱気器130の入り口手前側に流量調整弁49が配置されており、脱気器130内に貯えられた純水のレベルに応じて脱気器130へ受け入れる純水の流量を調整している。このため、各廃熱ボイラ140,141,142で必要とする純水の量が減少すれば脱気器130から送水される水量が減少し、脱気器130内の純水の量が増加する(水量レベルが上昇)ので、流量調整弁49の開度を小さくして脱気器130へ供給する純水の量を減らすことが必要となる。
Here, the reason why the amount of water supplied to the
かかる状況においては純水供給ポンプ161出口から酸クーラー10を経由して流量調節弁49までの純水圧力が高まることになるので純水供給ポンプ161側に設けた減圧弁47によって純水の供給圧力を減少させることにより酸クーラー10内における循環酸の圧力を純水の圧力よりも相対的に高くなるようにすることで純水と循環酸の圧力バランスの維持を図る。これにより、銅製錬の操業状況が変化する等によりSO2の量が変動して必要な給水量が変っても純水側の圧力を循環酸側よりも低くすることができ操業の安全性を確保することが可能となる。
In such a situation, since the pure water pressure from the outlet of the pure
次に、本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法について上記システム1の動作と共に説明する。図4は本発明に係る硫酸製造設備における廃熱の利用方法の一実施形態のフローチャートである。
Next, a method for utilizing waste heat in the sulfuric acid production facility according to the present invention will be described together with the operation of the
[通常の場合]
純水タンク160に貯えられている純水は純水供給ポンプ161によって配管21を介して酸クーラー10に送られる。純水は酸クーラー10で高温の循環酸と熱交換によって加温されて出口側へ送られる。酸クーラー10の純水側の出口近傍ではpHメータ30によって加温された純水のpHが測定され、その結果が制御装置35に送られる(ステップS1)。pHの数値が所定の範囲内、例えば、pH7.0以上であれば(ステップS2)、制御装置35は第一の切替バルブ41を開、第二の切替バルブ43を閉、緊急遮断バルブ45開として、純水は配管23を介して脱気器130へ供給される(ステップS3)。
[Normal case]
Pure water stored in the
[異常があった場合]
pHメータ30の測定結果に異常があった場合、例えば、pH7.0を下回ったような場合には、制御装置35は第一の切替バルブ41を閉、第二の切替バルブ43を開、緊急遮断バルブ45閉として(ステップS4)、純水は酸クーラー10を経由させることなく配管21からバイパス流路25を介して配管23へ送り脱気器130へ供給する(ステップS5)。これにより、純水の循環酸による汚染が防止される。また、酸クーラー10の純水側の出口から配管23に取り付けた緊急遮断バルブ45までの長さを、制御装置35が純水の異常を検知して緊急遮断バルブ45を閉塞するまでの間に異常のある純水が緊急遮断バルブ45を超えない長さを確保しているので酸に汚染された純水が脱気器130に送り込まれることが未然に防止される。尚、図4に示した上記実施形態の一例においては、純水の異常状態を「pH7を下回る場合」としたが、酸クーラーチューブの材質によっては純水が若干酸性となっても腐食しないので、その場合には異常状態を、例えば「pH5を下回る場合」と設定してもよい。
[If there is an abnormality]
When there is an abnormality in the measurement result of the
また、銅製錬工程における操業状況が変動し、各廃熱ボイラ140,141,142が必要とする水量が減少して脱気器130からの給水量が減少すると、脱気器130内の純水の量が増加するので、流量調整弁49の開度を小さくして脱気器130へ供給する純水の量を減らすと共に、純水供給ポンプ161側に設けた減圧弁47によって純水の供給圧力を減少させることにより酸クーラー10内における循環酸の圧力を純水の圧力よりも相対的に高くなるようにする。これにより、純水と循環酸の圧力バランスの維持を図り、操業の安全性を確保することができる。
In addition, when the operation status in the copper smelting process fluctuates, the amount of water required by each
(1)硫酸廃熱回収量増加
循環酸との熱交換によるボイラ給水予熱を行った結果、純水74t/hは40℃から75℃に予熱され、10.8GJ/hの廃熱を回収することができた。
これにより、硫酸製造工程における廃熱を3.3%回収することができ、未回収廃熱は86.8%から83.5%となった。
(2)蒸気タービン発電量増加
酸クーラー10において純水を循環酸で余熱したことにより脱気器130で使用する給水加熱蒸気を削減することができ、蒸気タービンの発電電力量は年間7.7%増加させることができた。また、排出CO2量に関しても買電電力量が削減されたことからその分減少させることができた。
(1) Increase in sulfuric acid waste heat recovery amount As a result of boiler water preheating by heat exchange with circulating acid, pure water 74t / h is preheated from 40 ° C to 75 ° C, and 10.8GJ / h waste heat is recovered. I was able to.
As a result, 3.3% of the waste heat in the sulfuric acid production process could be recovered, and the unrecovered waste heat was changed from 86.8% to 83.5%.
(2) Increase in Steam Turbine Power Generation Since pure water is preheated with circulating acid in the
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。 As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the specific embodiment, and within the scope of the gist of the present invention described in the claims, Needless to say, various modifications and changes are possible.
1 廃熱利用システム
10 酸クーラー
21 配管
23 配管
25 バイパス流路
30 pHメータ
35 制御装置
41 第一の切替バルブ
43 第二の切替バルブ
45 緊急遮断バルブ
47 減圧弁
49 流量調整弁
130 脱気器
161 純水供給ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を酸クーラーにおいて高温の循環酸と熱交換させて前記純水を予め加熱してから前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させ、さらに、前記酸クーラーを通過した前記純水のpHを測定するためのpHメータを設けると共に、純水タンクから前記酸クーラーを通らずに直接前記脱気器に至るバイパス流路を設け、前記pHメータにより前記酸クーラーを通過した前記純水に異常があった場合には前記純水タンクから前記酸クーラーへの純水の流れを遮断して前記バイパス流路を介して前記脱気器へ送るようにしたことを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用方法。 A method of using waste heat in a sulfuric acid production facility for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process, each of which is provided in a metal smelting facility and a sulfuric acid production facility Waste heat in a sulfuric acid production facility that introduces steam generated by a waste heat boiler into a steam turbine to generate electricity and blows a part of the steam into a deaerator to heat pure water sent to each waste heat boiler. In the usage of
Pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump is heat-exchanged with a high-temperature circulating acid in an acid cooler to preheat the pure water, and then sent to the deaerator to blow into the deaerator. By reducing the amount of steam and introducing the amount into the steam turbine, the power generation amount of the steam turbine is increased , and a pH meter is provided for measuring the pH of the pure water that has passed through the acid cooler. In addition, a bypass flow path is provided from the pure water tank directly to the deaerator without passing through the acid cooler, and when there is an abnormality in the pure water that has passed through the acid cooler by the pH meter, the pure water A method for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility, wherein a flow of pure water from a tank to the acid cooler is cut off and sent to the deaerator through the bypass flow path .
純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を酸クーラーにおいて高温の循環酸と熱交換させて前記純水を予め加熱してから前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させると共に、前記酸クーラー内に導入する前記循環酸の圧力を前記純水の圧力よりも相対的に高くなるようにしたことを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用方法。 A method of using waste heat in a sulfuric acid production facility for producing sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process, each of which is provided in a metal smelting facility and a sulfuric acid production facility Waste heat in a sulfuric acid production facility that introduces steam generated by a waste heat boiler into a steam turbine to generate electricity and blows a part of the steam into a deaerator to heat pure water sent to each waste heat boiler. In the usage of
Pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump is heat-exchanged with a high-temperature circulating acid in an acid cooler to preheat the pure water, and then sent to the deaerator to blow into the deaerator. By reducing the amount of steam and introducing the amount into the steam turbine, the power generation amount of the steam turbine is increased, and the pressure of the circulating acid introduced into the acid cooler is relative to the pressure of the pure water. A method for using waste heat in a sulfuric acid production facility, characterized in that the height of the sulfuric acid is increased .
前記純水供給ポンプと前記酸クーラーとの間に減圧弁を設け、前記循環酸側の圧力が前記純水側の圧力よりも高くなるように当該純水側の圧力調整を行うことを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用方法。 In the utilization method of the waste heat in the sulfuric acid manufacturing facility of Claim 1 or 2 ,
A pressure reducing valve is provided between the pure water supply pump and the acid cooler, and the pressure on the pure water side is adjusted so that the pressure on the circulating acid side is higher than the pressure on the pure water side. Of waste heat in sulfuric acid production facilities.
純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を高温の循環酸と熱交換させることにより前記純水を予め加熱する酸クーラーを設け、前記酸クーラーによって加熱した純水を前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させると共に、前記純水供給ポンプと前記酸クーラーとの間に減圧弁を設け、前記循環酸側の圧力が前記純水側の圧力よりも高くなるように当該純水側の圧力調整を行うことを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用システム。 A waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility that produces sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process, each of which is provided in a metal smelting facility and a sulfuric acid production facility Waste heat in a sulfuric acid production facility that introduces steam generated by a waste heat boiler into a steam turbine to generate electricity and blows a part of the steam into a deaerator to heat pure water sent to each waste heat boiler. In the usage system of
An acid cooler that preheats the pure water by heat-exchanging the pure water sent to the deaerator by a pure water supply pump with a high-temperature circulating acid is provided, and the deionizer heats the pure water heated by the acid cooler. The amount of the steam blown into the deaerator is reduced by sending to the deaerator, and the amount of power generated by the steam turbine is increased by introducing the amount into the steam turbine, and between the pure water supply pump and the acid cooler A system for using waste heat in a sulfuric acid production facility, characterized in that a pressure reducing valve is provided between the two, and the pressure on the pure water side is adjusted so that the pressure on the circulating acid side is higher than the pressure on the pure water side.
純水供給ポンプによって前記脱気器へ送られる純水を高温の循環酸と熱交換させることにより前記純水を予め加熱する酸クーラーであって、当該酸クーラーによって加熱した純水を前記脱気器へ送ることにより前記脱気器へ吹き込む前記蒸気の量を減らし、その分を前記蒸気タービンに導入することにより当該蒸気タービンの発電量を増加させる酸クーラーと、
前記酸クーラーを通過した前記純水のpHを測定するためのpHメータと、
前記純水タンクから前記酸クーラーを通らずに直接前記脱気器に至るバイパス流路と、
前記純水タンクからの純水の流れを前記酸クーラー側又は前記バイパス流路側へ切り替える切替バルブと、
前記酸クーラーの純水側の出口から前記脱気器に至るまでの配管の途中に設けた流路を遮断する緊急遮断バルブと、
前記pHメータにより前記酸クーラーを通過した前記純水に異常があったことを検知した場合に、前記遮断バルブを遮断して異常のある純水の流れを遮断すると共に、前記切替バルブによって前記純水タンクからの純水の流れを前記酸クーラー側から前記バイパス流路側へ変更することによって直接前記脱気器へ送るようにする制御手段と、
を備えていることを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用システム。 A waste heat utilization system in a sulfuric acid production facility that produces sulfuric acid by using exhaust gas containing sulfurous acid gas (SO 2 ) generated in a metal smelting process, each of which is provided in a metal smelting facility and a sulfuric acid production facility Waste heat in a sulfuric acid production facility that introduces steam generated by a waste heat boiler into a steam turbine to generate electricity and blows a part of the steam into a deaerator to heat pure water sent to each waste heat boiler. In the usage system of
An acid cooler that preheats the pure water by exchanging the pure water sent to the deaerator with a pure water supply pump with a high-temperature circulating acid, and the pure water heated by the acid cooler is degassed. An acid cooler that reduces the amount of the steam blown into the deaerator by sending it to a steam generator, and increases the power generation amount of the steam turbine by introducing the amount into the steam turbine;
A pH meter for measuring the pH of the pure water that has passed through the acid cooler;
A bypass flow path from the pure water tank directly to the deaerator without passing through the acid cooler;
A switching valve for switching the flow of pure water from the pure water tank to the acid cooler side or the bypass flow path side;
An emergency shutoff valve for shutting off a flow path provided in the middle of the pipe from the outlet on the pure water side of the acid cooler to the deaerator;
When the pH meter detects that there is an abnormality in the pure water that has passed through the acid cooler, the shut-off valve is shut off to shut off the flow of abnormal pure water, and the pure water is switched by the switching valve. Control means for sending the pure water flow from the water tank directly to the deaerator by changing from the acid cooler side to the bypass flow path side;
A system for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility.
前記酸クーラーの純水側の出口から前記緊急遮断バルブまでの配管の長さを、前記制御手段が前記純水の異常を検知して当該緊急前記遮断バルブを閉塞するまでの間に異常のある純水が前記緊急遮断バルブを超えない長さとしたことを特徴とする硫酸製造設備における廃熱の利用システム。 In the waste heat utilization system in the sulfuric acid production facility according to claim 4 or 5 ,
The length of the pipe from the outlet on the pure water side of the acid cooler to the emergency shutoff valve is abnormal between the time when the control means detects the abnormality of the pure water and closes the emergency shutoff valve. A system for utilizing waste heat in a sulfuric acid production facility, characterized in that pure water has a length that does not exceed the emergency shutoff valve.
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