化工專業(yè)硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝畢業(yè)設(shè)計

1、 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論計（論 文）文） (化工系化工系) 題題 目目 硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝 專專 業(yè)業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù)應(yīng)用化工技術(shù) 班班 級級 化工化工 0802 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號號 08120242 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 完成日期完成日期 2010 年年 6 月月 25 日日2010 年年 10 月月 10 日日 目錄目錄 摘要摘要-1 第一章第一章 緒論緒論-2 11 概述.2 1.1.1 硫酸的性質(zhì)和用途-2 1.1.2 硫酸的生產(chǎn)方法-3 1.1.3 硫酸的發(fā)展趨勢-4 1.1.4 硫酸的生產(chǎn)工藝流程-5 第二章第二章 二氧化硫爐氣的制備二氧化硫爐

2、氣的制備-9 2.1 硫鐵礦及其焙燒前的處理.9 2.1.1 硫鐵礦的性質(zhì)-9 212 硫鐵礦的處理 -9 2.2 硫鐵礦焙燒的基本原理.10 23 沸騰焙燒.11 2.4 焙燒的工藝條件.15 2.4.1 焙燒的工藝流程-15 2.4.2 沸騰焙燒的工藝條件-15 2.5 焙燒中礦塵的清除.16 2.6 廢熱利用.17 第三章第三章 爐氣的凈化及干燥爐氣的凈化及干燥-19 3.1 爐氣凈化的目的和要求.19 3.2 凈化的原理和方法.19 3.3 爐氣凈化的工藝流程.20 3.4 爐氣的干燥.23 第四章第四章 二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化-24 4.1 二氧化硫催化氧化的基本原理.

3、24 4.1.1 二氧化硫催化氧化反應(yīng)的化學(xué)平衡-24 4.1.2 二氧化硫氧化的反應(yīng)速率 -26 4.1.3 二氧化硫氧化催化劑 -26 4.3 二氧化硫的氧化的工藝條件的選擇.27 4.4 轉(zhuǎn)化設(shè)備.27 4.4.1 轉(zhuǎn)化器-28 442 鼓風(fēng)機(jī) -30 4.5 主要工藝流程.31 第五章第五章 三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收-33 51 三氧化硫吸收的工藝條件.33 5.2 三氧化硫吸收的工藝流程.34 521 一轉(zhuǎn)一吸干吸系統(tǒng)工藝流程 -34 522 兩轉(zhuǎn)兩吸于吸系統(tǒng)工藝 -35 5.3 三廢處理.36 5.3.1 尾氣的處理-36 5.3.2 燒渣及污水、污酸的處理-36 第六章第六章

4、 物料衡算和熱量衡算物料衡算和熱量衡算-37 6.1 物料衡算.37 6.2 熱量衡算.41 致謝致謝-44 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-45 摘要 我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著農(nóng)業(yè)政策的進(jìn)一步加強(qiáng)，磷復(fù)肥的需求量不斷增 加。硫酸作為磷復(fù)肥生產(chǎn)的基本原料，其需求量也將不斷增加。近年來，我國硫 酸工業(yè)發(fā)展較快。硫鐵礦是我國的自有資源，發(fā)展硫鐵礦制酸對穩(wěn)定我國的硫酸 工業(yè)具有不可替代的作用。因此研究硫鐵礦制酸中爐氣的制備、凈化及干燥過程 十分必要。本文主要介紹了硫鐵礦制備及處理 so2爐氣的全過程。制備是焙燒硫 鐵礦制得 so2爐氣，爐氣的凈化中礦塵的清除采用電除塵器，砷和硒的清除可采 用水或稀硫酸來降溫洗滌爐

5、氣，酸霧的清除利用電除霧器；爐氣凈化的工藝流程 分酸洗流程和水洗流程，比較典型的酸洗流程有標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程， “兩塔兩電”酸 洗流程， “兩塔一器兩電”酸洗流程及“文泡冷電”酸洗流程；水洗流程包括 “文泡文”水洗流程、 “文泡電”水洗流程、 “文文冷電”水洗流程。另外又簡單 的介紹了爐氣的干燥流程。同時本文講述了硫酸的性質(zhì)用途，也介紹了硫酸在我 國發(fā)展的趨勢。主要介紹了介紹了以硫鐵礦為原料接觸法制硫酸的工藝流程（包 括二氧化硫爐氣的制備工藝，爐氣的凈化和干燥工藝，及二氧化硫的催化氧化工 藝）和主要生產(chǎn)設(shè)備。并簡要地論述了硫酸生產(chǎn)“三廢”處理問題。 關(guān)鍵詞：硫酸 工藝 硫鐵礦 二氧化硫 第一章 緒論

6、 1 11 1 概述概述 1.1.11.1.1 硫酸的性質(zhì)和用途硫酸的性質(zhì)和用途 1、 硫酸的性質(zhì) 純硫酸（h2so4）是一種無色透明的油狀液體，相對密度為 1.8269，幾乎比 水重一倍。 工業(yè)生產(chǎn)的硫酸系指 so3和 h2o 以一定比例混合的溶液。而發(fā)煙硫酸是其中 so3和 h2o 摩爾比大于 1 的溶液。發(fā)煙硫酸由于 so3蒸氣壓較大，暴露在空氣中能 釋放出 so3和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合聚成酸霧，因而得名。 2、硫酸的用途 硫酸是基本化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。它不僅作為許多化工產(chǎn)品的原料，而 且還廣泛地應(yīng)用于其他的國民經(jīng)濟(jì)部門。它的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，需要數(shù)量日益 增加。茲將硫酸在國民經(jīng)濟(jì)

7、中的作用分述如下。 1、為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù) 用于肥料的生產(chǎn)硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰 或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。 每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成 100%計算）760kg，每生產(chǎn)一噸 過磷酸鈣，就要消耗硫酸 360kg。 用于農(nóng)藥的生產(chǎn)許多農(nóng)藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺 菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如 1059 乳劑(45%)和 1605 乳劑(45%)的生產(chǎn)都需用硫酸。前者每生產(chǎn) 1t，需消耗 20%發(fā) 煙硫酸 1.4t 后者每生產(chǎn) 1t，需消耗硫酸 36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生

8、產(chǎn) 1t 需要 20%發(fā)煙硫酸 1.2t。 2、為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù) 用于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要 使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時，電解液就需要使用硫酸，某些 貴金屬的精煉，也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業(yè)中進(jìn)行冷軋、 冷拔及沖壓加工之前，都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔 無縫鋼管和其他質(zhì)量要求較高的鋼材，都必須每軋一次用硫酸洗滌一次。另外， 有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進(jìn)行鍍鋅之前，都要經(jīng)過用硫酸進(jìn)行酸洗手續(xù)。在 某些金屬機(jī)械加工過程中，例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件，也需用硫酸來洗凈表面 的銹。在黑色冶金企業(yè)部門里，需要酸洗

9、的鋼材一般約占鋼總產(chǎn)量的 5%6%，而 每噸鋼材的酸洗，約消費 98%的硫酸 30kg50kg。3 1.1.21.1.2 硫酸的生產(chǎn)方法硫酸的生產(chǎn)方法 生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（ ）為原料，放在蒸餾釜中鍛 燒而制得硫酸。在鍛燒過程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中 三氧化硫與水蒸氣同時冷凝，便可得到硫酸。 在 18 世紀(jì) 40 年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬 油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。 二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很 難進(jìn)行。后來人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫， 然后用水吸收，

10、即制成硫酸。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝 化法和接觸法。 硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫 酸。其中鉛室法在 1746 年開始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。由于這個方法所 需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品且為稀硫酸，所 以，這個方法后來逐漸地被淘汰。 硝化法的反應(yīng)歷程較復(fù)雜，但可用簡單的化學(xué)方程式表示如下： 反應(yīng)中所需的 no 由硝酸供給，氧氣來自空氣。 接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于 1831 年，在本世紀(jì)初才廣泛用于 工業(yè)生產(chǎn)。到 20 年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步 取代價格昂貴和易中毒

11、的鉑觸媒。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。 接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng)，結(jié)合成三氧化硫，然后用 98.3的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純 （不含氮化物），但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。我國是最大的硫鐵礦生產(chǎn)國之 一，主要的硫資源來自硫鐵礦，而且把它作為生產(chǎn)硫酸的主要原料。其次是冶煉 氣制酸，此外還有少量的硫磺制酸和石膏制酸等。在接觸法硫酸工藝生產(chǎn)過程中， 有三個基本的化學(xué)反應(yīng)和與之相聯(lián)系的工序：so2氣體的制??；so3的轉(zhuǎn)化；so3 的吸收。 1.1.31.1.3 硫酸的發(fā)展趨勢硫酸的發(fā)展趨勢 硫酸工業(yè)是個古老的行業(yè)，迄今已有 260 多年的歷史。很

12、久以前，硫酸就因 為在眾多領(lǐng)域中不可或缺的用途而贏得“工業(yè)之母”的美譽(yù)。在我國，由于硫酸 與化肥、繼而與糧食之間的密切聯(lián)系，硫酸工業(yè)在國計民生中占有舉足輕重的地 位，一直是一個倍受關(guān)注的行業(yè)。改革開放以來，與中國其它行業(yè)一樣，硫酸工 業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、原料構(gòu)成、裝置規(guī)模、技術(shù)裝備水平、廢物排 放指標(biāo)全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代化工的行列。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成 為社會發(fā)展的主流、人類更加注重資源利用與環(huán)境保護(hù)的今天，硫酸工業(yè)這個涉 及到腐蝕性和環(huán)境污染物、擁有 60 mt/a 產(chǎn)能的龐大的產(chǎn)業(yè)，如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展，如何打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)的體系，如何使其技術(shù)裝備水平更上一個臺階，無疑是

13、人 們所面臨的新的挑戰(zhàn)。 1、我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀（產(chǎn)量、原料結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)）。 硫酸工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前我國約 70%產(chǎn)量的硫酸用于化肥，尤 其是磷肥的生產(chǎn)。產(chǎn)品的終端用途性質(zhì)以及十幾億人口的基本國情決定了我國必 然是一個硫酸生產(chǎn)大國。建國以來，尤其是改革開放以來，我國硫酸產(chǎn)能逐年遞 增，至 2004 年已達(dá)到 44 350 kt，并從此躍居世界首位。近幾年我國硫酸生產(chǎn)能 力和產(chǎn)量及原料格局見表 1-1、表 1-2（數(shù)據(jù)來源于中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)） 。7 表 1-1 20022006 年我國各原料制酸生產(chǎn)能力情況 單位：kt/a 項目 20022003200420052006 硫

14、磺制酸 1350014600177002330028700 硫鐵礦制酸 1650016800168001880020700 煙氣制酸 7900830093001100012600 其它 550550550550550 總計 3845040250443505365062550 表 1-2 20022006 年我國硫酸產(chǎn)量及生產(chǎn)原料格局（以 h2so4計） 硫鐵礦制酸硫磺制酸冶煉煙氣制酸其它制酸 硫酸總產(chǎn)量/kt 時間 產(chǎn)量/kt 份額 / 產(chǎn)量/kt 份額 / 產(chǎn)量/kt 份額 / 產(chǎn)量/kt 份額 / 2002 305201205839.51111636.4693222.74141.4 200

15、3 337111303438.71260937.4752122.35471.6 2004 399461431635.81623640.6884822.25461.4 2005 462501610034.81975042.7980021.26001.3 2006 504401593031.62233044.31163023.15501.0 1.1.41.1.4 硫酸的生產(chǎn)工藝流程硫酸的生產(chǎn)工藝流程 如圖 1-1： 圖 1-1 硫鐵礦為原料的接觸法制硫酸生產(chǎn)工藝流程簡圖 1-沸騰培燒爐；2-空氣鼓風(fēng)機(jī)；3-廢熱鍋爐；4-旋風(fēng)除塵器；5-電除塵器；6-冷卻塔； 7-洗滌塔；8-循環(huán)槽；9-稀酸泵；1

16、0-氣體冷凝器；11-第一級電除霧器；12-第二級電除霧 器；13-干燥塔；14，24-循環(huán)槽及酸泵；15,25-酸冷卻器；16-二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)； 17,18,20,21-氣體換熱器；19-轉(zhuǎn)化器；22-中間吸收塔；23-最終吸收塔 硫鐵礦經(jīng)原料工序破碎、篩分和配礦后，由斗式提升機(jī)送入原料倉中，經(jīng)皮 帶喂料機(jī)送入沸騰焙燒爐內(nèi)，進(jìn)行沸騰焙燒。在沸騰焙燒爐前有爐前空氣鼓風(fēng)機(jī) 向沸騰爐內(nèi)鼓入空氣，焙燒爐內(nèi)生成的二氧化硫爐氣由設(shè)在干燥塔后的二氧化硫 主（鼓風(fēng)機(jī)）抽吸，使沸騰爐頂保持微負(fù)壓狀態(tài)，以免爐氣從加料口和溢渣口逸 出。爐氣在經(jīng)過凈化設(shè)備時，由于受到設(shè)備阻力而使其壓降降低，在到達(dá)主風(fēng)機(jī) 進(jìn)口時，爐

17、氣壓強(qiáng)已下降到 1.2-1.5mh o 左右。為了克服主風(fēng)機(jī)后熱交換器、 2 轉(zhuǎn)化器和吸收塔等設(shè)備的阻力，主風(fēng)機(jī)出口也需相應(yīng)的正壓強(qiáng)值。出沸騰爐爐氣 中二氧化硫濃度較高（約為 1213%） ，經(jīng)過泡沫洗滌塔后補(bǔ)充來自脫吸塔的空氣， 以提高爐氣中氧的濃度，并使二氧化硫濃度降低到入轉(zhuǎn)化器所需要的濃度。為了 維持干燥和吸收塔循環(huán)酸槽酸的濃度穩(wěn)定，如前所述，需要把 98.3%的吸收酸連 續(xù)地由吸收酸泵（或吸收酸循環(huán)酸槽）送入干燥酸槽；同時把 93%的干燥酸也連 續(xù)地由干燥酸泵（或干燥酸槽）送到吸收酸槽。當(dāng)需要生產(chǎn) 98.3%的濃硫酸時； 則從吸收酸槽導(dǎo)出產(chǎn)品酸；如需要生產(chǎn) 92.5%的濃硫酸時，則從干

18、燥酸槽導(dǎo)出產(chǎn) 品酸。 硫酸的生產(chǎn)工藝過程包括以下六個工段：原料、焙燒、凈化、干吸、轉(zhuǎn)化、 成品。分述如下： 1、原料工段 在倉庫貯存的硫精礦，由裝載機(jī)送入加料斗，經(jīng)圓盤給料機(jī)、膠帶輸送機(jī)送 入籠式破碎機(jī)，將成球的尾沙打散，再由膠帶輸送機(jī)送入振動篩篩分，篩上粗顆 粒礦經(jīng)膠帶輸送機(jī)返回倉庫，篩下粒度合格的成品礦由膠帶輸送機(jī)送入焙燒工段 爐前料斗。 2、焙燒工段 來自原料工段的硫鐵礦入爐前料斗貯存，經(jīng)膠帶給料機(jī)加入沸騰爐，焙燒產(chǎn) 生的濃度為 1213%、溫度為 900的含 so2 爐氣經(jīng)余熱鍋爐移熱降溫至 380, 以旋風(fēng)出塵器及電除塵器除塵,使塵含量降至0.2g/nm3 后入凈化工段文氏管。 焙燒

19、硫鐵礦所需空氣的由空氣鼓風(fēng)機(jī)從爐底送入。沸騰爐排出的礦渣，余熱鍋爐 及旋風(fēng)出塵器、電除塵器排出的礦塵進(jìn)入淋撒式冷卻增濕滾筒冷卻后噴水增濕。 用膠帶輸送機(jī)送入堆場，以汽車運出。 3、凈化工段 自焙燒工段來的 350爐氣進(jìn)入文氏管，與噴淋的 15%左右的稀硫酸接觸傳 質(zhì)傳熱降溫，除去大部分礦塵及其他雜質(zhì)，然后進(jìn)入泡沫塔以 23%稀硫酸噴淋 洗滌，進(jìn)一步除去礦塵及其他雜質(zhì)，由間冷器移熱降溫至 40左右，經(jīng)電除霧器 除去酸霧，使酸霧降至 0.03g/nm3 后進(jìn)入干吸工段干燥塔。 文氏管排出的 15%的稀硫酸經(jīng)斜管沉降器沉降分離礦塵后，進(jìn)入循環(huán)酸槽， 從泡沫塔循環(huán)酸泵出口來的 23%稀硫酸由斜管沉降器

20、出口引出，入稀酸貯槽貯 存。斜管沉降器間斷排出的污泥與設(shè)備地坪沖洗酸性水一道經(jīng)酸性水池以泵送至 污水處理站。泡沫塔排出的 23%稀硫酸入循環(huán)酸槽，從間冷器循環(huán)酸槽溢流出 來的冷凝液調(diào)節(jié)其濃度，由循環(huán)酸泵送入泡沫塔噴淋，增加的稀酸串入文氏管循 環(huán)酸槽。間冷器排出的冷凝液入循環(huán)槽，以循環(huán)泵間斷或連續(xù)送入間冷器噴淋。 電除霧器除下的酸霧進(jìn)入間冷器循環(huán)槽。 凈化工段補(bǔ)充的工藝水加入間冷器循環(huán)槽。 4、干吸工段 自凈化工段來的爐氣以空氣調(diào)節(jié) so2濃度至 7.58%后進(jìn)入干燥塔，經(jīng)噴淋 的 9394%硫酸干燥使水份降至 0.1g/nm3，并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后進(jìn)入 轉(zhuǎn)化工段。 干燥塔內(nèi)吸收水份后的

21、硫酸流入循環(huán)槽，以一吸塔循環(huán)酸系統(tǒng)串入的 98%硫 酸維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入干燥塔酸冷卻器，冷卻降溫后入干燥塔噴淋。增 多的 9394%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。 來自轉(zhuǎn)化工段的第一次轉(zhuǎn)化氣一部分進(jìn)入發(fā)煙硫酸吸收塔，吸收大部分 so3 進(jìn)入一吸塔，一部分直接進(jìn)入一吸塔，吸收 so3 的爐氣經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸 沫后，返回轉(zhuǎn)化二段進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。 發(fā)煙硫酸吸收塔以 104.5%發(fā)煙硫酸噴淋吸收 so2 濃度升高后的發(fā)煙硫酸進(jìn)入 循環(huán)槽由一吸塔系統(tǒng)串來的 98%酸調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)泵送入酸冷卻器冷卻降溫 后入吸收塔噴淋，生成 104.5%發(fā)煙硫酸產(chǎn)品進(jìn)入成品工段。 第一吸收塔以 98%硫酸噴淋，

22、吸收 so3濃度升高后的硫酸流入循環(huán)槽，配入 干燥塔循環(huán)系統(tǒng)串來的 93%硫酸，并加水維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入一吸塔酸 冷卻器冷卻降溫后入一吸塔噴淋。增多的 98%硫酸一部分串至干燥塔循環(huán)槽，一 部分作為成品酸送入成品酸計量槽。 來自轉(zhuǎn)化工段的第二次轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入第二吸收塔，吸收 so3 并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫 器除去酸沫后由煙囪放空。 第二吸收塔以 98%硫酸噴淋，吸收 so3濃度升高的硫酸流入循環(huán)槽，加入清 水調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)酸泵送入二吸塔酸冷卻器冷卻降溫后入二吸塔噴淋。增多 的 98%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。 系統(tǒng)可以按市場需求產(chǎn) 98%硫酸或 93%硫酸。當(dāng)需要 93%硫酸時，由干燥塔系 統(tǒng)產(chǎn)

23、出 93%硫酸。當(dāng)需要 98%硫酸時由一吸塔系統(tǒng)產(chǎn)出 98%硫酸。 5、轉(zhuǎn)化工段 來自干吸工段干燥塔 so2濃度為 7.58%的爐氣，經(jīng) so2鼓風(fēng)機(jī)升壓、第換 熱器及第換熱器殼側(cè)與管側(cè) so3氣換熱，溫度升至 430后入轉(zhuǎn)化器進(jìn)行第一 次轉(zhuǎn)化。經(jīng)一、二、三段催化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá) 92%的轉(zhuǎn)化氣，進(jìn)入第換熱器管 側(cè)與殼側(cè)爐氣換熱降溫后進(jìn)入干吸工段第一吸收塔進(jìn)行第一次吸收。so3被吸收 后的氣體經(jīng)第換熱器、第換熱器、第換熱器殼側(cè)與管側(cè) so3氣換熱升溫至 420進(jìn)入轉(zhuǎn)化器進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。經(jīng)第四、第五段催化劑反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率達(dá) 99.7%。二次轉(zhuǎn)化氣經(jīng)第換熱器管側(cè)與殼側(cè) so2氣換熱降溫后入干吸工段第二

24、 吸收塔進(jìn)行第二次吸收。轉(zhuǎn)化器開工升溫，以電加熱器加熱干燥空氣來進(jìn)行。 6、成品工段 由干燥塔系統(tǒng)產(chǎn)出的 93%硫酸或由一吸塔系統(tǒng)產(chǎn)出的 98%硫酸進(jìn)入計量槽， 以位差流入貯罐貯存。104.5%發(fā)煙硫酸直接進(jìn)入貯罐貯存。產(chǎn)品硫酸以汽車外運。 第二章 二氧化硫爐氣的制備 2.12.1 硫鐵礦及其焙燒前的處理硫鐵礦及其焙燒前的處理 2.1.12.1.1 硫鐵礦的性質(zhì)硫鐵礦的性質(zhì) 硫鐵礦是硫元素在地殼中存在的主要形態(tài)之一，是硫化鐵礦物的總稱。 最常見的硫鐵礦主要成分為二硫化鐵(fes2)。它有兩種結(jié)晶形態(tài)最常見的 是黃鐵礦，因而人們常把黃鐵礦稱為硫鐵礦。硫鐵礦的顏色因純度和所含雜質(zhì)的 不同而異，有灰

25、色、褐綠色、淺黃色等，純度高者為閃光的金黃色。 還有一種礦石近似黃鐵礦，而構(gòu)造較為復(fù)雜，其分子通式以 fes2 (5n16)表 示(其中 m7 最多)。由于具有強(qiáng)磁性，這類礦石稱為磁黃鐵礦或磁硫鐵礦。純 二硫化鐵含硫 5345，含鐵 4655。純磁黃鐵礦含硫 39一 40，含鐵 60一 61。 硫鐵礦按其來源不同分為普通硫鐵礦(亦稱原硫鐵礦)、浮選硫鐵礦和民砂、 含煤硫鐵礦三種。 2 21 12 2 硫鐵礦的處理硫鐵礦的處理 硫鐵礦和含煤硫鐵礦一般呈塊狀，浮選硫鐵礦和層砂里粉狀，因含水分較多， 在貯存和運輸中會結(jié)塊。塊狀礦石在進(jìn)入焙燒爐前應(yīng)破碎并篩分，使之達(dá)到工藝 要求。含水較多的浮選硫鐵礦和

26、尾砂應(yīng)烘干。一個工廠所用礦石常由多個礦山供 應(yīng)，品位、雜質(zhì)成分不一為保證裝置正常運行，應(yīng)搭配使用。 1、硫鐵礦的破碎 塊狀礦石破碎后所要求達(dá)到的粒度應(yīng)根據(jù)使用的焙燒爐爐型及操作工藝而定。 進(jìn)沸騰焙烷爐的原料，其粒度不僅影響硫的出率，而且還影響爐子操作，所以對 粒度大小和分布都有要求，一般粒度不得超過 3mm(有的定為 4mm)。硫鐵礦的破 碎通常經(jīng)過粗碎與細(xì)碎兩道工序。粗碎使用額式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)(或圓錐 破碎機(jī))，將不大于 200mm 的礦石碎至 25mm 以下。細(xì)碎使用反擊式破碎機(jī)，也有 使用球磨機(jī)或電磨，將粗碎后的礦石進(jìn)一步破碎到爐子加料所需的細(xì)度，即從 25mm 壓碎至 3mm(或

27、 4mm)以下。在以浮選硫鐵礦(或尾砂、硫招砂)為原料的工廠， 使用鼠籠式破碎機(jī)打散結(jié)塊原料。 目前，有些工廠使用球磨機(jī)粉碎礦石，可將較大的塊礦一次破碎到3 mm 置 篩分工序。 2、篩分 礦石破碎后，其中只有一部分達(dá)到粒度要求，因此在破碎過程中要進(jìn)行篩分 礦石通過程動篩與粗粒度礦石分離。篩下合格部分達(dá)至成品礦貯倉或倍燒爐礦斗 重新返回破碎。 3、配礦 硫鐵礦產(chǎn)地不同、其組成有較大差別。為使烙燒爐操作易于控制、爐氣成分 均一用恒定品位的礦料。因此常采取多種礦石搭配使用的辦法，亦即配礦。 配礦的方法，通常采用鏟車或行車對不同或分礦料按比例抓取翻混。沸騰焙 燒爐所用硫鐵礦指標(biāo)為： s20；a6o0

28、5；c1；pb06；f005 4、脫水 塊礦一般含水量在 5以下，層砂含水量低的也在 8以上，高的可達(dá) 15 一 18。沸騰爐干法加料要求含水量在 8以內(nèi)，水量過多，不僅會造成原料輸 送困難，而且結(jié)成的團(tuán)礦入爐后會破壞爐子的正常操作。因此，干法加料應(yīng)對礦 料進(jìn)行干燥，通常采用自然干燥，在大型工廠采用專門設(shè)備(如滾筒烘干機(jī))烘干。 2.22.2 硫鐵礦焙燒的基本原理硫鐵礦焙燒的基本原理 硫鐵礦的焙燒過程屬于氣固相非催化反應(yīng)，其機(jī)理很復(fù)雜,且隨著條件的 不同得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物，其過程分為兩步： 第一步：硫鐵礦在高溫下受熱分解為硫化亞鐵和硫。 此反應(yīng)在 400以上即可進(jìn)行，500時則較為顯著，隨著溫

29、度升高反應(yīng)急劇 加速。 第二步：硫蒸氣的燃燒和硫化亞鐵的氧化反應(yīng)。分解得到的硫蒸汽與氧反應(yīng)， 瞬間即生成二氧化硫。 硫鐵礦分解出硫后，剩下的硫化亞鐵逐漸變成多孔性物質(zhì)，繼續(xù)焙燒，當(dāng)空 氣過剩量大時最后生成紅棕色的固態(tài)物質(zhì)三氧化二鐵。 4fes + 7o2 = 2fe2o3 + 4so2 綜合三個反應(yīng)式，硫鐵礦焙燒的總反應(yīng)式為： 4fes2 + 11o2 =2fe2o3 + 8so2 上述反應(yīng)中硫與氧反應(yīng)生成的二氧化硫及過量氧、氮和水蒸氣等氣體統(tǒng)稱為 爐氣；鐵與氧生成氧化物及其他固態(tài)物質(zhì)統(tǒng)稱為燒渣。 此外，焙燒過程還有大量的副反應(yīng)發(fā)生。這里值得注意的是，礦石中含有的 鉛、砷、硒、氟等，在焙燒過程

30、中會生成 pbo、as2o3、hf、seo2。它們呈氣態(tài)隨 爐氣進(jìn)入制酸系統(tǒng)，是有害雜質(zhì)。 在 fes2-fes-s2系統(tǒng)中，可用硫磺蒸氣分壓表示反應(yīng)的平衡狀況，硫磺蒸氣 壓(ps)與溫度的關(guān)系見表 2-1 表 2-1 硫碘蒸氣壓與溫度的關(guān)系 溫度/ 580600620650680700 壓力/pa 166.67733.332879.9715133.1966799.33261331.70 硫鐵礦焙燒反應(yīng)是一個氣固相非催化反應(yīng)。由于硫鐵礦的密度大、孔隙小， 焙燒的宏觀速率不僅和化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)，還與傳熱傳質(zhì)過程有關(guān)。 提高反應(yīng)速率的主要途徑為以下幾方面。 (1)提高反應(yīng)溫度。提高反應(yīng)溫度可加快擴(kuò)

31、散速率。硫鐵礦理論焙燒溫度可 以達(dá)到 1600，但要控制在 800 一 900之間，以免焙燒物镕結(jié)和設(shè)備被燒壞。 (2)減小礦料粒度。礦石粒度小，可以減小內(nèi)擴(kuò)散阻力并增加空氣與礦石的 接觸面積。這一措施對氧擴(kuò)散控制總焙燒速率的情況最為有效。 (3)提高氣體與礦粒的相對運動速度。氣體與礦粒相對運動速度大，會減小 氧的外擴(kuò)散阻力。 (4)提高入爐氣體的氧含最。氣氛中氧濃度高，一則氧的外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散錐 動力大，氧的擴(kuò)散速率高；二則可提高爐氣中氧含量，有利于so催化轉(zhuǎn)化。因 2 此，人們先后開發(fā)了富氧焙燒、純氧焙燒以及加壓焙燒工藝。 2 23 3 沸騰焙燒沸騰焙燒 1、沸騰焙燒的過程 固體流態(tài)化，是在

32、流動流體的作用下將固體顆粒群懸浮起來，從而使固體顆 粒具有某些流體表現(xiàn)特征的一種技術(shù)。 對硫鐵礦在沸騰爐里的焙燒過程來講，是氣體硫化面體的情況，它同理想的 散式流態(tài)化有較大的差別，其主要原因是顆粒的大小、形狀很不一致，流固體間 的密度相差較大。實際生產(chǎn)中爐內(nèi)床層表面會鼓起一個個小氣泡，隨風(fēng)速增大， 鼓泡逐漸激烈，并變得很不均勻，床層內(nèi)部分成固體顆粒的濃密區(qū)和氣泡的稀疏 區(qū)，氣泡從床底上升過程中很不穩(wěn)定互相合并，逐漸長大，到達(dá)床面時破裂， 導(dǎo)致床面頻繁波動，整個床層沒有乎穩(wěn)的界而，如同水沸騰一樣，所以稱之為沸 騰床。 2、影響沸騰焙燒的主要因素 沸騰過程同爐內(nèi)原料物性、氣流速度、床層高度、氣體分

33、布等密切相關(guān)。 （1）原料物性 原料的粒度、密度、形狀等物理性質(zhì)對沸騰過程都有很大影響。在一定 密度下，粒度的大小決定了臨界流化速度和吹出速度，因而也決定了操作速度。 小顆粒對應(yīng)的臨界流速小，易于流化；而較大的顆粒只有風(fēng)速足夠大才能流化。 實際生產(chǎn)中，原料粒度不均勻，顆粒粒度存在一定的分布既有小于 0.10.2 的細(xì)粒，也有大至 3mm 的粗粒。因此在設(shè)計中，要根據(jù)粒度分布狀況，引用“顆 粒平均直徑”來描述原料粒度，并依此計算臨界速度與吹出速度。顆粒的密度對 臨界流速也有較大影響，但一般情況下硫鐵礦的密度變化不大。 （2）氣流速度 決定固定床轉(zhuǎn)為沸騰床，并使沸騰床正常操作，最主要的因素就是氣流

34、速 度(指爐內(nèi)線速度)。臨界流化速度和吹出速度均是顆粒粒度和密度及氣體粘度和 氣體密度的函數(shù)，并可用公式計算。 （3）床層高度 探路爐床層高度包括沸騰層高度和分離空間高度，由“濃相流化區(qū)”和“稀 相流化區(qū)”兩部分構(gòu)成。通常，氣速越大顆粒越小，則膨脹比越大，沸騰層表 而上下起伏越大，固體顆粒運動強(qiáng)度越大，對焙燒反應(yīng)越有利，床層阻力也越大。 在一定的料層膨脹比下，提高沸騰層高度，會因顆粒停留時間加長，提高了 硫的燒出率，增強(qiáng)爐子的操作穩(wěn)定性，但氣體通過床層的阻力亦增大。在沸騰爐 內(nèi)，氣泡到達(dá)沸騰層表而即破裂，可將顆粒拋人爐子空間中，其中部分顆粒上升 到一定高度后又落回沸騰層，一部分顆粒為氣流帶走。

35、這一顆?？稍俜祷氐目臻g 稱為分離空間。分離空間高度隨氣流速度變化，氣速越大，需要分離空間的高度 越大。因此，出氣管口與床面間的高度要選取適當(dāng)。過小會使?fàn)t氣含塵量太大， 過大固然能延長礦塵停留時間，提高爐塵脫硫率，但對降低爐氣含塵量不再有效， 反而會位設(shè)備投資增加過多。 （4）氣體分布 氣體的均勻分布，對沸騰床穩(wěn)定操作極為重要。床層下的氣體分布器的作用 有三：a文承爐內(nèi)物料；b使氣體均勻分布；c.抑制聚式流化的不穩(wěn)定性，也 就是創(chuàng)造一個良好的流化條件并得以長期穩(wěn)定。 （5）焙燒強(qiáng)度 沸騰爐的焙燒強(qiáng)度是指單位爐床截而積日焙燒標(biāo)準(zhǔn)礦(含硫 35)的量，單 位為 t(m2d)。它是衡量爐子生產(chǎn)能力的一

36、個重要指標(biāo)。提高焙燒強(qiáng)度，就須 同時增加入爐空氣量和投礦量，采用粒高的操作速度。但這樣一來，會引起料層 膨脹率和礦塵夾帶量增加，而且必須增大粒子移除反應(yīng)熱的能力。為了不致使操 作風(fēng)速過大，一般采用二次風(fēng)的方法。實踐證明，礦粒粒徑對焙燒強(qiáng)度起著決定 性的作用。目前選取的各種礦料的焙燒強(qiáng)度 r(m2d)如下：尾砂的為 615； 塊礦為 2530；混礦為 1525。 3、沸騰爐結(jié)構(gòu) 沸騰爐有長方形和圓形兩類。前者在有色冶金方面曾一度被使用，由于結(jié)構(gòu) 上的缺點和對流化過程并無優(yōu)點，故很快就被否定。目前都是采用圓形爐。圓形 爐因使用原料和操作條件的不同，又分為直筒型和擴(kuò)大型。 （1）直筒型爐 直筒型爐的

37、沸騰層和上部燃燒空間的直徑大致相同，因而兩個空間的氣流速 度幾乎一樣，較適用于原料粒度較細(xì)的尾砂。因礦粒粒度細(xì)，沸騰層的風(fēng)速較低， 焙燒強(qiáng)度亦低，操作風(fēng)量與原料粒度匹配程度較高。實踐證明，這種爐子也可以 適用于摻燒部分塊礦，只因操作范圍較窄，有較大的局限性。 （2）擴(kuò)大型爐 異徑擴(kuò)大型沸騰爐見圖 21。 鋼殼外面設(shè)有保溫層。由下往上，爐體可分為四部分：a風(fēng)室；b分布板： c拂騰層；d沸騰層上部燃燒空間。爐子下部的風(fēng)室設(shè)有空氣進(jìn)口管。風(fēng)室上 部為氣體分布板，分布板上裝有許多側(cè)向開口的風(fēng)帽，風(fēng)帽間鋪耐火泥。空氣由 鼓風(fēng)機(jī)送人空氣室經(jīng)風(fēng)帽向爐膛內(nèi)均勻噴出。爐膛中部為向上擴(kuò)大截頭圓錐形， 上部燃燒層空

38、間的截而積較沸騰層截面積大。 加料口設(shè)在爐身下段，過去加料處從爐體向外突出，稱加料前室，有的大型 爐子沒有多個，由于沒有前室使?fàn)t子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對爐內(nèi)礦料的混合和脫硫作用不 甚明顯，多數(shù)沸騰爐不設(shè)前空。在加料口對面設(shè)有礦渣溢流口。此外，還設(shè)有爐 氣出口、二次空氣進(jìn)口、點火口等接管。頂部設(shè)有安全口。 圖 2-1 沸騰爐爐體結(jié)構(gòu) 1-保溫磚內(nèi)襯；2-耐火磚內(nèi)襯；3-風(fēng)室；4-空氣進(jìn)口管；5-空氣分布板；6-風(fēng)帽；7-上 部焙燒空間；8-沸騰床；9-冷卻管束；10-加料口；11-礦渣溢流管；12-爐氣出口；13-二次 空氣進(jìn)口；14-點火口；15-安全口 焙燒過程中，為避免溫度過高爐料熔結(jié)，需從沸騰層移

39、走焙燒釋放的多余熱 量。通常采用在爐壁周圍安裝水箱(小型爐)，或用插入沸騰層的冷卻管束冷卻， 后者作為廢熱鍋爐換熱元件移熱，以產(chǎn)生蒸汽。 由于異徑擴(kuò)大型沸騰爐的沸騰層和上部燃燒空間尺寸不一致，使沸騰層和上 部燃燒層氣速不同沸騰層氣速高，可焙燒較大顆較的礦料，礦料的粒度最大可 達(dá) 6mm，而細(xì)小的顆粒被氣流帶到擴(kuò)大段后，因氣速下降有部分又返回沸騰層， 不致造成過多礦塵進(jìn)入爐氣，而沸騰層的平均粒度亦不因沸騰層氣速大而增加很 多。這種爐型對原料品種和原料粒度的適應(yīng)性強(qiáng)，燒渣含硫量低，不易結(jié)疤。 2.42.4 焙燒的工藝條件焙燒的工藝條件 2.4.12.4.1 焙燒的工藝流程焙燒的工藝流程 焙燒工段的

40、主要作用是制出合格的 so 爐氣，并清除爐氣中的礦塵。由于焙 2 燒過程中產(chǎn)生較多熱量，以及爐氣須經(jīng)降溫才可進(jìn)入除塵設(shè)備，因而設(shè)置了廢熱 鍋爐。整個焙燒工段的工藝流程見圖 2-2。設(shè)有沸騰爐、廢熱鍋爐、旋風(fēng)分離器、 電除塵器及排渣裝置。 圖 2-2 沸騰焙燒的流程 1-礦貯斗；2-皮帶秤；3-星形加料器；4-沸騰爐；5-廢熱鍋爐；6-旋風(fēng)飛塵器； 7-電除塵器；8-空氣鼓風(fēng)機(jī)；9-星形排灰閥；10，11-埋刮板輸送機(jī)；12-增濕冷卻滾 筒；13-蒸汽洗滌器 裝置運行時，礦料由皮帶輸送機(jī)通過布料器連續(xù)加入獨騰爐；空氣由鼓風(fēng)機(jī) 鼓入氣室經(jīng)氣體分布板與爐料接觸，氣固接觸反應(yīng)產(chǎn)生 so 爐氣；爐氣出爐

41、子進(jìn) 2 廢熱鍋爐降溫除塵進(jìn)旋風(fēng)除塵器除去大部分礦塵，最后經(jīng)過電除塵器進(jìn)一步除去 剩余細(xì)小礦塵。 2.4.22.4.2 沸騰焙燒的工藝條件沸騰焙燒的工藝條件 為獲得穩(wěn)定的一定濃度的so爐氣，并得到高的硫燒出率，操作時控制好爐 2 溫、爐底壓力及投礦量很關(guān)鍵。一般爐溫控制在 850 一 950爐底壓力(表壓) 8821176kpa所制爐氣含 so212一 14。這三項指標(biāo)是互相聯(lián)系的，其 中爐溫控制對穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要，這是因為爐床溫度對焙燒反應(yīng)速率影響最大。 生產(chǎn)中，影響?yīng)汄v爐焙燒溫度的主要因素有投礦量、礦料的含硫量和水分， 以及風(fēng)量。其中原料含硫量及投礦量對爐溫影響最顯著，這是因為爐內(nèi)熱量來自

42、 于硫分的燃燒反應(yīng)。單位時間入爐硫量的增加或減少分別對爐溫影響有升高和降 低兩種可能，這要視爐內(nèi)空氣的過剩程度。風(fēng)量對爐溫亦影響較大，如何影響也 要視爐內(nèi)的空氣過剩程度。礦料中水分增加可較明顯地使?fàn)t溫下降，平時要保持 水分含量穩(wěn)定，免使?fàn)t溫受此影響。 爐底壓力波動會直接影響進(jìn)入爐內(nèi)的空氣量，爐溫隨之產(chǎn)生波動。爐底壓力 主要表示分布器和沸騰層的阻力。分布器阻力一般變化不大，正常設(shè)計占總阻力 的 23。所以爐底壓力變化主要反映了沸騰層阻力的大小和床層情況。由沸騰原 理可知，沸騰層阻力大小決定于靜止料層的厚度和它的繼積密度，同爐內(nèi)流速關(guān) 系不大，這就是說爐底壓力增減表明了沸騰層內(nèi)爐料多少。調(diào)節(jié)爐底壓

43、力可采用 調(diào)節(jié)風(fēng)量和投礦量兩個措施。 沸騰爐的硫燒出率較高，燒渣中含硫量較低，約為 0.1一 0.5。其值的 大小由渣和礦塵的燒出率兩部分構(gòu)成主要受礦粒度、反應(yīng)速度、爐料爐塵停留 時間影響。溫度高、反應(yīng)快，有利于硫燒出率的提高：沸騰層高度、氣流速度決 定塵的停留時間，停留時間長硫燒出率高，但床層阻力大，一般沸騰層的高度維 持在 l-1.5m 范圍內(nèi)。 2.52.5 焙燒中礦塵的清除焙燒中礦塵的清除 無論采用何種爐型及何種焙燒方法，焙燒硫鐵礦制得的爐氣中都含有礦塵。 塵含量的多少與焙燒爐爐型、焙燒方法、焙燒強(qiáng)度、原料品位和粒度等因素有關(guān)。 一般沸騰爐出口爐氣含塵量 150 一 300gm3。若不

44、將爐塵除到一定程度，則不僅 堵塞設(shè)備和管道，破壞正常生產(chǎn)，而旦沉積覆蓋在催化劑外表面上影響其活性， 甚至造成停車。 目前在硫酸生產(chǎn)中，清除爐氣中的塵，大都采用機(jī)械除塵和電除塵。 機(jī)械除塵分為集塵器除塵和旋風(fēng)除塵兩類。 1 、集塵器除塵 分為自然沉降與慣性除塵。因該類設(shè)備效率低、體積大，已很少有廠家單獨 采用，多以廢熱鍋爐代替，將除塵與回收余熱同時進(jìn)行。 2、旋風(fēng)除塵 旋風(fēng)除塵器有標(biāo)淮型、擴(kuò)散型、漸開線型、直簡型等多種形式。其除塵原理 是利用離心力將塵與爐氣分離。除塵器的工藝操作參數(shù)主要有進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速和壓降。 。該種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作可靠、造價低廉、管理方便，但對很細(xì)小的塵粒 (10m)除塵效率很

45、低，故多用于爐氣的初級除塵。旋風(fēng)除塵器有時由兩個或多 個并聯(lián)組合在一起，有時用兩級串聯(lián)，以提高除塵效率。 3、電除塵器 電除塵的特點是除塵效率高，一般均在 99以上，最高可達(dá) 99.9，可使 含塵量降到 0.2gm3以下，除去塵粒粒度在 0.01100m之間設(shè)備適應(yīng)件好、 阻力小。在硫鐵礦制酸系統(tǒng)中，置于旋風(fēng)除塵器后，以除去余留微塵。 2.62.6 廢熱利用廢熱利用 1、沸騰焙燒的廢熱 沸騰爐焙燒含硫原料過程中會放出大量的熱。由熱量衡算可知，每燃燒 lkg 含硫 35的硫鐵礦，可放出熱量 45217kj，這些熱雖約 40左右消耗于爐氣、 灰渣的加熱，其余 60以上的的熱量即為余熱。余熱大致分為

46、兩部分：一是為維 護(hù)爐溫需導(dǎo)出的部分，大約 1264gjlt 酸；二是導(dǎo)出爐氣從 85011 降到 350 一 400放出的部分，約為 1482gjlt 酸。也就是說，燒 lt 礦可得到的余熱 相當(dāng)于 100kg 標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量。如把它回收利用可得到 1012t 蒸汽。如不 把它們利用，須在爐內(nèi)和爐氣出口處設(shè)置專門的冷卻器移熱，這將消耗大量冷卻 水和電能。由于原料品位、水分和雜質(zhì)含量不同，以及操作條件(爐溫、出口爐 氣)的不同，在沸騰爐能得到的余熱量有較大差別。表 2-1 為不同情況下的余熱 量。 表 2-1 不同情況下 1kg 礦的余熱量 硫含量/水分含量/爐溫爐氣中 so2 含量/余熱（k

47、j/kg） 308850122093 355850122721 404850132931 207850121256 可見，這些余熱的回收利用具有很大經(jīng)濟(jì)意義。目前國內(nèi)許多單位已在沸騰 爐配置了廢熱鍋爐，以回收余熱。中國第一座廢熱鍋爐于 60 年代初投產(chǎn)，一年 利用廢熱發(fā)電達(dá) 800 萬度，除滿足本身生產(chǎn)需要，還余 13 以上電力可供輸出， 裝置投資在一年內(nèi)即可收回。隨著中國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近些年廢熱利用已很普 遍。 2、廢熱利用方法 為降低硫酸成本，有效回收余熱，最有效的方法是利用廢熱鍋爐，進(jìn)而將余 熱產(chǎn)生的蒸汽發(fā)電。 在廢熱鍋爐推廣之前，多數(shù)廠采用在沸騰爐上安裝間接冷卻裝置生產(chǎn)熱水。 由于傳

48、熱系數(shù)不高，冷卻體積較大，同時由于冷卻水進(jìn)口溫度為常溫，排出溫度 不宜超過 60(溫度高易引起冷卻壁結(jié)垢)，故水耗量及動力消耗均很大。也有廠 采用直接噴水的方法控制爐溫，此種方法很簡便，調(diào)節(jié)亦十分靈敏，但水氣化只 把爐內(nèi)顯熱轉(zhuǎn)變?yōu)闈摕?，增加了爐氣的濕含量，使?fàn)t氣體積增大，后續(xù)凈化負(fù)荷 增大，余熱量基本得不到利用。沸騰爐導(dǎo)出的高溫爐氣如直接進(jìn)入除塵沒備將 會使這些設(shè)備很快損壞，所以都采用爐氣冷卻設(shè)備來移熱。曾采用過的冷卻設(shè)備 有水夾套、列管式冷卻器、水膜冷卻器、自然散熱式冷卻器等。但總的來講，因 爐氣冷卻器傳熱效率不高、易損壞，所以耗用鋼材多，維修工作員大。 利用廢熱鍋爐串聯(lián)于工藝流程之中，它既

49、可用來回收余熱生產(chǎn)蒸汽，同時也 可完成降溫除塵的特定工藝作用。因此，這是最有效的余熱利用方法。用于制酸 的廢熱鍋爐與普遍工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)相近，亦是由汽包、爐管和聯(lián)管三個基本部分 組成，只是爐管作為受熱元件所處的環(huán)境與普通工業(yè)鍋爐不同。其主要區(qū)別：a 爐氣中含硫，它們對爐管有直接和間接的腐蝕作用；b 爐氣中含大量的爐塵， 沸騰爐出口爐氣含塵量一般在 250 一 3508m3 原料粒度多在 100m左右，形狀 多以棱角形為主，因此礦塵對管件的磨損很嚴(yán)重。 目前，中國沸騰爐用的廢熱鍋水汽循環(huán)方式有自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)和混合 循環(huán)(即爐受熱管部分用強(qiáng)制循環(huán)，沸騰爐內(nèi)用自然循環(huán)，受熱管分別置于沸騰 爐和爐氣

50、煙道內(nèi))。 自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)各有優(yōu)缺點。強(qiáng)制循環(huán)受熱管的傳熱效果好，傳熱面積 小，結(jié)構(gòu)緊湊，水在各受熱管內(nèi)分配較均勻，不會發(fā)生汽阻現(xiàn)象，但相對自然循 環(huán)而言強(qiáng)制循環(huán)?；ㄙM的動力多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜運轉(zhuǎn)和保養(yǎng)的問題多?；旌涎h(huán)比 全強(qiáng)制循環(huán)省電，也不發(fā)生汽阻現(xiàn)象，并在鍋爐的開爐、停爐及突然斷電的情況 下對過熱器的保護(hù)和安全起到緩沖作用，故現(xiàn)在多采用混合循環(huán)。 第三章 爐氣的凈化及干燥 3.13.1 爐氣凈化的目的和要求爐氣凈化的目的和要求 焙燒硫鐵礦產(chǎn)生的so爐氣含有一定量的有害雜質(zhì)，不能直接送人轉(zhuǎn)化工序， 2 為此設(shè)置了這個輔助工序爐氣的凈化與干燥。其日的就是向so催化轉(zhuǎn)化工 2 序提供有害雜質(zhì)含量

51、低于規(guī)定、比較純凈的原料氣體。 爐氣中的礦塵不僅會堵塞設(shè)備與管道，而且會造成后序工序催化劑失活。砷 和硒則是催化劑的毒物；爐氣中的水分及二氧化硫極易形成酸霧，不僅對設(shè)備產(chǎn) 生嚴(yán)重腐蝕，而且很難被吸收除去。因此，在爐氣送去轉(zhuǎn)化之前，必須先對爐氣 進(jìn)行凈化，應(yīng)達(dá)到下述凈化指標(biāo)。 砷 0.001g/m 塵 0.005 g/m 33 水分 0.1 g/m 氟 0.001 g/m 33 酸霧 0.03 g/m 3 3.23.2 凈化的原理和方法凈化的原理和方法 1、礦塵的清除 工業(yè)上對爐氣礦塵的清除，依塵粒大小，可相應(yīng)采取不同 的凈化方法。對于塵粒較大的(10 um 以上)可采用自由沉降室或旋風(fēng)分離器等

52、機(jī) 械除塵設(shè)備;對于塵粒較小的(0.110um )可采用電除塵器；對于更小顆粒的礦 塵(0.05um 以下)可采用液相洗滌法。 2、砷和硒的清除 焙燒后產(chǎn)生的和,它們具有這樣的特性，當(dāng)溫 32o as 2 seo 度下降時，它們在氣體中的飽和含量迅速下降，因此可采用水或稀硫酸來降溫洗 滌爐氣。當(dāng)溫度降至 50時，氣體的砷、硒氧化物已降至規(guī)定指標(biāo)以下。凝固成 固相的砷、硒氧化物一部分被洗滌液帶走，其余呈固體微粒懸浮在氣相中成為酸 霧冷凝中心。 3、酸霧的形成與清除 爐氣凈化時，由于采用硫酸溶液或水洗滌爐氣，洗 滌液中有相當(dāng)數(shù)量的水蒸氣進(jìn)入氣相，使?fàn)t氣中的水蒸氣含量增加。當(dāng)水蒸氣與 爐氣中的三氧化

53、硫接觸時，則可生成硫酸蒸氣。當(dāng)溫度降到一定程度，硫酸蒸氣 就會達(dá)到飽和，直至過飽和。當(dāng)過飽和度等于或大于過飽和度的臨界值時，硫酸 蒸氣就會在氣相中冷凝，形成在氣相中懸浮的微小液滴，稱之為酸霧。 實踐證明，氣體的冷卻速度越快，蒸氣的過飽和度越高，越易形成酸霧。為 防止酸霧形成，必須控制一定的冷卻速度，使整個過程硫酸蒸氣的過飽和度低于 臨界值。當(dāng)用水或稀酸洗滌爐氣時，由于爐氣溫度迅速降低，形成酸霧是不可避 免的。 酸霧的清除，通常采用電除霧器來完成。電除霧器的除霧效率與酸霧微粒的 直徑有關(guān)。直徑越大，除霧效率越高。實際生產(chǎn)中采取逐級增大酸霧粒徑逐級分 離的方法，以提高除霧效率。增大酸霧粒徑，一是逐

54、級降低洗滌酸濃度，使氣體 中水蒸氣含量增大，酸霧吸收水分被稀釋，使粒徑增大；二是氣體被逐級冷卻， 酸霧同時也被冷卻，氣體中水蒸氣在酸霧微粒表面冷凝而增大粒徑。 此外，為了提高除霧效率，還可采取增加電除霧器的段數(shù)，在兩級電除霧器 中間設(shè)置增濕塔，降低氣體在電除霧器的流速等措施。 3.33.3 爐氣凈化的工藝流程爐氣凈化的工藝流程 以硫鐵礦為原料的接觸法制酸裝置的爐氣凈化流程有許多種。20 世紀(jì) 50 年 代以前，使用機(jī)械爐焙燒制氣時，國內(nèi)外普遍采用魯奇酸洗流程，為與后來發(fā)展 的各種凈化流程區(qū)別，稱其為“標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程” 。隨著沸騰焙燒的應(yīng)用，入爐礦 料粒徑小、水分含量大，爐氣中三氧化硫含量降低，濕

55、含量及礦塵雜質(zhì)含量增加， 而干式除塵系統(tǒng)的效率未能相應(yīng)提高，大量礦塵及雜質(zhì)進(jìn)入凈化系統(tǒng)，使凈化系 統(tǒng)無法維持原來的工藝條件。20 世紀(jì) 50 年代后期 60 年代初期，國內(nèi)外采用了水 洗凈化流程。有些工廠將原塔式酸洗改為塔式水洗。當(dāng)時，由于開發(fā)采用了一些 體積小、效率高的洗滌設(shè)備(如文氏管)取代了龐大的塔設(shè)備，從而出現(xiàn)了多種水 洗凈化流程。但由于水洗流程有大量污水徘放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。到 70 年 代強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)后，爐氣濕法凈化朝著封閉型稀酸洗滌方向轉(zhuǎn)變。水洗流程，特 別是一次通過式(即用大量水)的水洗流程已經(jīng)淘汰。在國外，新興的高效動力波 凈化工藝，已在制酸工業(yè)中應(yīng)用。 1、酸洗流程 比

56、較典型的酸洗流程有標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程、 “兩塔兩電”酸洗流程、 “兩塔一器兩電”酸洗流程及“文泡冷電”酸洗流程。此處著重介紹相對先進(jìn)的 “文泡冷電”酸洗流程。 “文泡冷電”酸洗流程是我國自行設(shè)計將水洗改為酸洗的凈化流程，此流程 如圖 3-1 所示。 由焙燒工序來的 so 爐氣，首先進(jìn)入文丘里洗滌器 l(文氏管)，用 2 1520的稀酸進(jìn)行第一級洗滌，洗滌后的氣體經(jīng)復(fù)擋除襪器 3 除沫后進(jìn)入泡 沫塔 4，用 13的稀酸進(jìn)行第二級洗滌。經(jīng)兩級稀酸洗之后，礦塵、雜質(zhì)被 除去，爐氣中部分、凝固為顆粒被除掉，部分成為酸霧的凝聚中心， 32o as 2 seo 同時，爐氣中的 so 也與水蒸氣形成酸霧，在凝聚中

57、心形成酸霧顆粒。兩級稀酸 3 洗之后的爐氣，經(jīng)復(fù)擋除沫器 5 除沫，進(jìn)入列管間接冷卻塔 6，使?fàn)t氣進(jìn)一步冷 卻，同時，使水蒸氣進(jìn)一步冷凝，并且使酸霧粒徑再進(jìn)一步增大。由間接冷卻塔 6 出來的爐氣進(jìn)入管束示電除霧器，借助于直流電場，使?fàn)t氣中的酸霧被除去， 凈化后的爐氣去干燥塔進(jìn)行干燥。 圖 3-1 “文泡冷電”酸洗流程 1-文氏管； 2-文氏管受槽；3、5-復(fù)擋除沫器；4-泡沫塔；6-間接冷卻塔；7-電除霧器；8- 安全水封；9-斜板沉降槽；10-泵；11-循環(huán)槽；12-稀酸槽 文丘里洗滌器 1 的洗滌酸經(jīng)斜板沉降槽 9，沉降循環(huán)酸中的污泥；經(jīng)沉降后 的清液循環(huán)使用；污泥自斜板底部放出，用石灰粉

58、中和，與礦渣一起外運。 該流程用絮凝劑(聚丙烯酰胺)沉淀洗滌酸中的礦塵雜質(zhì)，大大地減少了排污 量(每噸酸的排污量僅為 2.5l)，達(dá)到封閉循環(huán)的要求，故此流程也稱“封閉酸洗 流程” 。 標(biāo)淮酸洗流程是以硫鐵礦為原料的經(jīng)典酸洗流程，由兩個洗滌塔、一個增濕 塔和兩級電除霧器組成，故也稱“三塔兩電”酸洗流程。 “兩塔兩電”酸洗流程與標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程相似，只是省去了增濕塔，但所用洗 滌酸的濃度較低。 “兩塔一器兩電”酸洗流程，也是在標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其中 的增濕塔用間接冷凝器代替，故稱“兩塔一器兩電”酸洗流程。 2、水洗流程 比較常用的水洗流程有如下幾種。 （1） “文泡文”水洗流程。由文氏管

59、、泡沫塔、文氏管組成，它具有設(shè)備 小、操作方便、投資少的優(yōu)點，但系統(tǒng)壓降高。 （2） “文泡電”水洗流程。用電除霧器代替上述“文泡文”流程中的第二級 文丘里，提高了對酸霧雜質(zhì)的凈化效率，系統(tǒng)壓降也比“文泡文”流程要小。 （3） “文文冷電”水洗流程。由兩個文氏管、冷凝器、電除霧器組成，技術(shù) 性能和適應(yīng)能力都較好。 與酸洗流程相比，水洗流程設(shè)備少、投資省、凈化效果較好，適用于砷，氟 和礦塵含量高的爐氣凈化。缺點是排放大量酸性污水，污水中含砷、硒、氟和硫 酸等有害物質(zhì)，如不經(jīng)妥善處理會造成嚴(yán)重的公害。此外，爐氣中的三氧化硫全 部損失，二氧化硫也不能保全，故硫的利用率低。因此，水洗流程已被逐漸淘汰。

60、 3、動力波凈化工藝 動力波凈化工藝是目前比較先進(jìn)的一種凈化流程，它 主要采用動力波洗滌器進(jìn)行洗滌凈化，其凈化效率較高，該工藝常見的流程是動 力波三級洗滌器凈化流程。 動力波凈化工藝的關(guān)鍵設(shè)備是動力波洗滌器。其中有逆噴型和泡沫塔型兩種 洗滌器應(yīng)用于制酸的凈化。 泡沫塔型洗滌器外形與普通有固定擋板的板式塔相同，但塔板開孔率及操作 氣速相對較大，運行中，在兩塔板間的開孔區(qū)形成泡沫區(qū)。泡沫區(qū)中氣液接觸非 常密切，可有效地脫除塵埃細(xì)粒、冷卻氣體和多級吸收氣體。圖 3-2 為動力波三 級洗滌器。 圖 3-2 動力波三級洗滌器凈化流程 1、6-一級和二級動力波洗滌器泵； 2、7-一級和二級動力波洗滌器；