鈦白粉煅燒窯尾氣酸露點計算及余熱鍋爐設計分析

董學樊

摘 要：鈦白粉的主要生產方法為硫酸法和氯化法，無論是硫酸法還是氯化法都有煅燒工段，煅燒窯的窯頭物料和窯尾煙氣的溫度較高，具有較高余熱利用價值。目前窯頭物料用于預熱助燃空氣，窯頭物料將助燃空氣由常溫預熱到120°C左右進入煅燒窯。目前窯尾煙氣有兩種用法：一是用于廢酸預濃縮，廢酸預濃縮過程容易堵塞文丘里洗滌器，高溫下廢酸的腐蝕性也較強，且大部分熱量被高溫廢酸顯熱帶走，熱品質低，經濟價值不是很高;二是用于副產蒸汽，熱品質高，經濟價值較高，但回收難度較大。由于窯尾煙氣含有三氧化硫等腐蝕性氣體，又有大量的煙塵跟水汽，水和三氧化硫的分壓很高，因此露點溫度很高，容易導致鍋爐腐蝕損壞，影響生產運行。余熱鍋爐設計排煙溫度過高又會導致余熱回收經濟性太低，因此計算出煙氣結露溫度范圍并在方案設計上規避酸露點的情況下，最大化利用余熱具有重要意義。

關鍵詞：鈦白粉;余熱利用;酸露點計算;設計優化

鈦白粉煅燒窯窯尾煙氣在冷卻過程中會產生露點腐蝕問題，本文從理論到實踐，就酸露點的最終計算方法及設備系統設計優化兩個方面展開具體分析。

1、鈦白粉煅燒窯尾部煙氣酸露點高的原因

A.鈦白粉制造工藝有鹽酸型和硫酸型兩種，國內鈦白粉生產廠家大部分均為硫酸型工藝，本文分析針對第二種硫酸法生產工藝。由于該生產工藝中需多次使用硫酸對原材料進行各種處理，保證進入煅燒階段時的材料純度，從而尾氣的硫含量極高，而煙氣中硫含量越高，酸露點溫度就越高。

B.鈦白粉進入煅燒前為水合二氧化鈦狀態，煅燒燃料為天然氣。在天然氣燃燒和水合物分解均產生水汽，因此尾氣中含水量較高，水的飽和分氣壓越高，酸露點溫度越高。

C.煙氣中粉塵含量較高，氧含量也相對較高，外加煅燒前物料內加入了各種添加劑和改良劑，最終煙氣成分極為復雜，在以上的綜合作用下，SO2轉換為SO3比例較高，其中SO3對煙氣結露的影響特別大。

2、煙氣酸露點的計算

在世界范圍內，酸露點的計算方法較多，各種計算方法都需要有特定的已知數據作為計算條件，而數據準確性也嚴重影響計算結果。以下就2類已知條件，通過不同的常用公式，進行計算分析。

A.已知的SO2及H20分壓計算法，此方法常用公式有以下幾種：

荷蘭A.G.Okkes方程（后簡稱公式a）;

美國Notre Dame大學Verhoff? and Banchero公式（后簡稱公式b）;

美國Notre Dame大學J.T.Ban Chero公式（后簡稱公式c）

Haase and Borgmann估算公式（后簡稱公式d）。

B.已知SO3個H20體積含量的計算方法，此方法常用公式有以下幾種：

Muller曲線法（后簡稱公式e）;

Halstead表（后簡稱公式f）;

H.A.Bapahoba公式（后簡稱公式g）;

美國CE空調預熱器公司算圖（后簡稱公式h）;

日本電力研究所公式（后簡稱公式i）;

Muller曲線線性回歸公式（后簡稱公式j）。

由于公式本身較為復雜，計算過程較為繁瑣，本文對詳細數據帶入公式計算的過程略去。為說明問題，本次數據從低到高依次分段進行分計算，結果按下表：

說明：

1.煅燒窯尾部煙氣含水率應在20%左右，考慮到系統漏風系數的影響較大，而且較高溫度下，含水率對煙氣露點溫度影響較小，穩妥起見，本次計算尾氣含水率統一按照25%計算。

2.公式中S03數值在分氣壓跟體積百分比之間可以通過公式換算，因此本次計算表格中S03統一按體積含量進行計算。

總結：以上公式中公認以公式a、公式c、公式g的精度較高，適用范圍交廣，對比以上三組數據，總體也較為統一。通過走訪國內多個鈦白粉制造廠家，一致認為尾氣S03含量在500PPM-1000PPM之間，綜合上表數據，酸露點溫度應在195℃以下。

3、余熱回收系統設備設計優化

鑒于鈦白粉煅燒窯尾氣余熱回收系統國內還處于起步階段，由于煙氣的高腐蝕，高粉塵、高露點溫度的特性，余熱回用產蒸汽難度較大。吸取國內較為成熟的硫酸爐、水泥窯及玻璃窯余熱回收系統的特點，采用光管式蒸發器，余熱鍋爐蒸汽壓力在1.0-1.6MPa之間較為合適。省煤器采用熱媒取熱技術的方式進行換熱，給水初步預熱后進入熱媒系統。系統可以在一定范圍內調節熱媒運行溫度，避免結露腐蝕。國內已有少數廠家試驗過熱管余熱鍋爐回收，螺旋翅片管中溫下壽命有限，螺旋翅片管熱管成本較低易堵灰，吹灰效果差;光管熱管代價太高，因此更推薦光管式受熱面。

4、結束語

綜上所述，精確確定鈦白粉煅燒窯尾氣的酸露點溫度范圍，從而確定余熱鍋爐尾氣的排放溫度，從而可以最大限度的安全利用煙氣尾氣余熱，既節能又環保。

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