摘要:受到系统水平衡和产汽压力的影响，硫铁矿和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统的产汽率会有所下降，据此开发了酸酸换热器，充分利用低温余热回收系统外串酸的热量，提高来自干燥和吸收系统的低温低浓度硫酸，以提高综合热能回收率。介绍了酸酸换热器的开发应用背景和应用实况，并总结了配置酸酸换热器的低温余热回收系统的特点。
关键词:硫酸生产;余热回收系统;酸酸换热器;工艺流程;应用
1概述
随着硫磺制酸配套低温余热回收技术的成熟和普及，绝大部分硫磺制酸装置已经配套建设了低温余热回收系统。然而对于硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统，由于受到系统水平衡和产汽压力的影响，与硫磺制酸装置相比，一些装置的产汽率会有所下降。但是如果能充分利用低温余热回收系统外串酸的热量，系统的综合热能回收率还是非常可观的，具有很好的经济效益。
2酸酸换热器的开发应用背景
与硫磺制酸配套的低温余热回收装置相比，硫铁矿及冶炼烟气制酸配套的低温余热回收装置具有显著的差别。
2.1干吸系统水平衡问题
在硫磺制酸装置中，空气带入制酸系统的水量少，因此在稀释器中可以用大量的水去稀释，并释放出大量热量;对于硫铁矿和冶炼烟气制酸装置来说，由于有烟气净化系统的存在，进入干燥塔的二氧化硫气体是被水饱和的，再加上部分工序需要补充大量的空气，使得整个干吸系统的水平衡难以承受如硫磺制酸低温余热回收系统额外的加水量(一些富氧冶炼技术产生的高浓度烟气制酸装置除外)。
正因为受系统水平衡的影响，硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统采用全部正因为受系统水平衡的影响，硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统采用全部或部分从干燥系统和吸收系统串来的w(H2SO4)=93%～95%的低浓度硫酸，加入稀释器中替代加水进行稀释，以调节来自吸收塔w(H2SO4)≈99%的高温硫酸的浓度。在干燥系统和吸收系统的水平衡允许的情况下，尽量向稀释器中加入小部分水，以减少低温余热回收系统向外部的串酸量，从而增加热能回收率。
2.2系统串酸的酸温过高
其次，当制酸系统内蒸发器产出的饱和蒸汽压力一定时，蒸发器酸侧出口温度也是一个定值，由于低温余热回收系统内加入大量w(H2SO4)=93%～95%的低浓度硫酸，造成系统排出的酸量大大增加。由于进入系统的硫酸温度很低，而外串的硫酸温度较高，因此这部分热量若不能充分利用，将会有大量的热能被外串的硫酸带出系统。
对于硫磺制酸配套的低温余热回收系统来说，在外串酸回路上设置除氧水预热器和脱盐水预热器已能够较为充分利用这部分热量。而对于硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统，仅靠除氧水预热器和脱盐水预热器回收这部分热量并不够充分，会造成余热回收系统串入干吸循环槽的酸温过高。
要解决这个问题，就需要引入额外的冷却介质，并将低温余热回收系统外串酸的热量回收到系统内，用来调节低温余热回收系统的循环酸浓度。来自干燥循环系统的低浓度硫酸无疑就是这个最合适的额外冷却介质。酸酸换热器也就应运而生了。
2.3低温余热回收系统的产汽率低
最后，由于受硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸装置干吸工段水平衡的限制，配套的低温余热回收系统不得不大量使用干燥酸代替稀释水来调节循环酸的浓度。由于硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统的循环酸温度存在一个阈值，当该循环酸温度达到这个阈值后，低温余热回收系统将不能再产生蒸汽，而循环酸的温度又决定于蒸发器产出的饱和蒸汽压力。因此硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统，其所能产出的饱和蒸汽压力存在阈值，该阈值与硫磺制酸装置配套的低温余热回收系统的产汽压力阈值不同，后者主要是受耐腐蚀材料性能的限制。
2.4小结
硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统，由于其低压蒸汽的产汽率受到水平衡和产汽压力的影响，与硫磺制酸装置相比较，其产汽率会有所下降，但如果能将低温热回收系统外串酸部分的热量充分利用，其综合热能回收率还是非常可观的，具有很好的经济效益。
3酸酸换热器的工业应用
3.1应用工况
在硫铁矿和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统中，特别是对于带有净化系统的硫酸装置，常常需要增设酸酸换热器，其目的是:将较低浓度的硫酸[w(H2SO4)=93%～95%]预热后，代替加水进入稀释器，回收这部分热能进入高温循环酸回路，用以增加低温余热回收系统的产汽量。
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由于预热的硫酸一般浓度较低[w(H2SO4)=93%～96%]，而低浓度硫酸随着酸温的增加会加剧对金属材料的腐蚀，因此酸酸换热器的材料的选择非常重要。宣达集团浙江省宣达耐腐蚀特种金属材料研究院经过十多年的研究，开发出了适应于从稀酸到浓酸各种工况条件的各类耐硫酸腐蚀的合金材料。例如，针对酸酸换热器的应用特点，专门开发了一种XDS-2X高硅合金材料，尤其适用于耐高温低浓度硫酸的腐蚀，特别是需将低浓度硫酸加热到120℃以上的工况。
3.2工艺流程
酸酸换热器是一种管壳式换热器。热介质是低温余热回收系统外串的w(H2SO4)=99.5%～99.6%的高温浓硫酸，走管程;冷介质是进入低温余热回收系统的来自干燥循环系统的w(H2SO4)=93%～95%的低温硫酸，走壳程。
酸酸换热器余热回收工艺流程如图1所示。在低温余热回收系统中，酸酸换热器设置在外串酸路线上，位于除氧水预热器和除盐水预热器之间，用于回收外串高温浓硫酸的热能。
3.3应用实况
由上海奥格利环保工程有限公司开发的酸酸换热器已在数套硫酸装置上成功运行。将该装置配套低温余热回收的外串酸自除氧水预热器后引出至酸酸换热器管程，硫酸浓度w(H2SO4)≈99.6%，温度约160℃，换热后温度约120℃的硫酸送至干吸循环槽;同时从干燥循环泵出口引出部分来自干燥循环酸系统的硫酸至酸酸换热器壳程，其硫酸浓度w(H2SO4)=93%～95%，温度为50～60℃，换热后硫酸温度约120℃。经多次复测运行的换热器管箱及壳体壁厚，均无明显变化。
4结束语
硫铁矿和冶炼烟气制酸装置配套的低温余热回收系统不同于硫磺制酸装置，因为受水平衡的影响，使得低温余热回收系统不能随意加水，在系统水平衡允许的加水量外只能以串酸代替加水。一般串酸是从干燥塔循环酸管线引出，串入低温余热回收系统的稀释器内。为了将低温余热回收系统外串的硫酸热量充分利用，除了设置除氧水预热器和脱盐水预热器外，在外串酸回路上增设了酸酸换热器。总结酸酸换热器余热回收系统的优点如下。
1.低温余热回收系统利用酸酸换热器将来自干燥系统的w(H2SO4)=93%～96%的低温硫酸加热到120℃以上，使得低温余热回收系统的产汽率得以提高。
2.采用酸酸换热器的低温余热回收系统与配套硫磺制酸的低温余热回收系统一样，自成一个完整的系统，可以在事故状态下切断低温余热回收装置，而不影响制酸装置的正常运行。
3.通过酸酸换热器，将余热回收系统向外串酸的热量又回收到系统中，可以提高系统内蒸发器酸侧进出口的温差，减小蒸发器的面积。
4.硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸系统的电除雾器出口烟气温度受季节影响很大。在冬季，循环冷却水的上水温度偏低，电除雾器出口烟气温度下降，烟气带入干吸系统的水分减少，其配套的低温余热回收装置就能增加稀释水的使用比重，从而减少来自干燥循环系统的硫酸量，在比较极端的工况下，甚至完全使用稀释水而不需要低浓度硫酸，此时可以通过副线切出酸酸换热器，这样，硫铁矿制酸及冶炼制酸装置配套的低温余热回收系统就与硫磺制酸装置的没有区别。在夏季，循环冷却水的上水温度偏高，电除尘雾器出口烟气温度上升，烟气带入干吸系统的水分增加，串入低温余热回收系统的低浓度硫酸量增加，此时酸酸换热器的优势就完全体现出来，不仅将大大提高热回收效率，还可以增加产汽量，甚至提高产汽压力。
5.由于酸酸换热器的管程和壳程(即换热管内外两侧)的物料均是硫酸，即使发生换热管腐蚀泄漏，造成的危害也很小。——论文作者：叶斌，孙正东
