金川集团余热现状分析及利用对策

魏占鸿;苏青天;马旻锐

【摘 要】介绍了金川集团股份有限公司化工厂现有生产系统的用能情况,对余热产生情况进行深入调查研究,摸清了各系统中、低温余热的产生点、产生量,并对其回收利用价值进行了系统分析评估,制定了余热资源回收利用措施. 【期刊名称】《硫酸工业》 【年(卷),期】2017(000)007 【总页数】5页(P24-27,38)

【关键词】中温余热;低温余热;回收利用;分析;对策 【作 者】魏占鸿;苏青天;马旻锐

【作者单位】金川集团股份有限公司化工厂,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司化工厂,甘肃金昌737100;金川集团股份有限公司化工厂,甘肃金昌737100 【正文语种】中 文

【中图分类】TQ111.16;X706

金川集团股份有限公司(以下简称金川集团)化工厂主要生产系统有：冶炼烟气制酸装置、氯碱生产装置、亚硫酸钠生产装置和除铜尾料脱硫装置，其生产/处理能力分别为2 520，460，150，15 kt/a，分属镍、铜冶炼烟气制酸和氯碱2大板块。生产装置在生产过程中消耗部分能源，但也产生一定余热。为掌握各生产系统在生产过程中产生的中、低温余热情况，金川集团对各生产系统展开深入调研，分析余热现状，为进一步回收利用低温余热提供依据。

1.1 基本情况

氯碱系统有金属阳极隔膜电解和离子膜电解2套生产装置。硫酸系统有5套生产装置，采用绝热蒸发稀酸洗涤净化、二转二吸制酸工艺，生产w(H2SO4)98%硫酸、w(H2SO4)93%硫酸和SO3质量分数为65%的发烟硫酸3种产品。亚硫酸钠系统采用连续式双效蒸发和冷结晶2种工艺，生产无水亚硫酸钠和七水亚硫酸钠2种产品。生产过程中各系统均产生大量的中、低温余热，需要采用循环水或空气将多余的热量带走，各生产系统仅循环水带走的热量就很大，每年凉水塔合计蒸发4 000 kt以上，余热回收的潜力很大。 1.2 能源消耗结构

2015年金川集团共消耗各种能源折标准煤100.17 kt，企业能源消费结构见表1。 1.3 产品能耗

2015年金川集团主要产品能源消耗指标见表2。 1.4 能效评价

金川集团万元产值综合能耗为1.005 t标准煤。隔膜烧碱吨碱电耗低于GB 21257—2014 《烧碱单位产品能源消耗限额》 限额值、目标值及先进水平离子膜烧碱吨碱电耗低于GB 21257—2014限额值、目标值及先进水平。电耗在国内冶炼烟气制酸同行业中处于中上水平，530 kt/a硫酸装置电耗在国内冶炼烟气制酸行业中处于领先水平。亚硫酸钠电耗在国内同行业中处于先进水平。

2.1 余热产生情况 2.1.1 中温余热

行业中习惯将200～600 ℃的余热称为中温余热[1-2]。金川集团中温余热包括2方面：①硫酸生产系统，主要是230 ℃左右SO3气体冷却到190 ℃进干吸工序吸收产生的热量，由于进入各生产系统的烟气浓度、烟气量不一样，采用空气将这

部分余热带走，排入大气中；②氯碱系统盐酸合成工序，在合成炉内生成600 ℃的氯化氢气体，需要将这部分气体温度冷却到45 ℃以下，再送入吸收单元，目前工艺采用循环水将这部分热量带走。金川集团中温余热统计见表3。 2.1.2 低温余热

行业中习惯将100 ℃以下的余热称为低温余热[3-4]。低温余热主要产生于硫酸、烧碱和亚硫酸钠生产系统，目前是采用循环水将这部分余热带走。硫酸系统的低温余热主要包括干燥工序w(H2SO4)93%硫酸余热和一吸、二吸w(H2SO4)98%硫酸余热，经过酸冷却器和板式换热器用循环水将硫酸的余热带走。金川集团低温余热统计见表4。 2.2 余热回收现状

金川集团对各类余热回收技术进行了对比分析，对中温位余热回收选用余热锅炉生产蒸汽，并在各生产系统逐步实施。530 kt/a硫酸系统余热锅炉于2013年建成投产，480 kt/a硫酸系统余热锅炉于2016年建成投产，700 kt/a硫酸匹配顶吹炉，系统余热锅炉目前正在建设中。各系统余热锅炉工况见表5。 700 kt/a制酸系统对应冶炼投料量的余热数据见表6。 2.3 中温余热回收潜力 2.3.1 300 kt/a硫酸系统

300 kt/a硫酸系统是铜合成炉配套的烟气制酸系统，进制散系统φ(SO2)设计值为6%～8%，烟气量1.6×105 m3/h，烟气浓度、烟气量相对比较稳定。2017年铜合成炉系统将进行工艺改造，烟气条件发生变化，预计烟气φ(SO2)将提升到9%～10%，转化工序3#换热器出口烟气温度在250～270 ℃，通过SO3冷却器与空气换热降温后至180～200 ℃，进入一吸塔进行一次吸收[5-6]。铜合成炉不同投料量对应的300 kt/a制酸系统余热数据见表7。 系统总余热量达 5.85 ×107 kJ/h，尚未回收利用。

2.3.2 除铜尾料脱硫系统

除铜尾料自热脱硫系统于2009年底投入生产，其设计处理能力为15 kt/a，系统包括自热脱硫、干法收尘、急冷降温、湿法净化等工序。该系统中温余热是由高含硫除铜尾料燃烧产生的800 ℃左右的SO2烟气进净化工序前降温至约300 ℃所产生的热量。系统设计产生烟气量为8 526 m3/h，据统计，目前系统实际产生的烟气量为(1.1 ～1.2)×104 m3/h，烟气φ(SO2)为9.7%～10.5%，余热量达8.55×106 kJ/h，这部分余热由新水带走，尚未回收利用。2017今年大修改造后，烟气量增加到2.04×104 m3/h，烟气φ(SO2)为9.7%～10.5%，余热量达7.66×106 kJ/h，这部分余热需要利用。

2015年金川集团全年用汽4.02×105 t，其中生产用汽量约为3.86×105 t，主要用于氯碱系统蒸发工序、盐水预热、亚硫酸钠系统蒸发工序，要求温度达到220 ℃左右；其余蒸汽用于硫酸系统酸库保温及生活用汽，现采暖供热蒸汽温度为170 ～230 ℃。2015年金川化工厂生产、生活用汽量见表8。

硫酸生产系统消耗的蒸汽为冬季酸库保温及生活用汽，2015年共用汽11 kt，蒸汽冷凝水全部外排。氯碱生产系统2015年全年用汽1 kt，其中生产用汽181 kt，生活用汽7.9 kt。生活用汽主要为各生产厂房的采暖。经过对各车间生产、生活用汽的调研，认为生活蒸汽可用热水替代，生活用汽统计见表9。

1) 2015年隔膜烧碱电解电耗为2 312 kWh/t，低于标准限额值2 570 kWh/t，低于标准目标值2 450 kWh/t，低于国内先进水平2 440 kWh/t(隔膜法电解，液碱质量分数大于或等于30%)；但烧碱综合能耗为0.94 t标煤/t，低于标准限额值(标煤)0.98 t/t，高于标准目标值(标煤)0.80 t/t。淘汰现有的隔膜烧碱电解工艺，按国家产业要求优化工艺，改为工艺技术较为先进的离子膜烧碱工艺系统，节约水、电及蒸汽，降低能耗。

2)对主要用能设备进行运行效率测试，对“大马拉小车”现象的主要设备进行节能改造，节约电能。

3)在无功补偿方面，建议按照“分级补偿，就地平衡，分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主”的原则，合理布局补偿位置和补偿容量，降低低压线路的损失率。 4)增设草酸车间除铜尾料脱硫系统烟气余热回收装置。一方面降低高温烟气降温过程对设备的要求，减少设备故障率，另一方面为回收降温过程中

产生的热量，减少能源损失，建议在除铜尾料脱硫系统增设余热回收装置。 5)增设300 kt/a制酸系统余热回收装置。为有效解决300 kt/a制酸系统一吸塔、二吸塔入口SO3烟气温度偏高的问题，保障系统正常运行，同时对富余热量进行回收，考虑在300 kt/a制酸系统转化工序增设余热回收装置，既解决了系统瓶颈问题，又可产生一定的经济效益。

6)低温余热回收。从调研结果看，金川集团低温余热产生量大，若不加以回收利用，是对能源的浪费，不利于节能工作和降低生产成本。但是由于产生点比较分散，增加了回收难度，投资的经济性难以保证。

针对低温余热回收，在适当时机研究和引进先进的技术、设备，在回收余热的同时，又能保证投资的经济性。

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