文 献 综 述

随着科学技术的不断发展，合理利用热能已成为衡量工业企业生产技术水平的重要标志之一。搞好余热利用，充分利用热能，迅速提高生产技术水平，是当前硫酸工业的一项重要任务。

在现今的硫酸工业中，主要采取接触法生产硫酸，而接触法硫酸生产的反应热是相当大的。其主要来源有四个部分：含硫原料的燃烧；二氧化硫的氧化；气体的干燥以及三氧化硫的吸收[1]。用不同原料生产一吨硫酸所放出的反应热量列于表1[2]。

从上表可以看出，使用硫磺原料生产硫酸，产生的反应热相对来说是最少的。二氧化硫氧化反应热的热源温度是比较高的，转化器出来的气体温度在420~600℃，可以用于生产蒸汽，而这部分热量能够利用对少，取决于生产的工艺流程。用硫磺为原料采用一次转化一次吸收的流程时，大部分氧化反应热可以得到利用，包括进入转化器时气体所带的显热。每生产一吨硫酸可回收热量50万仟卡左右[3]。但是在20世纪90年代以前，我国限于硫磺原料不足，以硫磺为原料的硫酸企业并不是很多，对于硫磺制硫酸工业中的余热回收研究也随之受限。90年代以后，随着国内硫磺资源的发现以及国际硫磺价格下降，从国外进口硫磺量增大，国内新建大批以硫磺为原料的硫酸工厂。这便对于此类工厂生产中的余热回收的研究的要求也提高了。

在实际生产中，考虑余热利用方案时，要注意两方面的问题：一个是锅炉和热交换设备的腐蚀问题；另一个是使热能利用得经济合理。当炉气中含有三氧化硫和水蒸汽时，随着气体温度的降低，它们首先结合成硫酸蒸气，然后再冷凝生成硫酸。与气体解除的碳钢设备表面温度高于硫酸冷凝温度（露点）时，不会受到明显腐蚀；其表面温度低于硫酸露点时，由于碳钢表面有硫酸液滴形成，会使热交换管较快地腐蚀破坏。硫酸的露点决定于气体中的三氧化硫和水蒸汽的含量。用硫磺为原料时，液体硫磺中水分含量较低，而用于燃烧硫磺的空气又预先经过干燥，所以炉气中水蒸汽含量较低。通过在实际生产中的测算，硫酸露点温度在120~180℃之间。与这个温度相适应，废热锅炉的蒸汽压力选择在980kpa以上就可以使热管表面温度高于硫酸冷凝温度[4]。

硫酸生产变换段的余热为中温废热，为了尽可能的多回收中温余热，一般采取的措施是在两台吸收塔前设置省煤器[5]（见图1）。

图1 热回收系统

但是考虑到上文中所提到的腐蚀问题，必需采取一些处理措施才能保证设备安全运行。目前国外的省煤器有两种做法，第一种做法是保证使用寿命而采用带铸铁套管的省煤器，第二种做法是牺牲设备的寿命而采用价格较便宜的普通碳钢省煤器。我国目前也有两种做法，第一种做法是和国外的第二种方法一样采用普通碳钢省煤器。第二种做法是采用热管省煤器，利用热管技术一方面使与炉气接触的金属壁温在正常运行时高于露点温度，从而不会结露和发生露点腐蚀。另一方面即使在开停车或前面热回收设备发生泄漏时发生了露点腐蚀，热管省煤器内的水也不会泄漏到炉气中去，多以这种方法是具有中国热色的安全可靠的方法。同时，无论是采用热管省煤器还是采用普通碳钢省煤器，与炉气接触的受热面管子最好无对接焊缝[6]。

热管省煤器，其实质是热管换热器的一种。而热管技术是一种密闭腔内的相变传热技术[7]。我国热管的工业应用研究开发始于1976年，经过三年得开发研究，首先解决了工业制造技术。即：碳钢-水相容性技术；高真空下得管子充液技术；管子封口技术；冷热气流分离等技术。1980年，我国第一台热管换热器在南京投入工业试运行，同年12月通过江苏省科委鉴定。1982年7月，我国第一台碳钢-水热管余热锅炉在如东化肥厂运行成功并通过鉴定；同年，我国第一台用于高炉余热回收的碳钢-水空气预热器在马鞍山第一炼铁厂运行成功，至此，奠定了热管技术在我国工业应用中的基础[8]。