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1、1 3 6 2 0 0 5 年全国硫酸工业技术交流会论文集 硫磺制酸装置大型化废热锅炉的发展方向 朱蔓昌 ( 上海海陆昆仑高科技工程有限公司，上海2 咖8 1 ) 2 1 世纪伊始，随着国内工业的持续发展和对 环境保护工作的重视，硫磺制酸以其工艺简单、污 染轻、热能回收率高等特点得到了迅猛发展，装置 规模也日益大型化，以提高企业的规模经济效益， 降低生产成本，使企业在硫酸市场竞争中具有更 大的优势。 截至2 0 0 5 年3 月为止，国内已建成并投产了 数套4 0 0k a 、6 0 0k a 、8 0 0k a 硫磺制酸装置， 与之配套的废热锅炉全部采用了火管锅炉，锅炉 的参数都选用了中压参
2、数。随着装置规模的不断 大型化，与之配套的废热锅炉在炉型、参数等方面 将会有什么样的发展? 1 炉型选择双锅壳火管锅炉 早期硫磺制酸废热锅炉大都采用水管炉型， 这些水管锅炉无论自然循环或强制循环都是从原 硫铁矿制酸废热锅炉演变而来的，是我国所特有 的，经过多年的摸索，已基本能满足硫磺制酸烟气 正压工况下膨胀与密封的要求。此外，水管锅炉 是散装锅炉，容易适应装置大型化的要求。另一 方面，近年来火管锅炉正以其安全可靠性、操作简 便性、经济实用性等诸多优势逐渐被广大用户所 认可，大有后来者居上之势。然而，大型火管锅 炉。特别是锅炉的锅壳，受到制造、运输等诸方面 的约束，在与装置保持同步大型化方面有一
3、定的 难度。例如，8 0 0k a 硫磺制酸装置采用了目前 国内最大的单锅壳火管锅炉，锅壳内径已达到 35 0 0m m ，这给锅炉的制造、热处理、运输带来了 很多困难，致使制造、运输成本大幅度增加并且交 货周期难以保证，如果装置规模再扩大，就国内目 前的制造、运输能力而言将无法满足要求。解决这 一问题的方法是采用2 台锅壳并联，使烟气分流， 从而大大缩小单台锅壳的直径使其不受制造、运输 等因素的限制。如果是新建大型硫磺制酸装置，可 采用双锅壳单汽包火管锅炉；如果是已建硫磺制酸 装置的扩产技改工程，则可合理利用原有火管锅 炉。只需根据扩产需要在旁边并联1 台火管锅炉即 可。双锅壳废热锅炉的配置
4、如图1 所示。 图l双锅壳废热锅炉的配置 双锅壳火管锅炉与单锅壳火管锅炉相比，金 属消耗量将增加l O 左右( 见表1 ) ，但锅炉的材 料易于采购，且制造成本、大件运输成本将大大降 低，锅炉的交货周期容易保证。 2 锅炉参数高参数 目前国内的废热锅炉结合转化工序的省煤 器、过热器主要产3 8 2M P a 、4 5 0 中压过热蒸 兰兰兰：堡壁型竺苎兰查型些竺苎璺竺塑兰墨垄塑 ：! ! ： 表1大型硫磺制酸装置单、双锅壳火管锅炉金属消耗量比较 汽，一般供汽轮发电机组发电或驱动装置内的风 机。随着装置规模的大型化，废热利用趋于向提 供动力的方向发展，这就需要提高锅炉参数( 额 定蒸汽压力和温度
5、) ，以获取更高的蒸汽循环热 功效率，多产电力和动力。 2 0 世纪8 0 年代，国家计委曾在中、小型热电 联产电厂大力推广次高压参数，主要推荐参数是 5 3M P a 、4 5 0 和6 3M P a 、4 8 5 两种，相应推荐 了配套汽轮发电机和辅机设备。因此，从提高企 业综合经济性考虑，应优先选择次高压参数锅炉。 与过热器出口3 8 2M P a 、4 5 0 中压蒸汽参数相 比较，如采用5 3M P a 、4 5 0 蒸汽参数，发电用汽 量可减少近2 ；如采用6 3M P a 、4 8 5 时蒸汽参 数时，发电用汽量可减少7 。显而易见，选用 6 3M P 8 、4 8 5 蒸汽对节
6、省发电汽耗来说是较佳 的。即使企业只是需要用中、低压蒸汽作为原料 蒸汽或加热蒸汽，也可将废热锅炉设计成次高压 或高压锅炉，以产生高品位蒸汽而后通过背压汽 轮机首先做功或发电，再在背压上抽取出合适压 力和温度的蒸汽作为原料或加热蒸汽。 是以，废热锅炉必将向次高压甚至高压方向 发展。 3 强化传热螺纹烟管 废热锅炉的传热量口可用传热方程式表 示为： p = 心r( 1 ) 式中：卜传热系数，k w ( m 2 K ) ； F 传热面积，m 2 ； 卜传热温差，K 。 式( 1 ) 表明，在传热温差一定而传热面积受 诸多因素制约的情况下，我们可以通过强化传热， 即提高传热系数来增加锅炉的传热量。废热
7、锅炉 的总传热系数主要是由管外水侧的传热系数、管内 气侧传热系数和污垢系数组成，管外水侧的传热系 数很大，一般在58 0 0 70 0 0 w ( m 2 K ) ，而管内 气侧传热系数则较小，只有9 0 r ( m 2 K ) 左右， 所以气侧传热系数对总传热系数起着决定作用，换 言之只有提高气侧传热系数才能提高总传热系数， 最行之有效的方法就是提高气侧流速和采用螺纹 烟管。对于高温气体，除极少数场合( 例如乙烯急 冷废热锅炉) 外，一般流速都不超过O 3 马赫数( 马 赫数讹= 气速声速) ，所以烟管进口处的烟气流 速一般选择o 2 3 马赫数左右，以便获得较高的气 侧传热系数。2 0 世
8、纪7 0 年代末，螺纹烟管技术首 次被应用于燃烧天然气的锅炉中，取得了显著的效 果，在工业上得到了广泛的应用。在废热锅炉行 业，螺纹烟管技术也已成功地应用于甲醛废热锅炉 中。采用螺纹烟管可大大提高气侧传热系数从而 提高总传热系数，明显减小传热面积从而缩短锅壳 长度降低锅炉重量，但烟管的流阻也将随之增加。 由实验得出的螺纹烟管流阻系数和传热系数如下。 流阻系数：h = d( 2 ) ( 8 A ) o5 = 2 5 h ( 正2 e ) + o 8 6 8 ( e d ) 乩”( e ) “蛳 “1 + n 0 2 9 6 ( 1 I 此一O 9 4 8 ) 2 “p ( 一o 0 0 5 e
9、) n3 7 5( 3 ) 式中： 。单位长度流阻系数； 流阻系数； d 螺纹管内径( 不考虑存在螺纹) ，m ； e 螺纹深度，m ； 螺纹节距，m 。 传热系数：a = ，m d ( 4 ) 1 3 8 2 0 n 5 年全国硫酸工业技术交流会论文集 u = s n k h t 5 、 = ( A 8 ) 85 f 2 5 I n ( d 2 e ) + 1 0 7 7 ( e 刖) ”3 ( e ) o “( e d ) x R e ( 8 ) ” 0 ”P r o5 3 7 5 R e = 畔d ，m 式中：“传热系数，W J ( m 2 K ) 。烟气导热系数，w ( m 2 K )
10、 ； 肛粘度，P a 8 ； w 流速( 不考虑存在螺纹) ，n s ； u 努塞尔特准则数，无因次； p 流体密度，k g m 3 ； ( 6 ) ( 7 ) 斯坦顿数，无因次； 矗e 一雷诺数，无因次。 由( 2 ) ( 7 ) 式可见，螺纹烟管的螺纹深度和 节距对传热效果有很大的影响。在实际应用中， 螺纹深度e 常取O 4 0 5m m ，节距取8 1 0 m m 。在相同流速下，螺纹烟管的传热系数一般为 直烟管的1 4 一1 6 倍，所以在锅壳直径相同的情 况下，采用螺纹烟管的锅壳长度仅为盖烟管锅壳 的2 3 左右，重量也减轻了l 4 。现以锅炉参数 “4 2 lM P a ，2 5 5 ”、烟管脚Om m 5m m 为例， 计算结果见表2 。 表2 直熠管锅炉与螺纹烟管锅炉设计参数比较 螺纹烟管一般采用单头螺纹( 如图2 ) ，利用 滚压轮滚压而成，制造工艺十分简单，滚压设备也 图2 螺纹烟管示意 不复杂，只需将车床作些改装即可。 4 结语 随着硫磺制酸装置的日益大型化，废热锅 炉也面l 临着挑战，为此对大型锅炉的配置和结 构方厦的改进提几点看法，希望能起抛砖引玉 之功效，与业内专家共同探讨，以尽快缩小我 国废热锅炉在技术和应用方面与发达国家的差 距。
