用板式换热器回收锅炉出口炉气热量及低温位热能利用的热力学分析

硫酸生产废热锅炉出口炉气温度一般为350～ 400℃，或电除尘出口炉气温度320℃左右。这部 分炉气热量的回收利用一直为硫酸工作者所关注。 但要回收这部分热量有2个问题需解决：一是防止 三氧化硫的冷凝；二是烟尘对传热设备的影响。这 2个问题一直阻碍着去涉及这一领域，笔者也一直 思考如何回收利用这部分热量。这部分热量如果能 利用，不但增加蒸汽产量，而且减轻净化负荷。 2007年中明（湛江）化机工程有限公司在400 t／d 硫酸装置的锅炉出口安装了1台板式换热器用于预 热进沸腾炉的空气，将空气从40℃预热到130℃， 回收的热量可多产蒸汽1．1～1．20 t／h，即9 000 t／a 左右，增加蒸汽产量约5％，而投资仅30万元左右 （包括管道和保温），取得较好的经济效益，同时较好地解决了三氧化硫冷凝和烟尘堵塞的问题。
1.用板式换热器回收锅炉出口炉气热量预热空气
1．1需注意解决的问题
1）提高炉气侧壁温，防止三氧化硫冷凝。三氧化硫露点，其本质为三氧化硫与水汽结合成硫酸 蒸气而冷凝成一定浓度的硫酸。在炉气的条件下， 如果冷凝成硫酸其w（H2SO4）一般为90％左右， 对普通钢材的腐蚀较为严重，所以无论是省煤器还 是换热器都需避免炉气中三氧化硫冷凝。
三氧化硫的露点温度与炉气中的三氧化硫浓度 和水蒸气含量有关。炉气中三氧化硫浓度与焙烧条 件有关。对于硫铁矿焙烧而言，炉气中的三氧化硫 浓度主要与尘的颜色有关，尘色从黑色到棕黑色间 （SO3）为0．05％～0．13％，其分压为50～130Pa。
水蒸气含量与空气的含水和矿的含水有关：若空气温度按30℃，相对湿度按80％计算；矿的含水主要是块矿和尾砂的区别，含水按1．0％～6％计算。由此，可计算炉气中水蒸气分压为4 000～9 000 Pa，在三氧化硫露点图上查得三氧化硫露点温度为190～220℃。当然在三氧化硫露点图上查得的露 点温度只能作参考。根据有的厂低压锅炉使用经验 数据，压力0．8 MPa（表压）的蒸汽温度为175℃， 管壁温度应在185℃左右，这样的低压锅炉只要结 构合理也能用4～5年。但在实际设计“板换”时 应设法使炉气侧的壁温≥200℃，较为安全。
如何能提高炉气二氧化硫侧的壁温呢？这就要 从换热器的设计中解决。假如，炉气进板式换热器 的温度为320℃，出口温度为250℃，空气进口温 度为30℃。如果按正常的设计炉气和空气为逆流， 那么低温端壁温的平均温度只有（250＋30）／2＝ 140℃，这样做不到使炉气侧壁温≥200℃。因此， 在设计时采用炉气和空气并流的方式以提高空气进 口端炉气侧的壁温，这样平均壁温（320＋30）／2＝ 175℃，比逆流设计提高了35℃，但还是＜200℃， 使用仍然不安全。所以在设计“板换”时，需使炉 气侧的给热系数大于空气侧的给热系数，以提高炉气侧壁温。
设空气侧给热系数为α，炉气侧给热系数为 1．5α，并设壁温为t。如果不考虑钢板的热阻和污 垢影响，在进口端则有：（t－30）α＝（320－t） 1．5α，得t＝204℃；在出口端，按热平衡计算空 气温度约为130℃，则有：（t－130）α＝（250－t） 1．5α，得t＝202℃。如果实际操作中空气温度＜ 130℃，可以在空气侧装副线，使板式换热器空气 出口温度&g