一种冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统

摘要

本发明提供了一种冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统，应用于冶炼烟气制酸系统中干吸工段的干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔上，包括设置在所述干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔的酸循环系统中的工质换热器和与所述工质换热器通过管道顺次连通的透平发电机、冷凝器、储液罐和工质泵，所述储液罐内储存有有机工质，所述工质泵的一端连接工质换热器的工质入口，所述透平发电机的一端连接工质换热器的工质出口，从而组成闭合回路。有机工质在工质换热器内吸收热量形成高压气体，并由管道输送至透平发电机，驱动透平发电机发电，之后液化形成液体流入储液罐内，再由工质泵加压输送至工质换热器，如此循环往复，将酸循环系统中酸液的热能转化为电能。

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼烟气制酸系统的余热回收技术领域，具体的，涉及一种应用于冶炼烟气制酸系统的干吸工段的低温余热回收系统。

背景技术

冶炼烟气制酸是将冶炼烟气中的二氧化硫气体通过一系列的处理制取硫酸的过程。常用的冶炼烟气制酸系统分为净化工段、干吸工段、转化工段、酸库工段和废酸处理工段。其中的干吸工段的主要设备包括干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔。在干燥和吸收的过程中，设备中的酸液的温度会升高，因此在干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔均设有单独的酸循环系统，来降低酸液温度，其循环方式为塔→槽→泵→酸冷却器→塔。该酸循环系统中的酸冷却器常采用水冷的方式，使用循环水进行冷却，温度较高的冷却水进行处理又需占用一定的场地，这个过程不仅造成了余热的浪费，还额外增加了冷却水处理的成本。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统，避免冶炼烟气制酸系统中余热的浪费。

为了实现上述目的，本发明提供一种冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统，应用于冶炼烟气制酸系统中干吸工段的干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔上，所述干燥塔、第一吸收塔和第二吸收塔上均设有酸循环系统，所述酸循环系统中设有冷却器，所述低温余热回收系统包括：

第一工质换热器，作为所述干燥塔的酸循环系统中的冷却器，

第二工质换热器，作为所述第一吸收塔的酸循环系统中的冷却器，

第三工质换热器，作为所述第二吸收塔的酸循环系统中的冷却器，

所述第一工质换热器的工质出口与所述第二工质换热器的工质入口经由管道相连，所述第二工质换热器的工质出口和所述第三工质换热器的工质出口经由管道与透平发电机的一端相连，所述透平发电机的另一端经由管道顺次与冷凝器、储液罐相连，所述储液罐内储存有有机工质，所述储液罐的一端连接有工质泵，所述工质泵的出口经由管道与所述第一工质换热器的工质入口和所述第三工质换热器的工质入口相连。

优选地，所述第一工质换热器、第二工质换热器和第三工质换热器由若干组管壳式换热器或沉浸式蛇管换热器组拼而成。

优选地，所述透平发电机为涡轮发电机或螺杆发电机。

优选地，所述第一工质换热器、第二工质换热器、第三工质换热器、透平发电机、冷凝器、储液罐和工质泵之间的管道上还安装有温度仪、压力表和流量表。

优选地，所述第一工质换热器、第二工质换热器和第三工质换热器的内外表面涂覆有防腐蚀材料。

优选地，所述有机工质的沸点在-10℃～80℃范围内。

优选地，所述酸循环系统中循环酸液的温度在70℃～120℃范围内。

优选地，所述管道上还安装有硫酸检测设备，用以检测工质换热器内有无酸液泄漏至管道内。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统，将制酸系统干吸工段中酸循环系统内的冷却器由传统的水冷方式，替换为采用低沸点有机工质的工质换热器，使酸循环系统中产生的低热值的热量能够将有机工质加热形成高压气体，再利用该高压气体驱动透平发电机进行发电，从而对酸循环系统产生的低热值的热量加以利用。此外，将干吸塔上的第一工质换热器的工质出口与第一吸收塔上的第二工质换热器的工质入口相连接，令吸收干吸塔中酸液热量的有机工质进入第二工质换热器内进一步吸收第一吸收塔中酸液的热量，弥补了干吸塔和第一吸收塔的酸循环系统中酸液温度相对较低的问题，使有机工质能够由液态充分吸热变成高压的气态，进而提高透平发电机的发电效率。

附图说明

图1为本发明的一个实施例涉及的冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统的示意图。

图中：1、干燥塔，2、第一吸收塔，3、第二吸收塔，4、第一工质换热器，5、第二工质换热器，6、第三工质换热器，7、透平发电机，8、冷凝器，9、储液罐，10、工质泵。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。需要说明的是，本公开中，用语“包括”、“配置有”、“设置于”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象数量或次序的限制；术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明的一个实施例涉及的冶炼烟气制酸系统的低温余热回收系统的示意图。该低温余热回收系统，应用于冶炼烟气制酸系统中的干吸工段，所述干吸工段包括如图1所示的干燥塔1、第一吸收塔2和第二吸收塔3，在干燥和吸收的过程中，设备中的酸液的温度会升高，因此在干燥塔1、第一吸收塔2和第二吸收塔3上均设有单独的酸循环系统，来降低酸液温度，其循环方式为塔→槽→泵→酸冷却器→塔，此处的酸冷却器常采用水冷的方式，由于此处余热热值较低(循环酸液的温度常在70℃～120℃)，不足以将冷却水蒸发，因此不能应用于锅炉发电机，造成余热的浪费。该实施例中的低温余热回收系统便是一种专门针对此处低温余热的回收系统。

如图1所示，在干燥塔1的酸循环系统中，将传统的酸冷却器置换为第一工质换热器4，采用低沸点的工质作为冷却液，吸收干燥塔1的酸循环系统中酸液的热量；在第一吸收塔2的酸循环系统中，将传统的酸冷却器置换为第二工质换热器5，采用低沸点的工质作为冷却液，吸收第一吸收塔2的酸循环系统中酸液的热量；在第二吸收塔3的酸循环系统中，将传统的酸冷却器置换为第三工质换热器6，采用低沸点的工质作为冷却液，吸收第二吸收塔3的酸循环系统中酸液的热量。此处，第一工质换热器4、第二工质换热器5和第三工质换热器6优选耐高压的管壳式换热器或沉浸式蛇管换热器的结构形式。具体的，上述工质换热器可由若干组管壳式换热器或沉浸式蛇管换热器通过串联或并联的方式组拼而成，使整体形成可拆卸的结构，便于后期的维护工作。此外，为了防止酸液对上述工质换热器的腐蚀，在上述工质换热器的内外表面均涂覆有防腐蚀材料，例如环氧树脂复合材料涂料等，可有效增加换热器的使用寿命，避免酸液进入余热回收系统的管道内，影响系统中的其它设备。

上述每一个工质换热器均包含有酸液入口、酸液出口、工质入口和工质出口，温度较高的酸液和温度较低的工质分别从酸液入口和工质入口进入工质换热器内进行热交换，从而将酸液的热量置换至余热回收系统中，进行后续的发电做功。具体地说，在该实施例中，第一工质换热器4的工质出口与第二工质换热器5的工质入口经由管道相连，第二工质换热器5的工质出口和第三工质换热器6的工质出口经由管道与透平发电机7的一端相连，透平发电机7的另一端经由管道顺次与冷凝器8、储液罐9相连，其中储液罐9内储存有有机工质，在储液罐9的一端连接有工质泵10，工质泵10的出口经由管道与第一工质换热器4的工质入口和第三工质换热器6的工质入口相连，使该低温余热回收系统组成一个闭合的回路。其中的有机工质可选用低沸点的工质，确保其在经由工质换热器后吸收干燥塔1、第一吸收塔2和第二吸收塔3中温度较低的酸液的热量后，能够化作气态，从而驱动透平发电机7做功产生电能。在该实施例中，有机工质的沸点应在-10℃～80℃范围内，例如可选择五氟丙烷、异丁烷、异戊烷等。

使用时通过工质泵10将储液罐9中的有机工质加压向工质换热器内输送，有机工质经由管道流入第一工质换热器4和第三工质换热器6。需要注意的是，由于干燥塔1中的酸液热值较低，因此在第一工质换热器4中的有机工质吸收干燥塔1中酸液的热量后，将此处的有机工质经由管道输送至第二工质换热器5中进一步吸收第一吸收塔2中酸液的热量，使有机工质能够充分地吸收热量。从第二工质换热器5和第三工质换热器6的工质出口流出的有机工质已吸热成为高压的气态，再经由管道输送至透平发电机7中膨胀做功，驱动透平发电机7产生电能，然后温度降低再通过管道输送至冷凝器8中进一步冷却使其成为液态，最终流入储液罐9中。

上述的透平发电机7可采用涡轮发电机或螺杆发电机，通过高压气态的有机工质驱动涡轮或螺杆转动从而产生电能。为了降低成本，上述的冷凝器8可采用水冷的方式，当然也可采用其它冷凝剂，例如氟里昂或冷凝氨等。冷凝器8的结构可采用蛇管式或螺旋板式等现有技术中常见的结构形式，在此不再赘述。上述储液罐9为密闭式的结构，防止低沸点的有机工质蒸发泄漏。此外，在冷凝器8和储液罐9上还可以设置液位计，能够观测其中有机工质的储量，便于控制该低温余热回收系统中有机工质的总量。

由于有机工质在进入工质换热器后吸收热量会蒸发成高压气态，为了防止其倒流，因此在第一工质换热器4、第二工质换热器5和第三工质换热器6的工质入口的管道上安装有止回阀，使有机工质只能向前经由管道输送至透平发电机7。

此外，在第一工质换热器4、第二工质换热器5、第三工质换热器6、透平发电机7、冷凝器8、储液罐9和工质泵10各个设备之间的管道还安装有温度仪、压力表和流量表，分别用于监测流出或流入各个设备的有机工质的温度、压力和流量，便于及时发现余热回收过程中有无异常发生，例如温度异常、压力异常等，确保该系统能够安全稳定地运行。

另外，在第一工质换热器4和第三工质换热器6的工质入口处的管道上还设置有电磁阀门，用以控制输入第一工质换热器4和第三工质换热器6的有机工质的流量，从而能够根据各个工质换热器输出的有机工质的温度和压力，及时调整输入的有机工质的流量。例如，当从第二工质换热器5和第三工质换热器6中输出的有机工质压力较低、温度较小时，证明有机工质在工质换热器内未吸收到充足的热量，此时便可降低工质泵10的速度和/或调整上述电磁阀门的大小，使进入工质换热器的有机工质的流量和流速降低，保证其能够在工质换热器内充分吸收热量。当然，在针对其中某一个工质换热器发生有机工质吸热不充分的现象，可以单独调整其工质入口前端的电磁阀门，从而仅降低流入该工质换热器内的有机工质的流量和流速。

由于上述工质换热器中流经了具有腐蚀性的硫酸，为了能够及时发现有无酸液进入低温余热回收系统内，导致发电机或冷凝器等其它设备的腐蚀，因此，在上述管道上还安装有硫酸检测设备，例如硫酸浓度在线检测仪。通过硫酸检测设备来实时监控管道内有无硫酸，从而及时发现硫酸泄漏的情形。优选将上述硫酸检测设备安装于各个工质换热器的工质出口处的管道上，便于及时发现哪一个工质换热器发生酸液泄漏的现象。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。