李小强

摘 要：当前，硫铁矿制硫酸工艺已经相当成熟，但随着时代的发展，环保压力越来越大。硫铁矿制酸工艺中，硫铁矿经焙烧后产生的炉渣热能回收利用，对改善作业环境，节约能源，实现清洁生产，有着重大的意义，并能产生一定的经济和社会效益。

关键词：硫铁矿;制酸烧渣;热能回收

分类号：X705

一、炉渣热能回收量的分析

测算基准数：以生产硫酸40万t/a为例，1tW（S）35%标准硫铁矿生产1t标准酸，年有效生产时间8000h.

1.硫铁矿的焙烧反应

硫铁矿制酸采用普通硫铁矿（FeS）制酸，首先焙烧制取二氧化硫气体，FeS在400℃开始发生分解，在高温时（900℃）则进行完全反应。为保证硫尽可能多地转化为SO2，不生成SO3，反应温度应控制在800～1000℃。焙烧过程总化学反应式为：

4FeS2  +  11O2  = 2Fe2O3 + 8SO2 + 330975 kJ   （1）

当 O2不足时，硫铁矿焙烧反应式为：

3FeS2  +  8O2 =Fe3O4 + 6SO2 + 2436.3 kJ   （2）

2.硫鐵矿烧渣量计算

以广东云浮硫铁矿为标准，1000 kg硫铁矿的分析值为：Fe 442kg ，S 378 kg， Ca 44 kg，其他杂质 Al，Mg为44。

1000 kg 硫铁矿完全燃烧后残留物为Fe2O3，SiO2，Cao及其它杂质（氧化铝等）。

1）三氧化二铁渣的量设为X（kg），按下式：

4FeS2  +  11O2  = 2Fe2O3 + 8SO2;

则：X=（320 x 442/224）kg =631 kg

2） 二氧化硅渣的量设为Y（kg），按下式：

Si + O2 →SiO2;

则： Y=（60 x 92/28）kg = 197 kg

3）氧化钙渣的量设为Z（kg），按下式：

2Ca +  O2→2CaO;

则：Z=（112 x 44/80）kg =62 kg

4）其它杂质氧化后的量约66kg

硫铁矿焙烧后烧渣总量=（631+197+62+66）kg=956 kg

硫铁矿烧渣小颗粒为灰，大颗粒为渣，渣灰质量比一般为1：2。由以上分析得知：1000kg硫铁矿，焙烧后残渣为956 kg，其中渣约为320 kg，灰约为630 kg。以年产40万硫酸为例：每小时产渣约为16t（10x10x320x40/8000）;每小时产灰约为31.5t（10x10x630x40/8000）。因为硫铁矿品质不同，其残渣会有变化。一般硫铁矿越细，其渣量小于测定值（16t/h），越粗则大于测定值;硫铁矿含硫越高，渣量小于测定值（16t/h），含硫量越低，则渣量越多;硫铁矿渣量还与硫酸生产工艺有关，焙烧风量越大，则渣量越少。其后的测算值按16t/h，灰按31.5t/h。

3.矿渣热回收量的计算

1）炉渣热能计算，以硫酸产量40万t/a为例，基本数据：每小时渣量平均16t;渣进口温度700℃，冷却后温度50℃;渣比热容0.980 kJ/（kg.℃），水的比热容4.1868 kJ/（kg.℃）;进口冷却水温度25℃，出口热水85℃;标煤热值29400000 kJ/t;年支行时间8000h;锅炉热效率（设定）为80%。年热能回收值用吨标准煤表示（M煤），可按下式计算：

M煤=渣比热容 x （渣初温 - 冷却后渣温） x 渣量 x年运时间/（ 标煤热值 x 锅炉热效率）=【0.980 x （700-50）x16x40x8000/（29400000x0.8）】t=13866t

每小时冷却水用量计算（M水）：

M水=渣比热容x（渣初温-冷却后渣温）x渣量/[（出口热水温度-进口冷水温度）x水的比热容x10]=0.980x（700-50）x16x40/[（85-25）x4.1868x40]t= 40.57 t

即：16t渣需要25℃水40.57t来冷却。

2）炉灰热能计算。

基本数据：灰进口初始温度450℃，冷却后温度50℃。

年热能回收值用吨标煤M煤表示，每小时冷却水量以M水表示。

M煤=[0.980x（450-50）x31.5x40x8000/（29400000x0.80）]t=16800t

M水=0.980x（450-50）x31.5x40/[85-25]x4.1868x40]t=49.15t

二、渣热回收工艺和设备

1.沸腾炉渣传统处理工艺

传统处理沸腾炉渣工艺一般采用浸没式和喷淋式两种降温方式。这两种降温方式都不能很好地解决热能回收利用和环境保护的问题。

2.沸腾炉渣热能回收处理工艺

1）沸腾炉热水锅炉的主要特点

一是全自动电气控制系统，可设置自动水温调节。

二是采用受热管道和传热筒相对旋转换热技术，增大换热面积，提高换热效率。

三是热水锅炉进出炉渣部位连接于生产负压系统，杜绝气体外逸。

四是三段式传热设计，解决了进料仓高温物料的磨损，满足了硫酸生产的工艺要求。

五是用软管连接水侧两端，安装活动接头水密封，解决锅炉进口给水、出水问题。

2）环境综合影响评价

1、环境效益：

（1）、吨标酸可节水4t以上;

（2）、水进口温度≤25℃，出口温度≥55℃（最高可达80℃），每小时产热水（80℃）约20t，热水可进入废热锅炉水循环系统，提高高压锅炉入口软水温度，可多产蒸汽;

（3）、尾气通过负压抽吸进入净化工段，现场环境大幅度改善。

用热水锅炉回收炉渣热能生产蒸汽，经济效益明显，也达到节水的目的，完全满足硫铁矿制酸矿渣清洁回收利用的要求。

三、应用前景分析

目前，国家正在推广硫酸生产企业清洁生产强制执行方案，硫酸生产企业必须解决炉渣清洁处理等相关问题。炉渣热能回收利用技术，既回收了渣热，又没有二次污染，并可提供大量清洁能源。其热能回收技术可以被大型硫酸厂参考使用。

四、结束语

本文介绍了硫铁矿制酸工艺中回收热能的一种方法，清洁生产以及资源的回收利用是化工生产行业未来的发展方向，为实现清洁生产硫酸，改善生产作业环境、回收利用烧渣热能提出了一种方案。

参考文献：

[1]刘少武，刘东等.硫酸工作手册[M].南京：东南大学出版社，2001.

[2]谭天恩，麦本熙，丁惠华主编.化工原理（二）[M].北京：化学工业出版社，1990.

[3]黄云辉等.硫铁矿渣热回收技术《磷肥与复肥》2011.9.15

[4]刘运成等.硫铁矿渣热回收技术《2012年硫酸行业技术交流会》2012.5.16

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