蔡榮飛

(中國(guó)空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

30萬(wàn)t/a硫酸裝置能量?jī)?yōu)化

蔡榮飛

(中國(guó)空分工程有限公司，浙江 杭州 310051)

以技術(shù)穩(wěn)妥、性能可靠、操作方便、投資節(jié)省為原則，對(duì)余熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)充分利用裝置內(nèi)部介質(zhì)回收熱能，不但節(jié)省了循環(huán)水消耗，而且節(jié)約了蒸汽用量。通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)裝置及換熱系統(tǒng)的工藝參數(shù)，與原裝置相比，共節(jié)省循環(huán)水消耗218.18 t/h，節(jié)約蒸汽消耗4.09 t/h。因此，通過(guò)能量?jī)?yōu)化實(shí)施可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

硫酸；余熱回收利用；能量?jī)?yōu)化

1 硫磺制酸裝置余熱利用的換熱流程

圖1 硫磺制酸裝置的換熱流程圖

硫磺制酸裝置有兩個(gè)余熱回收系統(tǒng)，包括高中溫余熱(焚硫、轉(zhuǎn)化單元)回收和低溫余熱(干吸單元)回收系統(tǒng)，在現(xiàn)有的余熱利用流程中，高中溫的余熱主要是用來(lái)發(fā)生41.82 t/h、3.8MPa的中壓蒸汽，低溫余熱都被冷卻循環(huán)水帶走，沒(méi)有被有效的利用。硫磺制酸裝置的換熱流程[1]如圖1。

高中溫余熱回收換熱流程[2]：從除氧器過(guò)來(lái)的的除氧水依次經(jīng)省煤器Ⅱ的低溫段、省煤器Ⅰ、省煤器Ⅱ的高溫段、廢熱鍋爐、低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器，分別與四段轉(zhuǎn)化氣三次、三段轉(zhuǎn)化氣二次、四段轉(zhuǎn)化氣二次、焚硫爐出口爐氣、四段轉(zhuǎn)化氣一次和一段轉(zhuǎn)化氣換熱，經(jīng)減溫減壓至3.8MPa、435℃去電站。另一部分中高溫?zé)?三段轉(zhuǎn)化氣一次、二段轉(zhuǎn)化氣)依次加熱裝置內(nèi)的工藝物流(第一吸收塔塔頂氣)至417℃，繼續(xù)進(jìn)四段轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化。

低溫余熱回收換熱流程[3]：從干吸循環(huán)槽來(lái)的濃硫酸分成三路并聯(lián)，分別經(jīng)過(guò)換熱器E0101、E0102、E0104，被動(dòng)力過(guò)來(lái)的的冷卻循環(huán)水冷卻到一定的溫度后，分別進(jìn)干吸塔、第一吸收塔、第三吸收塔和產(chǎn)品酸中間儲(chǔ)槽。從第二吸收塔循環(huán)槽來(lái)的濃硫酸經(jīng)過(guò)換熱器E0103與循環(huán)冷卻水換熱到一定的溫度，一部分返回第二吸收塔循環(huán)，另一部分去產(chǎn)品酸中間儲(chǔ)槽。

2 中高溫余熱的換熱流程優(yōu)化

2.1 現(xiàn)有的高中溫余熱的利用情況

硫磺焚燒及二氧化硫催化氧化為三氧化硫所釋放的熱量，除了爐氣在兩個(gè)吸收塔所損失的熱量外，其余的熱量都可以得到了充分的利用，可回收的熱量如下[4]：

(1)焚硫爐1097℃的高溫爐氣冷卻到420℃進(jìn)一段轉(zhuǎn)化；

(2)一段轉(zhuǎn)化出口577.6℃的爐氣冷卻到452.8℃進(jìn)二段轉(zhuǎn)化；

(3)二段轉(zhuǎn)化出口520℃的爐氣冷卻到439℃進(jìn)三段轉(zhuǎn)化；

(4)三段轉(zhuǎn)化出口478℃的爐氣冷卻到180℃進(jìn)第一吸收塔；

(5)四段轉(zhuǎn)化出口455℃的爐氣冷卻到160℃進(jìn)第二吸收塔。

現(xiàn)有高中溫余熱回收系統(tǒng)，現(xiàn)有30萬(wàn)噸/年的硫磺制酸裝置的高中溫余熱都得到了充分的利用，按照溫位的低高，依次加熱除氧水，發(fā)生3.8MPa、435℃的中壓蒸汽。

中壓蒸汽的換熱流程[5]如圖2。

圖2 中壓蒸汽的換熱流程圖

經(jīng)0.49MPa的低壓蒸汽除氧的53.36 t/h、111℃的除氧水依次經(jīng)省煤器Ⅱ的低溫段、省煤器Ⅰ、省煤器Ⅱ的高溫段、廢熱鍋爐發(fā)生4.3MPa的飽和蒸汽、繼續(xù)經(jīng)低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、減溫減壓器最終加熱到3.8MPa、435℃的過(guò)熱蒸汽去電站。

第一吸收塔塔頂氣換熱流程圖[6]如圖3。

圖3 第一吸收塔塔頂氣換熱流程圖

3203.23 kmol/h、66.5℃的第一吸收塔塔頂氣先經(jīng)第二換熱器與478℃、3550.55 kmol/h的三段轉(zhuǎn)化器來(lái)的爐氣換熱到326.2℃，再繼續(xù)經(jīng)第一換熱器與520℃、3563.27 kmol/h的二段轉(zhuǎn)化器來(lái)的爐氣換熱至417℃后，進(jìn)四段轉(zhuǎn)化器繼續(xù)轉(zhuǎn)化。

2.2 中高溫余熱回收的能量?jī)?yōu)化途徑

由圖3的換熱流程可以看出，若要提高高中溫的余熱的利用效率，即多發(fā)蒸汽，盡量增加轉(zhuǎn)化氣在省煤器Ⅱ、省煤器Ⅰ、廢熱鍋爐、低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器中被移出的熱量，可以總結(jié)出以下幾個(gè)能量?jī)?yōu)化的途徑：

(1)降低爐氣進(jìn)第一吸塔和第二吸塔的溫度。

現(xiàn)進(jìn)一吸和二吸塔的爐氣溫度分別為180、160℃。若能降低這兩個(gè)溫度，則省煤器Ⅰ和省煤器Ⅱ回收的熱量增加，可多發(fā)生蒸汽。

缺點(diǎn)：若降低這兩個(gè)溫度，有可能造成設(shè)備的露點(diǎn)腐蝕。

(2)提高第一吸收塔塔頂氣進(jìn)第二換熱器的溫度。

通過(guò)提高三段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)省煤器Ⅰ的溫度，增加省煤器Ⅰ的回收熱量，增加蒸汽的發(fā)生量。

缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)該方案的措施是提高進(jìn)一吸塔的循環(huán)酸溫，若酸溫提高，吸收率會(huì)降低，而且對(duì)設(shè)備的腐蝕性也會(huì)增加。

(3)提高焚硫爐出口SO2的濃度。

SO2的濃度提高，可以降低高中溫位的熱向低溫位熱的轉(zhuǎn)化，在相同的產(chǎn)量下，氣量可以降低，可使全系統(tǒng)的設(shè)備、管道等投資降低。

缺點(diǎn)：導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，轉(zhuǎn)化裝置、催化劑的投資及硫的損失增加。

(4)提高干燥塔循環(huán)酸進(jìn)干燥塔的溫度和濃度。

該措施可以提高進(jìn)焚硫爐和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的溫度，提高溫位，多發(fā)蒸汽。

缺點(diǎn)：干燥效果降低，而且可能導(dǎo)致酸霧的形成，增加設(shè)備的腐蝕性。

綜上所述，硫磺制酸裝置中現(xiàn)中高溫位廢熱已經(jīng)按低溫低

用、高溫高用的梯級(jí)利用的原則，得到了充分的利用?？紤]到硫酸裝置的對(duì)設(shè)備要求的特殊性，以上四個(gè)對(duì)高中溫位余熱能量?jī)?yōu)化方案都不適合采用。

3 硫磺制酸裝置中低溫余熱的換熱流程

3.1 現(xiàn)有的低溫余熱的利用情況

現(xiàn)有30萬(wàn)t/a的硫磺制酸裝置低溫位余熱即為干吸單元的四個(gè)酸冷卻器(E0101、E0102、E0103和E0104)帶走的熱量，現(xiàn)有流程中，這部分熱全被冷卻循環(huán)水帶走。干燥單元的換熱流程圖見(jiàn)圖4。

圖4 干燥單元的換熱流程圖

來(lái)自干吸循環(huán)槽的98.3%、81.3℃的酸，分成三路分別進(jìn)第一吸收塔酸冷卻器E0102、34.62 t/h，分別與三路并聯(lián)的16.4℃的冷卻循環(huán)水換熱后，三路的溫度分別為68.7、46.9、47.8℃，分別進(jìn)第一吸收塔循環(huán)吸收SO3、干燥塔循環(huán)吸收H2O、成品酸中間槽。來(lái)自第二吸收塔循環(huán)槽的98.3%、480.9 m3/h、82.9℃的酸進(jìn)第二吸收塔酸冷卻器E0103，與16.4℃、272.73 t/h的循環(huán)冷卻水換熱后，溫度降為74.5℃，繼續(xù)進(jìn)第二吸收塔循環(huán)吸收SO3。換熱器E0102、E0101、E0104、E0103的熱負(fù)荷分別為6140、11400、512.1、3195.1kW。

表1、表2是干吸單元的酸平衡表及熱量平衡表。

表1 干吸單元的酸平衡表

表2 干吸單元的熱量平衡表

3.2 低溫?zé)嵊酂峄厥盏膬?yōu)化方案

由于干吸單元的低溫?zé)崃枯^多，可以考慮利用一部分熱量先加熱動(dòng)力過(guò)來(lái)的待除氧的35℃的除鹽水，考慮用第一吸收塔循環(huán)酸來(lái)加熱動(dòng)力過(guò)來(lái)的53.36 t/h、35℃的除鹽水到75℃，再利用冷卻循環(huán)水冷卻第一吸收塔循環(huán)酸到一定的溫度進(jìn)第一吸收塔循環(huán)，繼續(xù)利用0.49MPa的飽和蒸汽加熱75℃的除鹽水到除氧器除氧[7]。

該措施可以降低干吸單元利用的循環(huán)冷卻水量，同時(shí)能降低加熱除鹽水至除氧器的加熱的0.49MPa低壓蒸汽量。該措施需要新增加一臺(tái)換熱器(第一吸收塔循環(huán)酸—除鹽水)。

3.2.1 優(yōu)化方案的換熱流程

自干吸循環(huán)槽來(lái)的551.36 m3/h、83.1℃、98.3%的第一吸收塔循環(huán)酸先經(jīng)換熱器E0105(新增)，與動(dòng)力來(lái)的35℃、53.36 t/h的除鹽水換熱，除鹽水升溫至75℃，循環(huán)酸的溫度降為77.4℃，循環(huán)酸繼續(xù)經(jīng)原換熱器E0102，與327.27 t/h、16.4℃的循環(huán)冷卻水換熱，被冷卻到68.7℃進(jìn)第一吸收塔循環(huán)。干燥塔循環(huán)酸、干吸產(chǎn)品酸、第二吸收塔循環(huán)酸的換熱流程不變，仍然分別與動(dòng)力過(guò)來(lái)的727.27、32.73、272.73 t/h的16.4℃的冷卻循環(huán)水換熱到46.9、47.8、74.5℃后，分別進(jìn)干燥塔、產(chǎn)品酸中間槽、第二吸收塔。換熱后的29.4℃、1360 t/h的循環(huán)水進(jìn)涼水塔冷卻。圖5為優(yōu)化后干吸單元的換熱網(wǎng)絡(luò)圖[8]。

圖5 優(yōu)化后干吸單元的換熱網(wǎng)絡(luò)圖

表3為優(yōu)化方案的第一吸收塔循環(huán)酸的換熱計(jì)算結(jié)果。

表3 優(yōu)化后的第一吸收塔循環(huán)酸的換熱流程與現(xiàn)有流程計(jì)算結(jié)果對(duì)比

效果：減少了218.18 t/h的冷卻循環(huán)水的用量，降低了4.09 t/h的0.49MPa的飽和低壓蒸汽的用量。有效利用了干吸單元2424.55 kW(占干吸單元總熱量的11.4%)的熱量。

4 投資、效益及投資回收期估算

4.1 投資

新增換熱器E0105(第一吸塔循環(huán)酸—除鹽水，型號(hào)：φ內(nèi)900×6000，F(xiàn)=200 m2)，換熱器面積為200 m2,按2500元/m2估算，共需要50萬(wàn)元，管線改造投資按10萬(wàn)元估算，總投資為60萬(wàn)元。

4.2 效益

節(jié)約218.18 t/h 的循環(huán)冷卻水，能耗指標(biāo)按0.1429 kg標(biāo)煤/t循環(huán)水估算[9]，降低裝置0.79個(gè)單位，循環(huán)冷卻水按0.3元/t 計(jì)算，年節(jié)能效益為65.46萬(wàn)元；

節(jié)省了的0.49MPa的蒸汽4.09 t/h，能耗指標(biāo)按101.1 kg標(biāo)煤/t估算，降低裝置10.51個(gè)單位，0.49MPa的蒸汽按45元/t計(jì)算，年節(jié)能效益為154.64萬(wàn)元；

30萬(wàn)噸硫磺制酸裝置合計(jì)降低裝置能耗11.3個(gè)單位，年節(jié)能效益為220.1萬(wàn)元。

4.3 投資回收期

綜上所述，30萬(wàn)噸硫磺制酸裝置能量?jī)?yōu)化方案的實(shí)施，可降低本裝置能耗11.3 kg標(biāo)煤/ t硫酸。估計(jì)項(xiàng)目的總投資為60萬(wàn)元，總節(jié)能效益為220.1萬(wàn)元，簡(jiǎn)單投資回收期為3.3個(gè)月。

5 結(jié)論

通過(guò)以上能量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論：

該項(xiàng)目利用現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置和公用工程，利用中高溫余熱、中低溫余熱回收優(yōu)化，屬于節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目，項(xiàng)目在技術(shù)上可行、實(shí)施較易、投資少、經(jīng)濟(jì)上合理。

通過(guò)能量?jī)?yōu)化節(jié)省循環(huán)水消耗218.18 t/h，節(jié)約蒸汽消耗4.09 t/h。因此，通過(guò)能量?jī)?yōu)化實(shí)施將降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 葉樹(shù)滋.硫酸生產(chǎn)工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012:57-60.

[2] 周玉琴.硫酸生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2013.

[3] 沈立瑩，薛 毅，李士德.大型硫磺制酸裝置先進(jìn)技術(shù)的集成應(yīng)用[J].硫酸工業(yè),2012,23(5):19-20.

[4] 何韻濤，鄒玉霜，孫正東.250 kt/a硫磺制酸裝置國(guó)產(chǎn)化低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)(DWRHS)設(shè)計(jì)總結(jié)[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2010，35(8)：23-27.

[5] 胡士奎.提高硫酸廠熱能回收的方法及其效益[J].硫酸工業(yè)，2016，28(9)：14-16.

[6] 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫位熱能回收技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)介紹[C]//中國(guó)化工學(xué)會(huì),全國(guó)硫酸工業(yè)信息站.第31屆全國(guó)硫酸工業(yè)技術(shù)交流會(huì)論文集,北京:[出版者不詳],2011.

[7] 孫正東.300kt/a硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2000(1)：41-44.

[8] 俞向東.國(guó)產(chǎn)低溫?zé)峄厥占夹g(shù)在大型硫磺制酸裝置中的應(yīng)用[J].硫酸工業(yè)，2012，18(1)：13-16.

[9] 李崇貴，師永林，陳大凡.硫磺制酸裝置低溫?zé)峄厥占夹g(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[J].硫酸工業(yè)，2012，57(2)：66-68.

(本文文獻(xiàn)格式：蔡榮飛.30萬(wàn)t/a硫酸裝置能量?jī)?yōu)化[J].山東化工,2017,46(7):157-160,189.)

山東開(kāi)展安全生產(chǎn)異地執(zhí)法檢查

4月5日從山東省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局獲悉，自本月10日起，該局將組織開(kāi)展一次覆蓋山東省17市的安全生產(chǎn)異地執(zhí)法檢查，檢查時(shí)間不少于10天。檢查重點(diǎn)為規(guī)模較大的危化品生產(chǎn)企業(yè)、地下非煤礦山、金屬冶煉的行業(yè)(領(lǐng)域)。

此次檢查企業(yè)將不少于1000家，從而嚴(yán)厲打擊山東省內(nèi)一批問(wèn)題突出的非法違法行為。對(duì)于檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，當(dāng)場(chǎng)向企業(yè)負(fù)責(zé)人反饋;涉嫌違法的，當(dāng)場(chǎng)啟動(dòng)調(diào)查程序，采集關(guān)鍵性、實(shí)效性數(shù)據(jù);屬于簡(jiǎn)易程序處罰的，當(dāng)場(chǎng)下達(dá)行政處罰決定。

據(jù)了解，此次配備成立17個(gè)檢查組的人員也是高規(guī)格的，檢查組由執(zhí)法組、陪檢組、專家組和督導(dǎo)組組成，人員按照異地組隊(duì)、專業(yè)對(duì)口原則統(tǒng)一安排，其中執(zhí)法人員人員共計(jì)360余人，專家130名。

(山東省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局)

Energy Optimization for 300,000 t/a Sulphuric Acid Plant

CaiRongfei

(China National Air Separation Engineering Co.,Ltd.,Hangzhou 310051,China)

The waste heat system is optimized by the principle of technical reliability,reliable performance,convenient operation and investment savings.Taking full advantage of the internal heat recovery of the device,not only save the circulating water consumption,but also save the amount of steam.Compared with the original device,optimizing the production process and the heat transfer process parameters,saved a total of 218.18 t/h of circulating water consumption,and steam consumption 4.09 t/h.Therefore,the implementation of energy optimization can reduce production costs and improve product competitiveness.

sulfuric acid;waste heat recovery and utilization;energy optimization

2017-02-26

蔡榮飛(1983—)，男，浙江杭州人，工程師，主要從事化工工程設(shè)計(jì)。

TQ111.1

B

1008-021X(2017)07-0157-04