沸腾焙烧炉矿渣余热回收
目前国内硫酸工业处理焙烧炉排出的炉渣大部分都用回转圆筒筒处喷水的方法使其冷却。这不仅损失了矿渣的余热,而且额外损失水电。根据物料平衡计算,每生产1吨硫酸,相应的矿渣量为0.286吨(矿石含硫量40%)。设排出的矿渣温度为800摄氏度,将其降为80摄氏度由输送机送走,则可热回收有效热量为1.98*105kJ/t(H2SO4),一个年产10万吨硫酸的工厂其热回收的热量可达1.02t蒸汽/h。更重要的是采用热回收装置,既可热回收余热又可避免环境污染。冷却空气从下而上通过多段沸腾层,在沸腾层内埋有冷却热管,按热量品位利用的需要逐级移走。冷却空气通过循环风机在密闭空间内循环,以免污染环境。相应的,来自废热锅炉的沉渣也可收入一并处理。
硫酸生产中沸腾床内沸腾层的温度一般控制在800~900℃之间。硫铁矿燃烧是一强放热反应,为了维持这一温度必须从床层中导走多余的热量。根据热量平衡计算,每生产1吨硫酸(100%浓度)从沸腾层中导出的热量可达1.482NU。将此热量折合成标准蒸汽约为0.55吨/吨H2S04。一个年产10万吨硫酸的工厂从沸腾炉中回收的蒸汽量约为5.50万吨/年,以每吨蒸汽60元计,可获利330万元/年。
由于沸腾焙烧炉内的换热条件恶劣(高温,高腐蚀性,高矿尘磨损率),使炉内的换热元件(水管或水箱)极易损坏,造成检修更换频繁。所以蒸汽对换热元件的要求更高,长期稳定运行的可靠性就更为重要。热管为主的余热回收设备解决这些问题提供了有利条件。
热管在沸腾焙烧炉中回收热量的两种形式。(受热段)的下部直接插入沸腾层内,另一部分在沸腾层的炉膛扩大部分,热管沿炉膛周边布置。在沸腾胃内炉气以对流和辐射的方式将热量传给热管,炉膛扩大部分的传热辐射为主。热管的冷凝段(放热段)伸出在炉顶外的水夹套中。水夹壁与上下联箱相连,蒸汽由上联箱直接进入汽包,汽包的饱和水沿下管进入下联箱,从而形成自然循环。这种布置的优点是热管沿炉壁轴向布置,热管在沸腾层内受单侧矿尘纵向磨损较轻,热管不仅在沸腾层中吸热,而且沿整个炉膛高度以辐射形式吸热,这样又可以降低妒气出口温度减轻炉气废热锅炉的负荷。由于辐射传热率与温度的四次方成正比,故传热效率极高。热管由于纵向伸缩自由不存在温差应力。同时单根热管的损坏不影响设备整体运行,保证了生产的稳定性。但这种排列方式对热管本身要求很高,热管的长度达17~25m,单根热管的传热功率大于30kW。因为炉内温度较高,热管内的工作液体宜采用液态金属。此种类型的热管研究已由作者在三年前完成。每根液态金属热管的传热功率可达35~45kW,可以满足焙烧炉内的传热要求。
另外一种是沸腾炉内的余热回收为径向插入式。热管在沸腾床中承受炉气及矿尘的横向冲刷。传热方式主要为强迫对流换热。与纵向插入式相比,径向插入式磨损较为严重,但这种布置热管的长度短,制造较简单。同样,单根管被破坏也不影响整体运行,更换热管也比较方便。管外可以用翅片强化传热以减少管数,此外炉外汽包的位置比第一种的布置形式要低。