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[关键词] 硫酸; 转化系统改造; 空心环管壳式换热器
[摘 要] 介绍空心环管壳式换热器的结构特点及其在云南驰宏锌锗股份有限公司硫酸转化系统改造中的应用情况, 分析生产中运行的效果。
云南驰宏锌锗股份有限公司(简称公司) 的前身是会泽铅锌矿, 现为大一型有色金属联合企业。于1987 年、1995 年分别建成投产了20 k t/a、40 k t/a硫酸生产系统, 2005 年又将建成280 k t/a 硫酸生产系统。已建成投产的2 套硫酸生产系统, 是以锌精矿(ZnS) 为原料, 采用沸腾炉进行酸化焙烧。
公司硫酸厂20 k t/a 转化系统采用3+ 1 两次转化3-4-5-2换热流程, 换热器采用双圆缺形列管式换热器, 自热难以达到平衡, 长期带电炉生产。2003 年5 月以来, 20 k t/a 硫酸系列尾气开始出现冒白烟现象, 经过15 天的监测, 转化率平均仅为94.34% , 吸收率为98.935% , 换热器Ë B 漏气率为21.397% , 3 B 漏气率为18.511% , 4 A 漏气率为5.102%。由此可见, 转化部分已不能适应正常生产。硫酸厂提出了转化系统改造方案。
1 转化系统改造方案的选取
2 空心环管式换热器在生产中的应用
2•1 空心环管式换热器的结构特点
(1) 采用双面强化传热的缩放型传热管, 材质为直径51×315 mm 的20 g 碳钢管扎制。
(2) 我厂的4A 换热器从投产以来已更换4次, 4A 更换2 次, 1更换1 次, 均是因被积酸泥腐蚀、堵塞严重被迫更换。空心环管式换热器由于采用缩放管, 层流底层较薄, 管内传热系数往往大于管外传热系数, 管内壁温可大于100 ℃, 使支管内烟气的酸雾不至于凝聚; 加工后的钢材组织细化, 抗氧化、抗腐蚀性能提高, 寿命延长; 且在低温换热器( 如3、4换) 迎风面设置了不锈钢护板, 同时设计了冷凝酸的排出装置, 有效地保护了设备, 较好地解决了低温换热器耐酸腐蚀的问题。
(3) 采用大空隙、低流阻的空心环支撑传热管束, 用以提高近壁流体传热滞流底层的湍流强度, 促进界面上的对流传热, 降低传热热阻, 达到充分发挥强化管的传热强化作用, 从而有效地避免了各类壳程支承物对流体形成阻力大的不利影响, 在低流阻条件下获得高的传热性能。与传统的折流板(开孔率为30% ) 支承相比较, 阻力小, 没有气流死角, 不容易产生折流面上的气尘堆积, 提高了换热器的利用率, 提高了产量, 降低了吨酸能耗。
(4) 采用壳侧圆周环向进出气体的分布方式,使气体在换热器中的分布更为均匀。同时由于采用了环向进气, 壳程入口气体经过夹套沿壳程的周向进气, 气体流速降低, 减少了对列管的冲刷, 管外的传热膜系数与管内的传热膜系数相差不多, 故可使气体入口段管壁的金属温度居内外气体之中, 金属壁温较高, 不易结垢, 防止冷凝酸的产生。同时抗腐蚀的能力大大提高, 换热器的使用寿命得以延长。
2•2 空心环管式换热器应用特点
(1) 投资费用低 由于空心环管壳式换热器传热系数大, 使得同样条件下同规模装置换热面积大幅度下降, 得以实现设备小型、高效化。不论是新建硫酸装置还是旧装置换热器更新, 设备一次性投资均可降低30% 以上。另外, 由于换热器面积减小,原来2 台串联的换热器可用1 台换热器替代, 使流程简化, 占地面积减小。换热器的保温及连接管道投资可大幅度降低, 保温材料采用AH800 型复合硅酸盐保温毡, 保温厚度仅为150 mm (原为200 mm ) ,可大幅度提升企业获得的直接效益。
(2) 可降低装置阻力, 节能降耗效果显著 20k t/a 硫酸装置采用D325-11 离心鼓风机送风, 该风机风量与系统阻力大致成线性函数关系, 阻力减小, 风量成比例升高。设计的空心环管壳式换热器比原来的老式换热器阻力减少1 230 Pa, 可使风量增加, 以利增加硫酸产量。
(3) 冶炼烟气制酸的适应性强 冶炼烟气制酸企业, 由于SO 2 浓度低, 气浓变化快, 转化工序操作不稳定, 转化率低, 停车保温差, 20 k t/a 硫酸系统因转化温度低而长期带电炉生产, 增加了成本, 空心环管壳式换热器可有效地解决这些问题。首先, 空心环管壳式换热器由于体积小、设备台数少, 有效增加了转化工序的贮热量。其二, 由于传热系数高, 可适当加大换热面积, 增大换热量, 而不增大散热量, 较好地解决了SO 2 浓度低而造成的热不平衡问题。三是对于气浓变化过于频繁, 也可采用适当增加保温层厚度以增加贮热量的办法予以解决。四是针对冶炼烟气制酸装置低温换热器由于水分、酸雾超标, 带沫严重而造成的装置腐蚀, 空心环管壳式换热器的设计可以大大延长使用寿命。
3 空心环管壳式换热器的应用效果
2003 年12 月对20 k t/a 硫酸系统进行改造, 改造前后换热器运行情
(1) 采用新换热器热平衡效果较好, 1# 、2# 吸收塔进口烟气温度提高150℃以上, 改变了以前2#吸收塔进口烟气温度过低易冷凝成酸, 使Ì 换热器被严重腐蚀的情况, 大大延长了换热器的使用寿命。
(2) 转化风机在电流不变的情况下, 进口压力下降1～ 2 kPa, 出口压力下降4～ 5 kPa, 风机电耗减少20%～ 30%。
( 3) 吨酸耗电较改造前降低4413 kW •h, 1～ 10 月硫酸产量25 680 t, 电价按014 元/kW •h计, 月平均节约电费41551 万元, 年可节约电费5416万元。电费的节约主要是转化系统达到了自热平衡, 电炉可以停开, 表明换热设计、保温效果均较好。
(4) 转化率提高了2～ 5 个百分点, SO 2 的排放达到了国家排放标准。
(5) 产量比改造前每天增加15～ 20 t, 每吨按19017 元计算, 年创效益约100 万元。
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