現(xiàn)行工業(yè)制取硫酸工藝冷卻水系統(tǒng)節(jié)能探討

傅俊峰　張建康　肖飛　楊永利　周健

摘要：目前現(xiàn)行冶金行業(yè)制取硫酸過程中能耗普遍偏高，特別是噸酸電耗普遍高于新國標，文章探討了一種制取硫酸過程中冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能方法，該方法從工業(yè)硫酸生產(chǎn)工藝入手，分析造成冷卻水系統(tǒng)耗電高的原因，并通過技術(shù)手段進行節(jié)能改造，消除高電耗產(chǎn)生的原因，達到標本兼治的目的。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代工業(yè)；制取硫酸工藝；冷卻水系統(tǒng)；高電耗原因；節(jié)能技術(shù) 文獻標識碼：A

中圖分類號：S210 文章編號：1009-2374（2016）23-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.23.042

1 概述

硫酸的制取方法分為亞硝基法和接觸法。亞硝基法又分為鉛室法和塔室法，亞硝基法最基本的特征是借助于氮氧化物完成SO2氧化成酸的反應(yīng)。目前制取硫酸主要是用接觸法。接觸法的基本原理是應(yīng)用固體催化劑，以空氣中的氧直接氧化SO2。其產(chǎn)生過程主要包括以下五個方面：原料氣的制備；煙氣的凈化和干燥；SO2轉(zhuǎn)化；SO2的吸收；尾氣回收和污水處理。

二氧化硫的制備：2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2

二氧化硫的轉(zhuǎn)化：2SO2+O2=2SO3

二氧化硫的吸收：SO3+H2O=H2SO4

可以發(fā)現(xiàn)，在硫酸的整個生產(chǎn)過程中伴隨著大量化學(xué)熱的產(chǎn)生，并且煙氣的凈化和干燥階段會使用電除霧器，也會產(chǎn)生大量的發(fā)熱，這些熱量通常通過冷卻水系統(tǒng)帶走并向環(huán)境中排放。

2 某8萬噸制酸系統(tǒng)

以某8萬噸制酸系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)配備了三套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，主要用電設(shè)備集中放置在循環(huán)水泵站，設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)示意圖如圖1所示：

2.1 水泵、電機參數(shù)

2.2 系統(tǒng)示意圖

在系統(tǒng)中安裝高精度壓力表及在線能耗統(tǒng)計系統(tǒng)，對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)詳細記錄，經(jīng)過一個月時間統(tǒng)計，系統(tǒng)實際運行狀況如下（平均值）：

凈化系統(tǒng)：1臺凈化循環(huán)水泵+2臺板式換熱器+2臺冷卻塔

干燥系統(tǒng)：1臺干吸循環(huán)泵+1臺陽極保護換熱器+1臺冷卻塔

吸收系統(tǒng)：2臺吸收循環(huán)泵+2臺吸收換熱器+1臺冷卻塔

總運行時間：350天/年，24小時/天

3 節(jié)能設(shè)計

根據(jù)設(shè)計產(chǎn)能負荷及系統(tǒng)配置模式，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行工況根據(jù)系統(tǒng)實際需要及水泵、管路特性進行調(diào)節(jié)確定，從管理上能夠達到一定的系統(tǒng)節(jié)能目的，但從系統(tǒng)整體耗能情況分析，認為該系統(tǒng)仍存在“低效率、高能耗”現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）水泵的實際運行效率較低，一方面由于汽蝕條件對長期運行泵的影響，使性能與效率都在衰減，另一方面和水泵與系統(tǒng)匹配有關(guān)，水泵偏離設(shè)計工況運行，偏離高效區(qū)，使其實際運行效率低于出廠額定效率，處于不經(jīng)濟運行狀態(tài)；（2）當前運行的循環(huán)水系統(tǒng)的管網(wǎng)特性與泵本身的性能不相匹配，在流體輸送過程中存在閉閥調(diào)節(jié)阻力，由此將增加了流體輸送過程中的無效能耗，并傳遞至水泵使其能量的利用效率不高；（3）由于系統(tǒng)運行工況不是最佳狀態(tài)，整個系統(tǒng)的能量平衡效應(yīng)不高，需量身制定合理工況，通過調(diào)試并配置優(yōu)化，最終消除無效能耗，使系統(tǒng)處在優(yōu)良狀態(tài)下運行。

目前運行情況及能耗分析認為，該系統(tǒng)可從系統(tǒng)運行流量、管路阻抗、水泵運行效率三方面都造成了能耗偏高，解決方案如下：（1）對系統(tǒng)運行流量進行調(diào)試，在車間工藝技術(shù)人員的配合下，對每條用水線路都進行了細致調(diào)試，最終測試出了最滿意的用水流量范圍；（2）對系統(tǒng)中阻力偏高的閥門，換熱設(shè)備及水處理設(shè)備進行了更換，將系統(tǒng)阻力降低到了合理范圍；（3）根據(jù)合理的流量范圍和阻力范圍，選擇高效率的水泵進行替換原有水泵，一方面該水泵在設(shè)計區(qū)工作平滑噪音小，另一方面水泵在設(shè)計區(qū)效率達到最高。

經(jīng)過這三方面的節(jié)能改造后，三套循環(huán)水系統(tǒng)的能耗都降低了30%以上，利用先前所裝的同一套能耗統(tǒng)計系統(tǒng)，在不改變原有硫酸產(chǎn)量的情況下，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：

按該生產(chǎn)系統(tǒng)年運行360天，每天24小時計：

年節(jié)約用電（59.5+55.6+88.1+109.4）×360×24=2700864度

該8萬噸制酸系統(tǒng)噸酸耗電可以降低2700864÷80000=33.7kW，該系統(tǒng)噸酸耗電也由原來的近170kW/t降低到了約140kW/t，生產(chǎn)車間對效果十分滿意，準備在全廠推廣該節(jié)能技術(shù)。

參考文獻

[1] 劉少武，高慶華.硫酸工業(yè)節(jié)能測算與技術(shù)改造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：傅俊峰（1982-），男，浙江金華人，供職于浙江科維節(jié)能技術(shù)股份有限公司，研究方向：工業(yè)系統(tǒng)綜合節(jié)能。

（責(zé)任編輯：王 波）