鈦白粉煅燒窯尾氣酸露點(diǎn)計(jì)算及余熱鍋爐設(shè)計(jì)分析

董學(xué)樊

摘 要：鈦白粉的主要生產(chǎn)方法為硫酸法和氯化法，無(wú)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(jià)值。目前窯頭物料用于預(yù)熱助燃空氣，窯頭物料將助燃空氣由常溫預(yù)熱到120°C左右進(jìn)入煅燒窯。目前窯尾煙氣有兩種用法：一是用于廢酸預(yù)濃縮，廢酸預(yù)濃縮過(guò)程容易堵塞文丘里洗滌器，高溫下廢酸的腐蝕性也較強(qiáng)，且大部分熱量被高溫廢酸顯熱帶走，熱品質(zhì)低，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不是很高;二是用于副產(chǎn)蒸汽，熱品質(zhì)高，經(jīng)濟(jì)價(jià)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(diǎn)溫度很高，容易導(dǎo)致鍋爐腐蝕損壞，影響生產(chǎn)運(yùn)行。余熱鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致余熱回收經(jīng)濟(jì)性太低，因此計(jì)算出煙氣結(jié)露溫度范圍并在方案設(shè)計(jì)上規(guī)避酸露點(diǎn)的情況下，最大化利用余熱具有重要意義。

關(guān)鍵詞：鈦白粉;余熱利用;酸露點(diǎn)計(jì)算;設(shè)計(jì)優(yōu)化

鈦白粉煅燒窯窯尾煙氣在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，本文從理論到實(shí)踐，就酸露點(diǎn)的最終計(jì)算方法及設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)方面展開(kāi)具體分析。

1、鈦白粉煅燒窯尾部煙氣酸露點(diǎn)高的原因

A.鈦白粉制造工藝有鹽酸型和硫酸型兩種，國(guó)內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)廠家大部分均為硫酸型工藝，本文分析針對(duì)第二種硫酸法生產(chǎn)工藝。由于該生產(chǎn)工藝中需多次使用硫酸對(duì)原材料進(jìn)行各種處理，保證進(jìn)入煅燒階段時(shí)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(diǎn)溫度就越高。

B.鈦白粉進(jìn)入煅燒前為水合二氧化鈦狀態(tài)，煅燒燃料為天然氣。在天然氣燃燒和水合物分解均產(chǎn)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(diǎn)溫度越高。

C.煙氣中粉塵含量較高，氧含量也相對(duì)較高，外加煅燒前物料內(nèi)加入了各種添加劑和改良劑，最終煙氣成分極為復(fù)雜，在以上的綜合作用下，SO2轉(zhuǎn)換為SO3比例較高，其中SO3對(duì)煙氣結(jié)露的影響特別大。

2、煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算

在世界范圍內(nèi)，酸露點(diǎn)的計(jì)算方法較多，各種計(jì)算方法都需要有特定的已知數(shù)據(jù)作為計(jì)算條件，而數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也嚴(yán)重影響計(jì)算結(jié)果。以下就2類(lèi)已知條件，通過(guò)不同的常用公式，進(jìn)行計(jì)算分析。

A.已知的SO2及H20分壓計(jì)算法，此方法常用公式有以下幾種：

荷蘭A.G.Okkes方程（后簡(jiǎn)稱公式a）;

美國(guó)Notre Dame大學(xué)Verhoff? and Banchero公式（后簡(jiǎn)稱公式b）;

美國(guó)Notre Dame大學(xué)J.T.Ban Chero公式（后簡(jiǎn)稱公式c）

Haase and Borgmann估算公式（后簡(jiǎn)稱公式d）。

B.已知SO3個(gè)H20體積含量的計(jì)算方法，此方法常用公式有以下幾種：

Muller曲線法（后簡(jiǎn)稱公式e）;

Halstead表（后簡(jiǎn)稱公式f）;

H.A.Bapahoba公式（后簡(jiǎn)稱公式g）;

美國(guó)CE空調(diào)預(yù)熱器公司算圖（后簡(jiǎn)稱公式h）;

日本電力研究所公式（后簡(jiǎn)稱公式i）;

Muller曲線線性回歸公式（后簡(jiǎn)稱公式j(luò)）。

由于公式本身較為復(fù)雜，計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，本文對(duì)詳細(xì)數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算的過(guò)程略去。為說(shuō)明問(wèn)題，本次數(shù)據(jù)從低到高依次分段進(jìn)行分計(jì)算，結(jié)果按下表：

說(shuō)明：

1.煅燒窯尾部煙氣含水率應(yīng)在20%左右，考慮到系統(tǒng)漏風(fēng)系數(shù)的影響較大，而且較高溫度下，含水率對(duì)煙氣露點(diǎn)溫度影響較小，穩(wěn)妥起見(jiàn)，本次計(jì)算尾氣含水率統(tǒng)一按照25%計(jì)算。

2.公式中S03數(shù)值在分氣壓跟體積百分比之間可以通過(guò)公式換算，因此本次計(jì)算表格中S03統(tǒng)一按體積含量進(jìn)行計(jì)算。

總結(jié)：以上公式中公認(rèn)以公式a、公式c、公式g的精度較高，適用范圍交廣，對(duì)比以上三組數(shù)據(jù)，總體也較為統(tǒng)一。通過(guò)走訪國(guó)內(nèi)多個(gè)鈦白粉制造廠家，一致認(rèn)為尾氣S03含量在500PPM-1000PPM之間，綜合上表數(shù)據(jù)，酸露點(diǎn)溫度應(yīng)在195℃以下。

3、余熱回收系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)化

鑒于鈦白粉煅燒窯尾氣余熱回收系統(tǒng)國(guó)內(nèi)還處于起步階段，由于煙氣的高腐蝕，高粉塵、高露點(diǎn)溫度的特性，余熱回用產(chǎn)蒸汽難度較大。吸取國(guó)內(nèi)較為成熟的硫酸爐、水泥窯及玻璃窯余熱回收系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用光管式蒸發(fā)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(shù)的方式進(jìn)行換熱，給水初步預(yù)熱后進(jìn)入熱媒系統(tǒng)。系統(tǒng)可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)熱媒運(yùn)行溫度，避免結(jié)露腐蝕。國(guó)內(nèi)已有少數(shù)廠家試驗(yàn)過(guò)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(jià)太高，因此更推薦光管式受熱面。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，精確確定鈦白粉煅燒窯尾氣的酸露點(diǎn)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(jié)能又環(huán)保。

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