硫铁矿制酸，干吸转化电耗占50%左右，作为目前常规设计还有节能空间；余热在焙烧部分已基本得到利用，硫酸生产过程余热利用的增长点与难点也在干吸转化。所以研究干吸转化的节能和余热利用有一定的意义。这一点不仅是硫铁制酸，其它制酸过程也相类似， 其基本思路也可供参考。
近年来我们在干吸中推广应用波纹填料，取得了较明显的节能效果，同时也为干吸的余热利用提供了思路。
最初干吸塔中使用玻纹填料，是为硫酸改造提出来的，提高干吸塔空塔速度，使硫酸产量大幅度提高。玻纹填料一般空塔速度可达到2.5/m.s-1以上，最高的达到2.9/m.s-1，这是有实际例子的。
例一，60/kt.a-1二吸塔,塔内径1840、2.66㎡,大气压89KPa，![]()
(SO2)8.0%,计算空塔速度2.9/ m.s-1。
例二，80/kt.a-1系统，一吸塔4㎡、二吸塔3.66㎡，![]()
(SO2)8.2%,产量达280/t.d-1计算下来空塔速度也在2.8～2.9/m.s-1.
玻纹填料塔的特点，是气速高阻力小，阻力在高气速下也只有600～800Pa,只有一般填料塔阻力的50%左右，达到800Pa是因为用旧塔改过来的，增加产量后进气口就显得小了，所以阻力偏高。如果三个塔均用玻纹填料，塔的总阻力可下降2000Pa左右，节电2/kwh.t-1左右。
使用玻纹填料以后，气速高了，填料高度减少了(一般只有3-3.5m )。这样酸泵的扬量扬程均下降了，同样可以取得良好的节能效果。
例一,二吸塔实测扬量60/m3.h-1较一般60/kt.a-1装置减少40～50%；扬程,因为是旧塔改造,把篦子板抬高了,且用原来的泵,用节流孔板限流,显示不出效果.因扬量大幅度下降,已经取得较好的的节能效果。
例二,一二吸收塔是用调频器来控制酸泵流量的.当控制频率32Hz时,实测扬量为120/m3.h-1,也只有同等规模的60%左右,扬程大约与频率平方成正比,这二台泵的扬量为250/m3.h-1,扬程为30m,电机为55KW。当扬量控制在120/m3.h-1时，泵的扬程应为34m左右,但是用调频方式来调流量时,在120/m3.h-1时频率为32Ｈz，这时实际扬程应是34×![]()
2＝14m。这一数值与实际情况也相符，循环酸流程为塔——浓酸冷却器——槽——泵——塔，塔平台高度3.8m，槽液面至进酸管高为10米，分酸器阻力0.5m,管道阻力为2.5m左右，合计13～14m。这样，如果泵的效率为70%，那么泵的轴功率为120×14×1800 3600×102×0.7=11.8kw，如正常配置酸泵电机15kw即够了，而一般80/kt.a硫酸装置酸泵至少配37kw酸泵，这样酸泵可节电50～60%。使吨酸电耗下降５～６kwh，当然这里有调频器的作用，也同时说明就是一般酸泵扬程普遍过高，造成电耗增加。但还应指出的是上面的塔都是旧塔改造的，原来填料高度为6m，现为3.5m，将篦子板抬高了2.5m，如新塔还可降低。
例二与例一比较，例二的扬量还可减小，至少二吸塔可以减至80/m3.h-1左右，但因为当频率调至32HZ以下时，流量相当敏感，频率下降1Hz流量下降很多，所以不太好进一步试验。
例一和例二尾气从来见不到烟，也不带沫，周围设备以至树木花草均见不到带酸的痕迹。例一、二吸塔有丝网除雾器。例二，一吸塔有除雾器，二吸塔没有除雾器，环保部门测定尾气酸雾含量为40～70/mg.Nm-3,据此推算吸收率在99.7%～99.8%，这里当然不排除存在小量带沫，引起根据测定数据计算吸收率偏低，同时因为是二吸原始SO3低，影响吸收率。例一已运行了四年时间，例二也运行了二年多了。所以玻纹填料的优越性是经得起考验的。
干吸系统回收的热量，虽然有先进的HRS系统。但对于硫铁制酸而言，理论上就不能实现的。因HRS系统将一吸用二个塔来完成，第一个塔吸收酸温要求达到200℃以上，酸浓达到99%以上，在此条件下，三氧化硫和硫酸蒸汽分压已相当高，对硫铁矿制酸这样的二氧化硫浓度，第一个塔吸收率只有50～60%，且出塔气温高于进塔气温。第一个吸收塔所放出来的热量比例不大。因此,能产生的蒸汽量也就有限，大部份热量仍然由一吸的第二吸收系统，二吸系统和干燥系统以低温位的热量排走。
吸收塔使用玻纹填料以后，由于酸的喷淋量减少，使得进塔与出塔的酸温差距增大，酸浓的差距增大。这样为一吸系统回收的热量创造了条件。
我们设想这样的热量回收系统。一吸塔进酸浓度为98.3%，酸温为85℃左右，经吸收后出塔酸浓达99.3％，酸温达到110～120℃,经软水加热器回收热量将软水从40℃加热到100℃，酸再经酸冷器降到80℃左右进行循环槽，经串酸后，酸浓调到98.3%,酸温85℃左右用泵打到吸收塔，（见图一）
这样一个系统热平衡关系为：
设定条件和计算结果：
产量：11.7/t.h-1(100%计)，其中一吸10.9/ t.h-1
二氧化硫浓度![]()
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（SO2）8.2%
进塔气温：160℃(省煤器出口) 出塔气温:90℃
酸循环量：120/m3.h-1
进塔酸温：85℃ 出塔酸温：120℃
进塔酸浓：98.3% 出塔酸浓：99.27%
塔内放热量： 3420W
锅炉供水量：14.5/ t.h-1(转化设省煤器，还包括排污)
软水在预热器进出口温度：40～105℃
软水予热器回收热量：1090kw（相当于1300/kg.h-1低压蒸汽）
酸冷器需移热: 2370kw
酸冷器酸进出温度：108～80℃
这样一套系统可节约低压蒸汽10000/t.a-1；同时减少了浓酸冷却器的负荷，是一举两得的事，如还有燃煤锅炉，这部份热量可全部回收，相当于30000/ t.a-1蒸汽热量。
这里有二个问题需要讨论，一是大幅度减小喷淋量对吸收的影响，二是酸浓度≥99%，温度达到120℃时酸冷器材料的选择。
对于第一个问题，当喷淋量为120/m.h-1时，进塔酸浓为98.3%时，出塔酸浓达到99.25%，提高了近一个百分点，酸温也从85℃提高到120℃。这样一种条件对吸收有什么影响呢？先讲塔底影响。吸收过程是否容易产生酸雾可以用硫酸蒸汽的过饱和度来表示。
S=P/Ps
P一气体中的硫酸蒸汽压。
Ps一酸液面上硫酸的饱和蒸汽压。
过饱和度越大，吸收过程越容易产生酸雾，越小越不容易产生酸雾。很明显当P决定了，Ps越高越不容易产生酸雾。当喷淋量减少以后，塔底的酸浓与酸温均提高了，Ps与常规吸收过程要高出一、二个数量级。也可以来估算一下P和Ps的大小。
气体中的硫酸蒸汽压P是由气体中的水分决定的，当气体中水分含量为0.2/g.（Nm）-3（按高的估计），并假定全部水分结合成硫酸蒸汽时为25Pa，而120℃、99.25%酸液面上的蒸汽压为25Pa左右（数据查表不是很准）。所以不存在过饱和的问题，在塔底也就不会生成酸雾，随着气体上升，酸温酸浓逐步降低，硫酸蒸汽逐步冷疑成酸，所以塔底酸温酸浓高对吸收是有利的。平时实际操作时尾气冒烟，只要提高酸温，一般均能解决尾气冒烟，这也是减少过饱和度的结果。
塔顶的吸收98.3%的酸浓，80～90℃温度对吸收是属于正常工艺指标。因此，对于吸收而言,只要达到一定的喷淋密度，吸收就能正常进行,实践中也已得到证明。
这样干吸回收热量方式虽然不完善，但较简单。且二氧化硫浓度低一点也能采用。而投资比常规吸收系统还要省。
软水预热器和酸冷器可以用304不锈钢制作，比之316L不锈钢价格要低得多；同时因回收部份热量，酸冷器冷却的负荷减轻，冷却水循环系统也可以减少，投资自然也省一些。
304不锈钢如酸浓控制得好，使用是没有问题的。更稳妥的材料可以使用304左边的几种材料，如309或XDS-S但价格要高一些。
由于采用玻纹填料阻力降低，酸泵扬程扬量降低，可节电6～10kw/h.t-1,一个100/kt.a-1，年节电80万kwh。同时可以年节约低压蒸汽10000多吨，经济效益较好。
转化节能近年来应该说做了大量工作。从换热器方面，采用空心环缩放管换热器进而发展到旋流片网板支承急扩加速流缩放管换热器，不仅提高了换热器的传热系数，且阻力一般也下降30%左右；大环形催化剂的使用也使系统阻力下降。但是笔者这几年看了一部份厂，系统阻力是降低了，但是风机压头却是提高了。有部分装置风机压头富裕在10kPa左右，对硫铁矿制酸而言，即增加10/kwh.t-1 的电耗，这是不太合理的，根据笔者的经验，风机压头富裕量有3～5kPa应该就够了。这是因为当催化剂层阻力在1～2年内如果各项工艺指标是正常的，那未其阻力一般也就升高3kPa左右，如果工艺指标不合格那末不仅阻力上涨很快，且还会危害换热器等设备，必须设法处理,使工艺指标在正常范围内。另外，根据风机的特性曲线，一般当风量下降时，风机的压头就提高,而系统阻力因风量下降,阻力也会有所下降。它有一个自动调节平衡作用，也就是说当系统局部阻力增加超过3～5kPa时，在一定范围内产量不会降低太多。因此，对转化而言节能主要应解决风机压头与系统阻力的匹配。
硫铁矿制酸凡是电耗在70～80/kwh.t-1(酸)的，一般是风机的压头与系统阻力相匹配做得较好的。硫磺制酸也同样，凡电耗在36/ kwh.t-1左右时也一定是风机压头与系统阻力相匹配处理得较好。最典型的例子，有一100/kt.a-1的硫磺制酸系统，开车以后因销路不畅，需压产开车，产量只有240/t.d-1 ，但是因为风机和酸泵装了调频器，电耗只有34 kWh.t-1，风机的频率只有36HZ，其功率也只有二分之一多一点。由于有了调频装置，风机的压头与系统阻力接近完全相匹配，大幅度降低了电耗，也因为电耗低降低了成本，使得这套系统处于困难时也能开下去，并有一定的利润。据测算调频器的费用半年的节电并可收回。这套系统一旦市场好转，其产量可以开到130～140/kt.a-1时，因为产量提高，系统阻力大体与产量的1.8次方成正比, 相对而言风机会多消电，但因酸泵总电耗基本可维持不变。因此，总的吨酸电耗也应控制在较低水平。
对于硫铁矿制酸，二转二吸的余热利用工作开展，时间不太长，近两年我们为硫铁矿制酸转化系统做了十多台省煤器，均取得了明显的效果，一般蒸汽产量可以增加10～15%。同时中明（湛江）化机工程有限公司生产的省煤器无论用来加热100℃的水（除氧器出口）和常温水，均可做到热管壁温高于三氧化硫露点温度，大大减轻了腐蚀，热管使用寿命延长，保证了热管省煤器长期安全使用。我们制作的省煤器在硫铁矿制酸转化系统已使用二年多，传热系数没有什么变化，说明了热管翅片并没有因腐蚀形成酸泥，否则传热系数就会下降。
转化余热利用是一个从低温位余热向中温位余热转化，从中温位余热向高温位余热转化的过程。这里低温位余热指的是40～100℃的二氧化硫气体，中温位余热指的是200～300℃的三氧化硫气体，高温位余热指的是3.8MPa、450℃的中压蒸汽。
利用转化余热,从干燥塔出口就应开始研究。干燥塔出口一般温度为50～60℃，在转化要装省煤器时，干燥塔出口至主风机进口要进行保温尽可能减少热损失,以增加余热利用量。但是如果提高了风机进口温度以后，风机进口的气体状态就发生变化，风机功率就会发生变化。这就要从热力学第一定律和热力学第二定律的观点来分析。从热学第一定律来分析很简单，从干燥塔出口开始保温，可以提高风机进口的温度，风机出口温度也随之提高，从而增加转化系统的余热量。
从热力学第二定律的观点去分析，首先分析风机功率消耗，假定80/Kt.a-1硫酸装置，![]()
（SO2）为8.5%时，气量为27000/Nm3.h-1,，进口绝对压力为90KPa升压为30 Kpa。风机效率为70%时计算风机的功的功率消耗。假定干燥塔出口至风机进口管道保温时为60℃，不保温时为40℃，分别计算其风机轴功率。
保温后操作气量: ![]()
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未保温时风机轴功率: ![]()
保温后风机轴功率: ![]()
保温后比未保温风机轴功率增加26kw,因为保温后减少热损失为198 kw.这部份热量通过转化省煤器加热锅炉给水，最终变化450℃、3.5MPa蒸汽，如果汽轮发电机总效率为30%时，即可多发电60KW，而前面风机只增加26kw，净增34 kw，即每年净增20多万kw·h电量。而对于需要蒸汽的单位就更为合算。
风机增压能力与气体重度成正比，风机轴功率与风机增压成正比，所以风机轴功率与气体重度成正比。那么，对以上例子，对于一台固定的风机而言，风机进口操作气量是增加了，并与气体绝对温度成正比。而气体的重度与气体的绝对温度成反比，二项抵消，风机轴功率不变，而风机增压减少了30×313 333=2.8 KPa, 一般情况风机压头总是有富裕的，故对系统实际上没有多大影响。而因干燥塔至风机保温增加的热量, 增加的发电量是净增的。
风机是绝热压缩过程，风机所消耗的机械功，基本上变为气体的热能。上述例子，当风机升压30 KPa左右时，可使气体温度从50℃升至90℃左右，当然风机机壳要散热。同时风机温升也与风机效率有关，风机效率越高温升越少，风机效率低，温升相对就高。一般情况，如果干燥塔至风机，风机至换热热器进口全部进行保温，那末与之相关的换热器进口温度应该有80～90℃。这样就为转化设置省煤器打下基础，即使浓度较低，例如![]()
（SO2）7.5%也可考虑加设省煤器。因为提高![]()
（SO2）1%浓度，温度只增加30℃左右，而干燥塔至风机进口，风机出口至换热器保温至少可以提高20～30℃，相应的换热器出口SO3温度差不多也可以提高20～30℃。这就是将低温位热量转化为中温热量的过程。对转化省煤器而言，三氧化硫温度提高20～30℃，其比例也是很高的，因为对硫铁矿制酸而言，三氧化硫在省煤器中温度也只下降80～90℃（对其Ⅲ换出口的省煤器而言），那未提高20℃，差不多又增加25%的热量。
另外，一吸高温吸收以后，将一吸进口酸温提高到80～85℃，出口气温就可能提高到80～90℃。这样一来将它一部份低温热量也加以利用，就可以使在![]()
（SO2）7.5%时设置省煤器成为现实。实际上我们已为如![]()
（SO2）7.5%～8.0%设置二台省煤器的例子，Ⅲ换出口三氧化硫温度为230～240℃，Ⅴ换出口210～220℃，将Ⅲ换出口的三氧化硫用来加热锅炉给水，把锅炉给水从95℃加热到160℃，将Ⅴ换出口的三氧化硫气体用来加热除氧器前的给水，将水从40℃加热到90℃，以上例子是通常的转化设计形成以后设计的省煤器，如果新设计的转化系统，就可以全部热量用来加热锅炉给水。这样效果更好。以下为![]()
（SO2）7.5%的计算结果：
产量：240/t.d-1 ![]()
（SO2）7.5% 气量：31100/Nm3.h-1
转化流程：二转二吸、3+1（ⅢⅠ-ⅣⅡ）
|
段数
|
一段
|
二段
|
三段
|
四段
|
|
转化温度（℃）
|
430～584
|
445～488
|
440～452
|
430～442
|
|
转化率（%）
|
70
|
90
|
95
|
99.5
|
|
换热器编号
|
Ⅰ
|
Ⅱ
|
Ⅲ
|
Ⅳ
|
|
SO3温度（℃）
|
582～447
|
486～442
|
450～254
|
440～152
|
|
SO2温度（℃）
|
289～432
|
380～432
|
85～291
|
90～382
|
|
换热量（KW）
|
1752
|
563
|
2456
|
3016
|
Ⅲ换出口设省煤器，在省煤器中SO3温度从254℃降到160℃，可以利用热量为1212KW。如果锅炉给水泵出口水温度为100℃时，可增加450℃；3.5MPa蒸汽1.5/t.h-1或12000/t.a-1，经济效益明显。
综合以上所述，设计如下干吸转化节能和余热利用系统。（见图一）。
一吸塔使用玻纹填料，使空塔速度提高到25/m.s-1以上，大幅度减少循环酸量，减少酸泵电耗。使一吸塔进出口酸温和酸浓差距增大，使一吸塔出口酸温达到120℃，酸浓达到99%以上，用来加热软水，水温达到105℃进除氧器。
为了在转化系统设置省煤器，并尽可能多利用热量,在干燥塔出口—风机—相关换热器管道加以保温;提高一吸酸温,以提高一吸出口气温,即做好低温位余热向中温位余热转化过程，将锅炉给水从100℃予热到180℃左右，。最终这部分热量转化为3.5MPa.450℃的中压蒸汽。
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