李 游

[威頓(中國)化工有限責任公司，貴州福泉550501]

HRS系統(tǒng)在硫磺制酸裝置中的應用

李 游

[威頓(中國)化工有限責任公司，貴州福泉550501]

介紹了硫磺制酸裝置中擴建HRS系統(tǒng)的工藝原理及流程。對HRS系統(tǒng)的運行狀況、存在問題及采取的應對措施作了詳細描述。對系統(tǒng)優(yōu)化、生產(chǎn)控制中注意事項也提出了建設性建議。通過不斷地改進和優(yōu)化，目前該HRS系統(tǒng)已穩(wěn)定運行6年。

硫磺 硫酸生產(chǎn) 低溫熱能回收系統(tǒng) 運行 問題 改造

HRS技術是美國孟莫克公司開發(fā)的一項回收硫酸裝置中干吸工序低溫位熱能生產(chǎn)低壓蒸汽的節(jié)能技術，隨著人們環(huán)保節(jié)能意識的增強，硫酸裝置在增加了低溫位熱能回收系統(tǒng)后將成為現(xiàn)代意義上的能源工廠，能量回收率可提高20%。2011年底至2012年初為滿足園區(qū)能源平衡需要，威頓(中國)化工有限責任公司在2套400 kt/a硫磺制酸裝置上改造增加了HRS系統(tǒng)。改造是在裝置區(qū)合適位置增加HRS系統(tǒng)替代原有的一吸塔，將替換下來的一個吸收塔改為尾氣脫硫塔，合理安排了有限的裝置空間，并最大限度減少了裝置停工改造時間。

1 HRS工藝原理

硫磺制酸工藝包含三大步：硫磺焚燒、二氧化硫轉(zhuǎn)化和三氧化硫吸收。整個過程均為放熱反應，產(chǎn)生的熱量分別占總熱量的56%、19%和25%。前兩步產(chǎn)生的熱量為高、中溫位熱能，通過廢熱鍋爐、蒸汽過熱器及省煤器生產(chǎn)中壓蒸汽。第三步在改造前的工藝為用80 ℃、w(H2SO4)98%硫酸來吸收三氧化硫，過程中產(chǎn)生的熱量由循環(huán)冷卻水移走。HRS系統(tǒng)就是針對這部分占比25%的低溫位熱能的回收而設計的一吸塔，用HRS鍋爐取代傳統(tǒng)工藝上的吸收酸冷卻器來達到提高熱能溫位并加以回收的目的。但是要從HRS鍋爐得到高能位的蒸汽必須提高循環(huán)酸溫度，而酸溫越高腐蝕性就越強，采用傳統(tǒng)材料無法滿足要求。孟莫克公司利用w(H2SO4)在99%以上時硫酸腐蝕性略有下降的特性，將硫酸的溫度、濃度嚴格控制在一定的工況范圍內(nèi)，同時采用耐硫酸腐蝕專用合金ZeCor系列，實現(xiàn)了HRS系統(tǒng)在實際工程中的應用[1]。

2 HRS系統(tǒng)工藝流程

HRS系統(tǒng)工藝流程見圖1。

含三氧化硫氣體經(jīng)過蒸汽噴射室后從HRS熱回收塔底部進入，由塔頂排出。在塔內(nèi)有上下兩級不同規(guī)格的填料層，第一級填料層的上塔酸是202 ℃、w(H2SO4)>99%的硫酸，第二級填料層的上塔酸則與二吸塔上塔酸濃度相同，以確?？偽章省峄厥账邮諄碜哉羝麌娚淦鞯腟O3氣體，SO3氣體向上流經(jīng)第一級填料層與循環(huán)酸相接觸，SO3被吸收；被冷卻的氣體與殘余的SO3繼續(xù)向上進入二級填料層，在那里幾乎所有的SO3被循環(huán)酸吸收。來自第一、二級填料層的循環(huán)酸聚集在HRS塔底，由安裝在泵槽上的立式離心泵送至臥式蒸汽鍋爐，在鍋爐中降溫并產(chǎn)生0.8 MPa的飽和蒸汽。硫酸離開鍋爐時分成兩部分，大部分酸流經(jīng)稀釋器加水以維持酸濃，然后回到HRS 塔第一級進行循環(huán)再吸收；小部分酸則作為產(chǎn)品酸，進一步在HRS加熱器中冷卻，將熱量通過加熱器傳遞給HRS鍋爐給水至約170 ℃，然后流入現(xiàn)有裝置酸系統(tǒng)，與從干吸塔來的酸混合。

圖1 HRS系統(tǒng)工藝流程

3 HRS系統(tǒng)運行情況

HRS系統(tǒng)在硫磺制酸裝置運行中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。熱回收系統(tǒng)回收一轉(zhuǎn)SO3氣體生成硫酸時所產(chǎn)生的熱量，包括反應熱、稀釋熱以及工藝氣體的顯熱。HRS工藝特點是在較高酸溫下操作，不銹鋼設備直接暴露在H2SO4中，因而對工藝操作更為敏感，必須維持在正常操作范圍內(nèi)。第一級上塔酸w(H2SO4)經(jīng)過蒸汽噴射和稀釋器加水可以很穩(wěn)定地保持在99.0%～99.3%，酸濃波動幅度在0.1%以內(nèi)；上塔酸溫與鍋爐控制的蒸汽壓力相關，一般維持在0.65～0.80 MPa。約220 ℃的高溫硫酸進入HRS鍋爐，蒸汽由HRS鍋爐產(chǎn)出，其中一小部分蒸汽會降壓后返回到蒸汽噴射室進行蒸汽噴射，此蒸汽流量將隨裝置負荷相應變動。

4 HRS系統(tǒng)存在的問題

4.1 HRS蒸汽噴射器

HRS蒸汽噴射器煙氣側(cè)根部閥是316 L楔形不銹鋼閘閥，此閥生產(chǎn)控制中發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏，導致不能達到切斷的目的。經(jīng)拆開檢查，閥板、閥座密封面局部損壞，原因是此閥安裝在煙氣側(cè)根部，位置偏高，為方便操作沒有將閥門垂直安裝，而是閥桿側(cè)面安裝，使楔形閥板密封面運行中拉出毛刺后內(nèi)漏并加劇腐蝕，引發(fā)泄漏增大。將新閥安裝位置調(diào)整至垂直安裝，并增加了閥門操作平臺后使用順暢，延長了閥門使用壽命。

HRS噴射器排冷凝酸管道冬季易發(fā)生凍結(jié)。HRS系統(tǒng)是因地制宜建設，排酸管道在根部閥后有一個彎頭，再加上排酸管角度平緩，在冬季時容易出現(xiàn)凍結(jié)隱患，發(fā)現(xiàn)問題后進行整改，消除了存在的問題。

4.2 酸水逆溫差聯(lián)鎖

HRS加熱器的酸水逆溫差系統(tǒng)設置了聯(lián)鎖跳車，在開停車過程中會出現(xiàn)酸水逆溫差，不是因為硫酸泄漏至水側(cè)，而是誤動作引發(fā)系統(tǒng)跳停，因此酸水逆溫差聯(lián)鎖需要優(yōu)化設置，裝置開停車過程才更加穩(wěn)定。

4.3 HRS第一、二級吸收優(yōu)化

HRS系統(tǒng)在建設時如條件允許，可考慮將第一，二級吸收分開設置在不同的塔內(nèi)。

4.4 HRS酸濃檢測

HRS酸濃檢測是系統(tǒng)安全運行的關鍵之一，電導率檢測儀設置了氣體排空管道，需要經(jīng)常維護檢查其管道是否能夠正常排氣，一期裝置出現(xiàn)酸濃檢測波動較大，影響控制，甚至系統(tǒng)因為酸濃檢測不穩(wěn)定而跳車。氣體排空管道不易檢查，需對管道進行整改，以達到系統(tǒng)運行時能夠檢查是否排氣正常；同時檢測儀進出口閥門設置的開度大小也會影響檢測的穩(wěn)定性，需要操作時用心觀察。

4.5 HRS鍋爐排污罐積水

在系統(tǒng)運行中，鍋爐排污時發(fā)現(xiàn)排污閃蒸罐擺動大，將排污罐支腿做加強，打開人孔后發(fā)現(xiàn)排污罐里面很多水未及時排出，找到原因后對排污罐底部出水管改進后，解決了排污罐的擺動問題。

5 HRS系統(tǒng)運行注意事項

5.1 除霧器運行

除霧器在原始安裝及裝置檢修期間應安排專人檢查除霧器的安裝是否密封可靠，防止煙氣從未密封好的除霧器元件法蘭處及除霧器元件排酸的密封處泄漏逃逸而使進入冷熱換熱器的煙氣酸霧超標。

)5.2 HRS系統(tǒng)聯(lián)鎖運行

HRS系統(tǒng)聯(lián)鎖設計全面考慮了系統(tǒng)安全運行以保證將工藝指標控制在正常操作范圍內(nèi)，用儀表控制保護HRS裝置，因此操作人員對聯(lián)鎖的操作規(guī)程需了如指掌，對異常情況的處理要應變自如。HRS系統(tǒng)在適當?shù)臅r候應經(jīng)常對各聯(lián)鎖進行動作試驗，否則一些關鍵閥門因為長期沒有驗證其動作效果而引發(fā)不必要的損失，尤其是排酸系統(tǒng)的泵、閥門可靠性檢查。平時裝置停車時對系統(tǒng)不經(jīng)常操作的大小閥門進行手動操作試驗，確保能夠正常使用，比如各酸濃儀進出口閥在長期保持一個開度狀態(tài)下使用，就造成閥門不能正常開關，甚至因此而使裝置停止運行，引起不必要的損失。

6 結(jié)語

HRS系統(tǒng)已運行6年，充分挖掘了硫酸裝置能源工廠的潛力， 其節(jié)能表現(xiàn)令人滿意，進一步促進了制酸裝置效益的最大化。

[1] 夏小勇. HRS技術在冶煉煙氣制酸中的應用與實施[J].硫酸工業(yè)，2013(4)：23-26.

Application of HRS system in sulphuric acid plant

LIYou

[Wylton (China) Chemical Co., Ltd., Fuquan, Guizhou, 550501, China]

The principle and process of the HRS system in sulphuric acid plant is introduced. The overview of operation of HRS system, problems encountered during operation and the responses is described in detail. Constructive recommendations have been provided for the system optimization and key points for the system control. The HRS system has been in use under stable operation for 6 years through continuous system improvement and optimization.

sulphur; sulphuric acid production; low temperature heat recovery system, operation, problems, retrofit technology

2017-03-20。

李游，男，威頓(中國)化工有限責任公司助理工程師，從事生產(chǎn)管理工作。電話：13885458655；E-mail:liyou@wylton.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)06-0027-03