一种烟气制酸过程余热利用方法

摘要

本发明公开了一种烟气制酸过程余热利用方法，一半SO2烟气与空气混合，经第一换热器、前置换热器加热后，进入二氧化硫转化器的前置床层，出气经前置换热器换热后，与另一半SO2烟气混合后，进入第一段床层；第一段床层出气经第一蒸汽过热器换热后，进入第二段床层；第二段床层出气经第三换热器换热后进入第三段床层；第三段床层出气经第二蒸汽过热器换热后，一部分出气经第一换热器换热、另一部分出气经第二换热器换热，随后进入高温吸收塔；塔出气经第四换热器和第三换热器加热后进入第四段床层；第四段床层出气经第三蒸汽过热器和第四换热器换热后，进入最终吸收塔。该方法的工艺适应性宽泛，操作方便，运行可靠，废热利用率高。

权利要求

1.一种烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，该方法为：SO2烟气由两台并联的二氧化硫风机平均分配并输送，一台二氧化硫风机输送的SO2烟气与空气风机输送的空气混合，依次经过第一换热器、前置换热器加热后，进入二氧化硫转化器的前置床层，所述前置床层的出气经所述前置换热器换热后，与经第二换热器加热的另一台二氧化硫风机输送的SO2烟气混合后，进入二氧化硫转化器的第一段床层；所述第一段床层的出气经第一蒸汽过热器换热后，进入二氧化硫转化器的第二段床层；所述第二段床层的出气经第三换热器换热后进入二氧化硫转化器的第三段床层；所述第三段床层的出气经第二蒸汽过热器换热后，一部分出气经所述的第一换热器换热、另一部分出气经所述的第二换热器换热，随后进入高温吸收塔；所述的高温吸收塔的出气依次经第四换热器和所述的第三换热器加热后进入二氧化硫转化器的第四段床层；所述第四段床层的出气依次经第三蒸汽过热器和所述的第四换热器换热后，进入最终吸收塔；第一饱和蒸汽经所述的第一蒸汽过热器加热后，用于工业拖动汽轮机或汽轮发电机；第二饱和蒸汽依次经过所述的第三蒸汽过热器和第二蒸汽过热器加热后，用于汽轮发电机。

2.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述SO2烟气中，SO2体积百分比浓度为22～28%，O2体积百分比浓度为6.5～10%。

3.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，进入二氧化硫转化器的SO2烟气总量和空气总量构成进入二氧化硫转化器的总气体，所述总气体的氧硫比为

0.85～0.90。

4.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述前置床层、第一段床层、第二段床层、第三段床层、第四段床层的二氧化硫转化率分别为68～70%、74～

76%、90～92%、95～97%、98～99.5%。

5.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，向所述的前置床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压与空气风机提供的风压相同，并高于向所述的第一段床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压。

6.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述二氧化硫风机和空气风机通过由电动机和所述工业拖动汽轮机构成的同轴双驱动系统驱动，通过超越离合器实现驱动装置的转换。

7.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述第一饱和蒸汽来自于连续炼铜过程中熔炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉和吹炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉，所述第一饱和蒸汽的压力为4.0～4.2MPa。

8.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述第二饱和蒸汽来自于干吸工序设置的低温热回收装置，所述第二饱和蒸汽的压力为0.8～1.0MPa。

9.根据权利要求1所述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述的第三段床层出气量60～70%进入所述的第一换热器中，所述的第三段床层的出气量的30～40%进入所述的第二换热器中。

说明书

一种烟气制酸过程余热利用方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机化工技术领域，具体涉及一种烟气制酸过程中余热利用方法。

背景技术

[0002] 目前，在有色金属富氧冶炼烟气制酸领域，已投入工业化生产的高浓度SO2烟气转化技术主要有德国拜耳公司的BAYQIK技术、Out-0tec的LUREC技术和美国孟莫克公司的预转化技术。这三种技术可处理φ(SO2)≥14%的烟气，且与常规转化工艺相比，设备规格减小、运行费用降低、废热回收率提高。因二氧化硫转化成三氧化硫须采用多段转化，转化换热流程中，进入转化器的冷气体需经加热达到特定温度，各段进气均需维持最佳温度，吸收塔进气需在适宜范围内。上述的三种高浓度二氧化硫转化技术的换热流程各具特点，其总转化率和吸收率虽高，但其存在设备结构设计要求高、换热流程复杂、废热回收装置故障风险高（废热锅炉及省煤器等）、热能利用不合理等问题。同时，受烟气SO2浓度适应性、催化剂性能及用量、气体分配形式、操作控制难易程度等因素限制，在工业生产中，上述三种技术均不同程度存在影响设备长周期满负荷稳定运行的瓶颈问题。

[0003] 因此，针对富氧冶炼及连续冶炼产生的高浓度SO2烟气制酸技术，开发合理的换热流程，使各段进气温度合理可调，尽量降低流程阻力，高效回收废热，提高SO2的总转化率，降低制酸尾气排放浓度和总量，是当前需解决的问题。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种烟气制酸过程余热利用方法，该方法的工艺适应性宽泛，操作方便，运行可靠，废热利用率高。

[0005] 上述目的是通过下述方案实现的：

[0006] 一种烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，该方法为：SO2烟气由两台并联的二氧化硫风机平均分配并输送，一台二氧化硫风机输送的SO2烟气与空气风机输送的空气混合，依次经过第一换热器、前置换热器加热后，进入二氧化硫转化器的前置床层，所述前置床层的出气经所述前置换热器换热后，与经第二换热器加热的另一台二氧化硫风机输送的SO2烟气混合后，进入二氧化硫转化器的第一段床层；所述第一段床层的出气经第一蒸汽过热器换热后，进入二氧化硫转化器的第二段床层；所述第二段床层的出气经第三换热器换热后进入二氧化硫转化器的第三段床层；所述第三段床层的出气经第二蒸汽过热器换热后，一部分出气经所述的第一换热器换热、另一部分出气经所述的第二换热器换热，随后进入高温吸收塔；所述的高温吸收塔的出气依次经第四换热器和所述的第三换热器加热后进入二氧化硫转化器的第四段床层；所述第四段床层的出气依次经第三蒸汽过热器和所述的第四换热器换热后，进入最终吸收塔；第一饱和蒸汽经所述的第一蒸汽过热器加热后，用于工业拖动汽轮机或汽轮发电机；第二饱和蒸汽依次经过所述的第三蒸汽过热器和第二蒸汽过热器加热后，用于汽轮发电机。

[0007] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述SO2烟气中，SO2体积百分比浓度为22～28%，O2体积百分比浓度为6.5～10%。

[0008] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，进入二氧化硫转化器的SO2烟气总量和空气总量构成进入二氧化硫转化器的总气体，所述总气体的氧硫比为0.85～0.90。

[0009] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述前置床层、第一段床层、第二段床层、第三段床层、第四段床层的二氧化硫转化率分别为68～70%、74～76%、90～92%、95～97%、98～99.5%。

[0010] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，向所述的前置床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压与空气风机提供的风压相同，并高于向所述的第一段床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压。

[0011] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述二氧化硫风机和空气风机通过由电动机和所述工业拖动汽轮机构成的同轴双驱动系统驱动，通过超越离合器实现驱动装置的转换。

[0012] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述第一饱和蒸汽来自于连续炼铜过程中熔炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉和吹炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉，所述第一饱和蒸汽的压力为4.0～4.2MPa。

[0013] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述第二饱和蒸汽来自于干吸工序设置的低温热回收装置，所述第二饱和蒸汽的压力为0.8～1.0MPa。

[0014] 根据上述的烟气制酸过程余热利用方法，其特征在于，所述的第三段床层出气量60～70%进入所述的第一换热器中，所述的第三段床层的出气量的30～40%进入所述的第二换热器中。

[0015] 本发明的有益效果：

[0016] 本发明的烟气制酸过程余热利用方法可实现进入转化器的烟气流量及氧硫比的优化调控，总体积流量少，气体分流方式高效，输送所需压缩功小，耗电量低；可高效和利用各段反应床层出气废热，系统热平衡易于保持和调节；采用蒸汽过热器回收废热，提高了中低压蒸汽品质、做功能力强，发电效率提高，同时规避了采用废热锅炉、省煤器存在的故障风险，为生产稳定运行提供了安全保障；采用工业拖动汽轮机直接拖动风机，避免了热能→电能→机械能转换过程中的效率损失，提高了废热利用率。

附图说明

[0017] 图1为本发明的烟气制酸过程余热利用方法的流程示意图。

具体实施方式

[0018] 本发明依据连续炼铜所产高浓度SO2烟气的特点，立足硫酸装备国产化，提供一种与烟气制酸转化率分配相匹配的换热流程及废热利用方法，从物料平衡和热量平衡入手，合理分配转化率，依据催化剂性能确定装填量，设置对应的调控手段,维持最佳热平衡状态，使氧硫比优化可调、各段反应床层较易达到设定的转化率，实现气浓气量适应性宽泛、操作方便易控、运行可靠、废热利用率高的预期目标。

[0019] 如图1所示，本发明的二氧化硫转化器包括前置床层1、第一段床层2、第二段床层3、第三段床层4、第四段床层5。SO2烟气中，SO2体积百分比浓度为22～28%，O2体积百分比浓度为6.5～10%。二氧化硫烟气经前置床层1后，进入两转两吸流程，两转两吸流程采用“3+1”段转化的形式。前置床层、第一段床层、第二段床层、第三段床层、第四段床层的二氧化硫转化率分别为68～70%、74～76%、90～92%、95～97%、98～99.5%。本发明提供的一种烟气制酸过程余热利用方法，经净化、干燥后的高浓度SO2烟气由两台二氧化硫风机平均分配输送，一台二氧化硫风机6输送一半烟气，与空气风机7送出的干燥空气混合，混合后依次经第一换热器8、前置换热器9加热后，进入前置床层1。另一台二氧化硫风机10输送的另一半二氧化硫烟气经第二换热器11加热后，与经前置换热器9换热的前置床层1出气混合后，进入两转两吸流程的第一段床层2。即，前置床层出气用于加热进入前置床层的气体。第一段床层2的出气经第一蒸汽过热器12加热第一饱和蒸汽后，再进入第二段床层3。第二段床层3出气经第三换热器13换热后进入第三段床层4。第三段床层4出气经经第二蒸汽过热器14加热第二蒸汽后，一部分出气经第一换热器8换热、另一部分出气经第二换热器11换热，随后进入高温吸收塔。即，第三段床层出气经第二蒸汽过热器换热后，一部分出气用于加热进入前置床层的气体，另一部分出气用于加热进入第一床层的二氧化硫烟气。优选的，第三段床层出气量60～70%进入第一换热器8中，30～40%进入第二换热器11中。高温吸收塔出气依次经第四换热器15和第三换热器13加热后进入第四段床层5。第四段床层5的出气依次经第三蒸汽过热器16和第四换热器15换热后，进入最终吸收塔。第四段床层出气用于加热第二饱和蒸汽和高温吸收塔出气。第一饱和蒸汽经第一蒸汽过热器12加热后，一部分用于工业拖动汽轮机，另一部分用于汽轮发电机。第二饱和蒸汽依次经过第三蒸汽过热器16和第二蒸汽过热器14加热后，用于汽轮发电机。其中，第一饱和蒸汽来自于连续炼铜过程中熔炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉和吹炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉，第一饱和蒸汽的压力为
4.0～4.2MPa。第二饱和蒸汽来自于干吸工序设置的低温热回收装置，第二饱和蒸汽的压力为0.8～1.0MPa。

[0020] 第一蒸汽过热器、第二蒸汽过热器和第三蒸汽过热器，分别利用烟气制酸过程换热流程的第一段床层出口气体的废热、第四段床层和第三段床层出口气体的废热，过热连续炼铜系统生产的第一蒸汽和干吸工序低温余热回收系统生产的第二蒸汽。其中第一饱和蒸汽过热后，一部分用于工业拖动汽轮机直接驱动二氧化硫风机和空气风机，另一部分用于发电，第二饱和蒸汽过热后，直接用于发电。

[0021] 工业拖动汽轮机直接驱动二氧化硫风机和空气风机，引用由工业拖动汽轮机与电动机构成的同轴双驱动系统，驱动装置安装在风机两侧，配置超越离合器，通过超越离合器实现驱动装置间的自动转换。当风机原始启动或过热蒸汽压力降低以及工业拖动汽轮机故障时，工业拖动汽轮机侧超越离合器自动解脱、由电动机驱动风机；当工业拖动汽轮机工作时，电动机侧超越离合器自动解脱。

[0022] 本发明的烟气制酸过程余热利用方法，进入二氧化硫转化器的SO2烟气总量和空气总量构成进入二氧化硫转化器的总气体，该总气体的氧硫比为0.85～0.90。确定了总气体的氧硫比，再根据SO2烟气总量，确定需配入的空气的量。

[0023] 特别的，向前置床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压与空气风机提供的风压相同，并高于向第一段床层输送SO2烟气的二氧化硫风机提供的风压。

[0024] 下面用具体实施例对本发明进行进一步说明。

[0025] 实施例1

[0026] 金峰连续炼铜系统产生的高浓度SO2冶炼烟气中，SO2体积百分比浓度25.5VOL%、O2体积百分比浓度8.5VOL%。经净化、干燥后的高浓度SO2冶炼烟气由两台并联配置的二氧化硫风机均分输送，一半烟气由二氧化硫风机送出，与空气风机送出的干燥空气混合。其中，空气配入量根据总气体的氧硫比0.88和SO2烟气总量进行控制。混合气体依次经第一换热器、前置换热器加热后，进入前置床层，设计转化率69.5%；前置床层出气经前置换热器换热后与由二氧化硫风机送出的另一半经第二换热器加热的烟气均匀混合、进入两转两吸流程的第一段床层，设计转化率75%；一段出气经第一蒸汽过热器移除热量、加热连续炼铜熔炼余热锅炉和吹炼余热锅炉所产的第一饱和蒸汽，再进入第二段床层，设计转化率91%；二段出气经第三换热器换热，进入第三段床层，设计转化率96%；三段出气经第二蒸汽过热器移除部分热量，一部分气体（占三段出气62%）进入第一换热器8，另一部分气体（占三段出气38%）进入第二换热器，移除热量后，进入干吸工序的高温吸收塔，高温吸收塔上段出气经第四换热器、第三换热器加热后进入第四段床层，设计转化率99%；四段出气经第二蒸汽过热器和第四换热器移除热量后进入最终吸收塔。流程中利用转化废热过热后的来自于连续炼铜过程中熔炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉和吹炼炉出口设置的高温烟气余热锅炉的第一饱和蒸汽一部分用于工业拖动汽轮机直接驱动二氧化硫风机和空气风机，另一部分用于发电，过热后的来自于干吸工序设置的低温热回收装置的第二饱和蒸汽直接用于发电。