硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告书

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1、 宜昌远安化工有限公司20000吨/年六偏磷酸钠项目可行性研究报告 2*有限公司硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告*有限公司北京蓝图工程设计有限公司硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告 75目 录1总 论11.1概述11.2项目可行性研究结论42产品方案及生产规模62.1政策符合性62.2生产规模和产品方案73工艺技术93.1工艺技术方案选择93.2工艺流程和消耗定额153.3主要设备选择203.4自动控制213.5环境保护234原料、辅助材料供应245建厂条件和厂址方案255.1建厂条件255.2厂址选择原则及依据295.3厂址选择306总图运输、土建、界区内外管网31

2、6.1总图运输316.2储运326.3厂区外管网336.4土建337公用工程和辅助设施367.1给排水367.2供电377.3电信387.4维修388节能、节水398.1节能398.2节水419消防429.1编制依据429.2依托条件429.3工程概述429.4消防措施4210环境保护4410.1环境质量现状4410.2拟建项目执行的环保标准4510.3主要污染源及污染物4510.4污染治理方案4610.5环境管理与监测4610.6清洁生产4711劳动安全与工业卫生4811.1编制依据4811.2项目生产过程中职业危害因素的分析4811.3职业安全卫生防护的措施4912工厂组织和劳动定员551

3、2.1工厂体制及组织机构5512.2生产班制度及人力资源配置5512.3人员来源和培训5513项目实施规划5613.1建设周期的规划5613.2实施进度计划5613.3项目招标内容5614投资估算和资金筹措5814.1投资估算5814.2资金筹措5915财务经济评价6215.1财务评价基础数据与参数选取6215.2生产成本和费用估算6215.3节能收入和利润估算6315.4财务评价结论6316结 论7316.1结论7316.2建议731 总 论1.1 概述1.1.1 项目名称、主办单位名称、企业性质及法人项目名称：硫磺制酸低位热能回收节能改造主办单位：*有限公司企业性质：*企业法人：*1.1.

4、2 主办单位基本情况*有限公司位于三门峡门户*省*市，交通便利，水路、铁路、公路四通八达。*公司是*省重点企业之一，是国家发改委公布的节能“千家”企业之一（序号741）,是*省循环经济重点试点企业，拥有总资产15亿元，拥有职工2000余人，产品涵盖化肥、化工、热电三大领域，具备年产20万吨合成氨、25万吨磷酸、85万吨硫酸、40万吨磷酸一铵、30万吨复合肥、5万吨甲醇等主导产品的生产能力。公司综合实力处于全国磷化工行业和有机化工行业的前列，2008年实现销售收入12.6亿元。公司资信等级为AAA级，资产负债率为53%。*有限公司2003年通过了质量（ISO9001）体系认证，2005年通过了质

5、量、环境（ISO14001）、职业健康安全（OHSAS18001）三体系认证。公司主导产品NPK、磷酸一铵均为国家免检产品，其中“*牌”磷酸一铵2004年9月公司主导产品磷酸一铵获“国家免检产品”称号，2005年9月获“中国名牌产品”称号。国内市场占有率居全国第一位，成为*省唯一的“中国名牌”化工产品，实现了*市“中国名牌”产品零的突破。公司将立足*磷矿资源优势，重点发展磷复肥，进一步开拓磷化工市场，扩大投资，加速工程建设和技术改造。到2010年，*公司将具备年产150万吨磷酸一铵、150万吨磷酸二铵、1100万吨NPK生产能力，销售收入规模达到20亿元，成为我国重要的磷复肥生产基地。1.1.

6、3 项目提出背景，投资目的、意义和必要性1.1.3.1 可持续发展的战略要求我国是一个人均资源拥有量很少的国家，能源利用率低的问题已严重阻碍了我国经济的发展和企业效益的提高。资源与环境问题、人口问题已被国际社会公认是影响21世纪可持续发展的三大关键问题。新中国成立后特别是改革开放以来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，但是，我们在资源和环境方面也付出了巨大代价。经济增长方式粗放，资源消耗高，浪费较大，污染严重，能源紧缺与环境污染已成为制约我国经济与社会进一步发展及人民生活与健康水平进一步提高的重大因素。党的十六届五中全会提出：“要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加

7、大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人体健康的突出的环境问题，在全社会形成资源节约的增长方式和健康文明的消费模式”。因此，企业必须转变经济增长方式，大力推行节能降耗。1.1.3.2 企业发展的需要作为年产70万吨磷铵及NPK复合肥的配套工程，*有限公司建设了年产30万吨硫磺制酸项目，其所产硫酸作为磷肥生产的中间产品。硫磺制酸反应过程中产生了大量的高、中、低温余热，在我国传统及现有热能回收工艺中，仅对高温热能进行了回收利用，对大部分中低温余热没有充分利用，热能利用率只有70%，同时为满足生产需要又得大量生产低压蒸汽，蒸汽锅炉又消耗大量的煤炭资源，显然一方面有

8、大量需求得不到满足，另一方面又大量浪费热能，没有得到有效利用，增加了企业的生产成本，通过技术改造来充分回收利用中低温位热能生产蒸汽是节能降耗的有效途径，是企业自身发展、增强竞争力的需要。1.1.3.3 企业的社会责任作为全国节能“千家”重点企业，为贯彻落实国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，实现单位GDP能耗降低20%左右的约束性目标肩负重要责任，该公司已与*省人民政府签署了“十一五”节能目标。*公司必须大力实施节能技术改造，加大投入，用先进适用技术改造或新建节能装置，降低能源消耗，确保“十一五”期间实现万元工业总产值能耗降低20%的目标。1.1.3.4 提高技术水平的需要本项目硫磺制酸低

9、位热能回收装置将是我国较早引进的装置，其技术含量和余热利用效率均达到国际先进水平，热能回收率可从70%提高到95% 以上，在行业内具有明显的示范作用。1.1.3.5 提高效益的途径本项目采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低位热能回收专利技术（HRS）和设备，建设1000t/d（30万吨/年）硫磺制酸系统的低位热能回收装置，项目实施后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，产生如下效益：1）HRS多产0.6MPa蒸汽15.84万吨/年，节能折标煤14482吨/年；2）除氧器降耗0.5MPa蒸汽35956.8吨/年，降耗折标煤3236吨/年；3）循环水降耗2046万吨/年；4）电力降耗512万

10、kWh/年，降耗折标煤1792吨/年；总之，项目建成投产后，年可增产蒸汽15.84 万吨，同时蒸汽降耗35956.8吨，电力降耗512万kWh/年，合计节能降耗折标煤19510 吨；削减了废水排放量，以新带老，有利于环境保护；项目新增就业岗位12个；项目每年可新增利润总额1691万元，新增销售税金394 万元，静态投资回收期为3年（含建设期），经济效益、节能效益、环保效益和社会效益显著。投资建设本项目装置，对于企业发展循环经济、提高经济效益和产品竞争力、合理利用能源及可持续发展具有深远的意义。1.1.4 可行性研究报告编制的依据和原则1.1.4.1 可行性研究报告编制依据(1) 原中石化协产计

11、发200676号文关于印发化工投资项目可行性研究报告编制办法的通知(2) *有限公司与*有限公司签订的硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告编制合同(3)由*有限公司提供的建设硫磺制酸低位热能回收节能改造项目装置的有关基础资料1.1.4.2 可行性研究报告编制原则(1)严格贯彻执行国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国家发展和改革委员会关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知精神及国家标准、规范、政策。(2)采用先进节能的生产工艺技术, 努力降低消耗，提高产品质量, 力求达到国内外同类型装置的先进水平。(3) 结合环境要求及工厂条件，统一规划，使工程建设与企业发展相协调，提

12、高节能降耗，最大限度地发挥工程的节能效益、环境效益和社会效益。(4)提高自动化水平, 尽量减少操作和管理人员, 仪表水平落实可靠与适度先进相结合。(5)注重采取环境保护措施, 努力“以新带老”和避免产生新的污染源。环保工程与工艺装置同步设计、同步施工和同步投产。1.1.5 项目建设的有利条件（1）项目工业化技术来源于美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低位热能回收的成熟专利技术（HRS）。装置性能稳定，为项目建成和尽快发挥效益提供可靠技术保障。（2）建设单位拥有一批具有丰富生产管理经验的高级人才，为本项目装置建成投产和正常运行提供可靠的组织、管理保障。（3）建设单位具有较强的资金筹措能力、

13、抗风险能力和资金还贷能力。（4）建设单位拥有较雄厚技术力量储备，在化肥领域具有较强的研发能力。1.1.6 5可行性研究报告研究范围（1）硫磺制酸低位热能回收节能改造项目工艺技术方案；（2）与工艺装置配套的公用工程及辅助设施方案；（3）项目的环境保护、劳动安全和卫生评估；（4）投资估算与技术经济评价；（5）招标方案1.2 项目可行性研究结论1.2.1 研究的简要结论（1）本项目的建设、实施是必要的和必需的；（2）产品市场销售前景广阔，生产规模合适；（3）采用成熟的生产工艺，技术可靠，产品质量稳定； （4）本项目的“三废”易于治理，并有可靠的技术和方案；（5）研究结果表明，本项目具有较好的经济效益

14、和社会效益，建议尽快实施。1.2.2 存在的主要问题和建议建议建设单位尽快完成与美国孟山都环境化学公司（MECS）完成合作谈判，进入建设阶段，使项目早日建成投产创造效益。 附表1-1： 主要技术经济指标表表1-1 主要技术经济指标表项 目 名 称单 位数 量备 注一改造规模硫磺制酸万吨/年30二生产方案10.6MPa蒸汽（副产）万吨/年15.8420.5MPa蒸汽（节约）万吨/年3.593循环水（节约）万吨/年20464电（节约）万kWh/年512三年操作日天330四公用动力消耗量1软水万吨/年15.84五装置总定员人12六工程项目投入总资金万元7226流动资金万元0七成本和费用年均总成本费用

15、万元-2102八年均利润总额万元1691.51九年均销售税金万元37.33十财务评价指标1投资利润率%43.32投资回收期 I(税前) II(税后)年年3.013.53含建设期3全投资内部收益率I(税前) (税后)%49.5539.054全投资净现值 I (税前) II(税后)万元万元74375142ic=13%2 产品方案及生产规模2.1 政策符合性能源是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质基础, 能源利用是实施可持续发展战略的重要课题之一。我国的环境污染问题已经受到了国际社会的高度关注。随着人口的增加和经济的发展，我国资源相对不足的矛盾将日益突出。回收利用工业余热是节约能源、保护资源、保护环

16、境的重要措施，从70年代中开始，就受到国家重视。开展资源综合利用，是我国一项重大的技术经济政策，也是国民经济和社会发展中一项长远的战略方针，对于节约资源，改善环境，提高经济效益，促进经济增长方式由粗放型向集约型转变，实现资源优化配置和可持续发展都具有重要的意义。为推动全社会大力节能降耗，提高能源利用效率，加快建设节能型社会，我国制定和发布的第一个节能中长期专项规划，提出了十一五乃至今后一个时期我国的节能指导思想原则和目标、节能的重点领域、重点工程及保障措施。规划提出2003年到2010年，年均节能率为2.2%，形成的节能能力为4亿吨标准煤，2003年到2020年年均节能率为3%，形成的节能能力

17、为14亿吨标准煤，主要产品单位能耗指标2010年总体达到或接近20世纪90年代初国际先进水平，其中大中型企业达到本世纪初国际先进水平；2020年达到或接近国际先进水平，主要耗能设备能效指标2010年新增主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平，十一五期间在工业节能方面重点推进电力、煤炭、有色金属、石化、化工建材等高耗能行业节能，通过结构调整、技术改造加强管理，提高能源利用效率,并建成一批符合循环经济发展要求的资源节约型、环境友好型先进企业和化工园区。国家鼓励化工行业进行节能和环保改造。而且企业要生存和发展也必须充分运用先进技术进行技术改造，既要发挥资源优势，也不能完全依赖资源消耗来支撑经济的

18、长期快速增长。要充分、高效利用有限的资源，搞好资源节约和综合利用，加强节能降耗，降低生产成本，提高竞争力，发展循环经济，使有限的资源发挥出最大的效用。本项目为硫磺制酸生产低温位热能的回收与利用。针对建设单位生产中一方面要求外部供热,另一方面又浪费自身热能的现状，拟建设HRS装置回收余热。这样，不仅做到生产系统内的热量平衡，减少耗用外供的蒸汽，供装置使用，节省锅炉燃煤，充分利用能源，又节约了煤资源与水资源，还可以减少对环境的污染，符合党中央国务院提出的用高新技术改造传统产业，走节约能源，节约资源，保护环境相协调的可持续发展道路的产业政策，具有明显的经济效益与社会效益，拟建项目符合国家产业政策和行

19、业发展规划要求。2.2 生产规模和产品方案作为年产170万吨磷铵及NPK复合肥的配套工程，*有限公司建设了年产80万吨硫磺制酸项目，其所产硫酸作为磷肥生产的中间产品。该装置以进口固体硫磺为原料，采用带搅拌器的快速熔硫，粗硫经过过滤器过滤，液体硫磺用泵加压机械雾化焚烧，“31”两转两吸工艺，转化率达99.8%。设置45t/h高压废热锅炉、蒸汽过热器和省煤器，回收焚硫转化的高、中位热能，产生482，3.82MPa的高压过热蒸汽，将回收的过热蒸汽用于发电。配套设计有一台6000kW抽背机组，将硫磺制酸余热锅炉产蒸汽接入抽背发电机组，并与原有主蒸汽母管连通，通过供热管道给磷酸二铵、NPK等生产装置供汽

20、。硫磺制酸反应过程中产生了大量的高、中、低温余热，仅对高温热能进行了回收利用，对大部分中低温余热因其品位低而没有充分利用，特别是吸收系统里的SO3反应热和空气干燥塔里的硫酸稀释热，热能利用率只有70%，热能利用率不高，然而为满足生产需要大量生产低压蒸汽，消耗大量的锅炉煤，造成了一面大量浪费，一面又大量需求的局面。因此，进一步提高该项目中低位热能的利用率是非常必要的。Monsanto公司于1987年首次开发出HRS系统并获得专利，该工艺处于世界领先地位，是硫酸系统最大限度回收热能的一次优化。用HRS吸收塔、HRS锅炉、HRS加热器、HRS稀释器代替传统的中间吸收塔及其循环系统，可生产0.6MPa

21、，170的低压蒸汽，每吨酸可多产0.48吨低压蒸汽，热能回收率由过去的70%，提高至95%。根据国内外的技术发展现状，中国硫酸工业协会也推荐首选孟山都公司的HRS技术，本项目拟采用该技术以进一步提高热能利用效率。本项目采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低位热能回收专利技术（HRS）和设备，建设1000t/d（吨/天）硫磺制酸低位热能回收装置和配套设施。建成投产后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，项目比原装置节能降耗减排情况如下：1）HRS多产0.6MPa蒸汽15.84万吨/年，节能折标煤14482吨/年；2）除氧器降耗0.5MPa蒸汽35956.8吨/年，降耗折标煤3236吨/年；3

22、）循环水降耗2046万吨/年；4）电力降耗512万kWh/年，降耗折标煤1792吨/年；3 工艺技术3.1 工艺技术方案选择3.1.1 国内外工艺技术概况3.1.1.1 硫磺制酸概况在硫磺制酸生产过程中，从硫磺燃烧生成二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸的每一步反应都是放热反应，总的反应热约为500KJ/mol硫酸。除装置散热排气等损失外，其余热量理论上均可回收利用。可回收的热量中焚硫和转化部分的高中温余热约占70%，干吸部分的低温余热约占30%。如何安全可靠充分合理地回收利用这些热量，不仅标志制酸装置的技术水平，而且还决定着制酸装置经济上的生存能力。3.1.1.2 高

23、中温余热回收我国硫酸产业结构和原料结构调整在“十五”期间取得了举世瞩目的成绩。目前，我国硫酸产量约占世界总产量的20%，超过美国，居世界第一位。硫酸生产根据原料不同，有硫磺制酸、硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸等。其中，硫磺制酸流程简单，操作简便，工艺稳定，容易实现自动化控制，具有大规模生产的优势。近年来我国硫酸工业技术和装备有了较大进步，并引进了国外一些技术装置。如德国鲁奇（Lurqi）、美国孟山都（Monsanto）、加拿大开米蒂克斯（Chemetics）、瑞典波利顿（Boliden）、日本三菱重工（MHI）等公司的成套硫酸装置、技术、设备仪表、阀门等，使世界上主要的先进技术和设备在国内都有了样板

24、。为我国硫酸装置大型化、提高硫酸生产技术及达到国际先进水平起到了重要作用。硫磺制酸装置的规模也在向大型化发展，云磷单系列600kt/a已建成投产，2800kt/a正在设计，云南富瑞单系列800kt/a也建成投产，目前国内已建成的规模最大的硫磺制酸装置为江苏张家港双狮集团1000kt/a硫磺制酸。随着我国大型磷复肥发展的需要，硫酸新技术和装备的引进、消化吸收，大型硫酸装置还将陆续兴建。二十世纪六十年代，我国硫酸装置开始使用中压余热锅炉。进入八十年代，我国硫酸厂在余热利用方面进展较快，目前规模在40kt/a以上的硫酸厂大部分已较好地利用高温位余热产汽发电，取得了显著的效益。（一）可回收的高中温余热

25、：硫磺焚烧及二氧化硫催化氧化为三氧化硫所释放的热量，除了炉气在两个吸收塔中所损失的热量外，其余的热量均为余热必须移出。对典型的3+1流程而言可回收的余热包括以下几部分： 焚硫炉出口1050左右的高温炉气冷却到420左右进入一段转化。 一段转化出口600左右的炉气冷却到450左右进入二段转化。 三段转化出口冷热换热器后280左右的炉气冷却到190左右进入中间吸收塔。四段转化出口450左右的炉气冷却到160左右进入最终吸收塔。（二）高中温热回收系统：高中温余热的热量较分散，这些热量是分别设置锅炉产生蒸汽，还是将它们有机组合在一起产生蒸汽，不同的厂有不同的做法，最常见的有以下三种热回收系统。1余热回

26、收系统一焚硫炉出口和一段转化出口分别设一台低压锅炉1和2，三段转化冷热换热器后设省煤器2(有时也可采用空气预热器预热燃烧空气），四段转化出口设低压锅炉3和省煤器1（小装置省煤器1也可以不设）, 流程见图3-1。此热回收系统适用于中小型装置，优点是：投资省见效快，缺点是：锅炉数量多运行管理难度大。而且必须有饱和蒸汽用户。图3-1 余热回收流程之一 3-2 余热回收流程之二2 余热回收系统二焚硫炉出口设一中压或次中压锅炉1，一段转化出设蒸汽过热器，其余同热回收系统一，流程见图3-2。这种热回收系统也适用于中小型装置，优点是：产生的中压或次中压蒸汽可以用于发电或热电联产，四段转化出口锅炉2产生的低压

27、蒸汽用于熔硫保温和除氧。缺点是：锅炉的数量仍然较多，运行管理难度较大。3 余热回收系统三这一热回收系统是将各部分的热量有机组合在一起产一个压力等级的蒸汽(一般是中温中压蒸汽)，典型流程见图3-3。焚硫炉出口设中压锅炉, 一段转化出口设高温过热器，三段出口冷热换热器后设省煤器2，四段转化出口设低温过热器及省煤器1。该热回收系统适用于大中型装置，优点是： 所有的高中温余热全产中压蒸汽，从有效能的角度而言比较合理，因为拥有同样多热量的中压蒸气比低压蒸汽做功能力强，具体表现为可以多发电。 整个热回收系统实际上是一台锅炉，两只过热器和两只省煤器只是锅炉的部件，这样便于运行管理。 热回率高，每吨酸可产中压

28、过热蒸汽1.2吨以上。 另外，对于“3+2”五段转化流程的四段转化出口可设中温过热器、空气预热器或采用干燥空气冷激的方法回收余热降低炉气温度。图3-3 余热回收流程之三（三） 高中温余热回收主要设备高中温热回收设备种类很多，其中最主要的也是最容易发生故障的设备是焚硫炉出口的锅炉和吸收塔前面的省煤器。1焚硫炉出口的锅炉焚硫炉出口的锅炉有两种型式，一种是水管锅炉，另一种是火管锅炉。水管锅炉在硫铁矿制酸装置上的应用较早，产品也较成熟，故90年代中期我国再次掀起硫磺制酸建设高潮时，国产装置因受硫铁矿制酸装置的影响基本都是采用的水管锅炉，但使用后很多锅炉（主要是自然循环水管锅炉）发生了炉气外漏和炉水内漏

29、的事故，严重影响了制酸装置的正常生产，这主要是由于人们对硫磺制酸的认识不够。硫磺制酸不同于硫铁矿制酸，硫磺制酸无净化工段，锅炉后面就是转化器，锅炉一旦漏水，将使转化变为湿转化，大量的水蒸汽一方面使三氧化硫吸收过程恶化，另一方面炉气的露点将会大大的提高，结露生成的硫酸的浓度大大的降低，从而加快了设备和管道的腐蚀。另外，硫磺制酸炉气是正压。这些就要求硫磺制酸装置的锅炉不能漏水，同时又要具有较高的承压能力。而水管锅炉在这些方面与火管锅炉比有先天不足，再加上中小型硫磺制酸装置的水管锅炉比火管锅炉投资高，所以近几年来火管锅炉在硫磺制酸装置上应用较多，故障率明显比水管锅炉少，很多装置从未因火管锅炉故障而停

30、车。总之，水管锅炉在承受正压能力，气流分布的均匀性，对负荷变化的适应性和安全性等方面都不如火管锅炉。所以焚硫炉出口的锅炉应首选火管锅炉，尤其是中小型装置。但对于大型或特大型的装置，特别是较高压力的锅炉，由于火管锅炉造价较高，运输也较困难，此时可以采用水管锅炉。无论是采用火管锅炉还是水管锅炉，必须从设计、制造、安装和运行管理等环节对锅炉加以高度重视，只有这样才能保证锅炉安全运行。2省煤器为了尽可能多地回收中温余热，在两台吸收塔前有必要设省煤器(见图3)，由于省煤器水入口处金属壁温较低，这里可能存在露点腐蚀问题。当省煤器金属的壁温小于露点温度时酸雾就会在管外壁结露形成冷凝酸，当然形成冷凝酸后不一定

31、就发生腐蚀，这还要看冷凝酸的浓度和温度。正常运行时，如果结露一般生成发烟硫酸(浓度102%)，温度小于120，在这种情况下即使采用碳钢也能耐腐蚀。而在开停车及前面的热力设备发生泄漏时，露点温度将会升高，结露形成的冷凝酸的温度也会升高，而且结露形成硫酸的浓度范围较大，在这种情况下只有铸铁能耐腐蚀。所以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

32、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，所以这种方法是具有中国特色的安全可靠的方法。第二种方法和国外的第二种方法一样采用普通碳钢省煤器，正常运行时既使结露一般也不会发生腐蚀，而开停车发生的露点腐蚀对整个腐蚀过程的影响并不大。3.1.1.3 低温余热回收虽然近几年我国硫磺制酸的生产能力及热能利用技术水平得到了较大发展，但是在利用硫磺制酸过程中产生的中、低温余热方面，与国际先进水平相比，还有较大的利用潜力，总热能利用率只达到70%左右。在硫磺制酸生产过程中，会产生大量的高温位余热。不仅硫磺要在高温下燃烧，而且SO2转化为SO3也要在相当高的温度条件下进行。因此，

33、人们长期的实践是，把调节硫酸厂工艺气体温度的方法与回收能量方法结合在一起。此法是让高温的气体通过余热锅炉及其相连的蒸汽过热器和锅炉给水预热器。硫磺制酸每产1吨硫酸（100%H2SO4）可产生1.2吨左右的高、中压蒸汽。硫酸生产过程还有另一个很大的热源，但是因其品位低而长期未受到人们的重视，它就是吸收系统里的SO3反应热和空气干燥塔里的硫酸稀释热。就数量而言，在硫磺制酸厂产生的总热量中，它可占到近30%。在19731974年和1979年两次“能源危机”之后，大型硫酸厂开始把目光投向酸系统所排弃的大量热能上，希望能回收并以某种经济效益好的方法再利用它。在这一领域，美国Monsanto公司开发的硫酸

34、热回收系统（HRS）处于世界领先地位。Monsanto公司于1987年首次开发出HRS系统并获得专利。该工艺用HRS吸收塔、HRS锅炉、HRS加热器、HRS稀释器代替传统的中间吸收塔及其循环系统，产生0.81.0MPa的低压蒸汽。一般每吨酸可多产0.40.6吨低压蒸汽，热能回收率由传统工艺的6070%，提高至95%。硫酸装置的低温余热由于品位较低，同时又是被硫酸所携带，回收利用技术上较困难。我国八十年代前这些热量都是由淋洒式铸铁排管冷却后随冷却水带到环境中，直到八十年代后期随着带阳极保护的不锈钢管壳式浓硫酸冷却器和板式换热器的开发应用，才为利用这些低温余热提供了可能。近年来国内已有一些硫酸装置

35、回收利用了部分低温余热，回收和利用的方法主要有以下几种：加热脱盐水，提高进除氧器的水温，从而减少除氧器蒸汽消耗。但由于锅炉需要脱盐水的量较少，回收和利用的余热只占低温余热的一小部分。如河南某化肥厂利用16万吨/年硫酸装置的干吸酸热将动力分厂的脱盐水从常温加热到80，水量为：100t/h，利用的热量约占低温余热总量的22%。此装置于1996年10月投入运行。 生产热水用于其它装置，如用于磷酸浓缩和氨蒸发等, 但这种方法必须是硫酸和磷酸或合成氨等装置的联合化工企业。 生产热水用于居民生活(包括采暖)。如山东某厂利用吸收酸热产生70左右的热水用于全厂采暖，采暖面积约为15000m2。此装置于1995

36、年11月安全运行至今，取得了非常可观的经济效益。以上几种低温余热回收的方式在我国都有成功运行的实例, 但总的来讲我国硫酸装置的低温余热回收仍处于起步阶段，回收利用的装置很少，绝大部分装置的低温余热仍然是通过循环冷却水散发到环境中。应用受到限制的主要原因是一方面人们对低温余热的认识不够，另一方面目前我国的技术只能利用低温余热产生热水，而热水的利用有其局限性。3.1.2 公司硫磺制酸现状*公司年产30万吨（1000t/d）硫磺制酸装置全套采用美国孟山都公司技术，硫酸全部用于湿法磷酸的生产原料。该装置以进口固体硫磺为原料，采用带搅拌器的快速熔硫，粗硫经过过滤器过滤，液体硫磺用泵加压机械雾化焚烧，“3

37、1”两转两吸工艺，转化率达99.8%。设置45t/h高压废热锅炉、蒸汽过热器和省煤器，回收焚硫转化的高、中位热能，产生482，3.82MPa的高压过热蒸汽，将回收的过热蒸汽用于发电。配套设计有一台6000kW抽背机组，将硫磺制酸余热锅炉产蒸汽接入抽背发电机组，并与原有主蒸汽母管连通，通过供热管道给磷酸二铵、NPK等生产装置供汽。但低温位热能尚没有回收利用，热能利用率不高。3.1.3 工艺方案选择在硫磺制酸装置低位热能回收这一领域，美国Monsanto公司开发的硫酸热回收系统（HRS）处于世界领先地位。带HRS技术的硫磺制酸可以回收低温位余热，同时产生低压蒸汽。HRS与其说是硫酸热能利用技术上的

38、一次革命，不如说是酸系统最大限度回收热能的一次优化。（传统硫磺制酸与带HRS系统的硫磺制酸热能回收利用情况对比见表3-1。）表3-1 传统硫磺制酸与带HRS系统硫磺制酸主要经济技术比较传统硫磺制酸带HRS系统的硫磺制酸高压蒸汽产量（t/t）1.201.20低压蒸汽产量（t/t）00.48热能回收率 （%）70%95%净动力（kw/MTPD）10.614.6Monsanto公司于1987年首次开发出HRS系统并获得专利，HRS的工业推广并不令人满意，从1987年11月HRS首次成功的工业应用至今，全世界仅有20多套装置采用了HRS，难以推广的主要原因是：HRS对硫酸浓度的要求很高，只能控制在狭窄

39、的范围内，稍有偏差就会发生严重的腐蚀，而且不能用于发烟酸装置。投资太高, 如1000t/d硫酸装置HRS投资约为300万美元，约占整个装置投资的30%，这是一般投资者较难接受的，特别是对于我们这样一个发展中国家。然而孟山都的HRS毕竟代表硫酸装置低温热回收的世界先进水平，热能回收率由传统工艺的6070%，提高至95%。HRS系统操作方便、运行稳定。和酸相接触的HRS系统部件的材料（除陶瓷填料和通往HRS塔第二级的烟气管道外），采用孟山都Zecor310M不锈钢，这些材料在要求的操作温度并保持酸浓度的情况下，对硫酸具有较高的耐腐蚀性（小于0.025毫米/年）；在酸循环系统中多个点上设置分析仪和腐

40、蚀速率监测器，当由于酸浓度失控导致腐蚀速率提高时，可以适时报警并自动紧急停车。目前已在全世界取得了实际运行系统的丰富经验，江苏双狮集团也成为国内第一家应用该技术的公司，采用Monsanto公司先进的HRS工艺技术改造现有大型硫磺制酸装置具有成功的借鉴经验。根据国内外的技术发展现状，中国硫酸工业协会也推荐首选采用孟山都公司的HRS技术，本项目拟采用该技术以进一步提高热能利用效率。3.2 工艺流程和消耗定额3.2.1 工艺流程概述3.2.1.1 装置规模和年操作时数本项目采用美国孟山都环境化学公司（MECS）的硫酸低位热能回收专利技术（HRS）和设备，建设1000t/d（30万吨/年）硫磺制酸系统

41、的低位热能回收装置，项目实施后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，产生如下效益：1）HRS多产0.6MPa蒸汽15.84万吨/年，节能折标煤14482吨/年；2）除氧器降耗0.5MPa蒸汽35956.8吨/年，降耗折标煤3236吨/年；3）循环水降耗2046万吨/年；4）电力降耗512万kWh/年，降耗折标煤1792吨/年；年操作日330天，每天24小时，年生产8000小时。采取四班三运转制。3.2.1.2 装置组成该热回收系统包括一个两级热回收填料塔、一台HRS卧式蒸汽锅炉、一台HRS加热器、一台HRS预热器、一台稀释器、一台酸循环泵（位于在单个泵槽内）以及一台排酸泵；除氧锅炉给水先送入HRS

42、加热器，然后进入HRS锅炉；除氧锅炉给水在HRS稀释器内亦用作稀释水，以最大化中压蒸汽的产量。3.2.1.3 原材料、辅助材料、燃料和动力硫磺制酸低位热能回收改造前后主要原材料消耗见表3-2。 表32 改造前后产品消耗定额（以吨100%H2SO4计）序 号名 称 及 规 格单 位改造前单耗改造后单耗一原辅料及动力1硫磺吨0.3320.3322催化剂kg0.0490.0493工艺水吨0.380.384循环冷却水t=10吨76.715.35脱盐水吨1.862.316蒸汽吨0.2470.147电 （380V，50HZ）kWh90.4868仪表空气m31.41.49轻柴油kg0.020.02二副产蒸汽

43、（0.6MPa,170）吨00.48蒸汽（3.82MPa,482）吨1.21.23.2.1.4 产品、副产品及主要中间产品由表3-2可知，采用HRS装置副产蒸汽后，回收了低温位热能，循环冷却水量由76.7减少到了15.3t/t产品；用热量回收塔（HRS塔）代替传统的中间吸收塔，用HRS锅炉回收SO3吸收热，比原装置每吨硫酸多回收0.48吨低压蒸汽。1）每吨硫酸多回收约0.48吨低压蒸汽，即1000t/d（30万吨/年）硫酸装置每小时产生0.6MPa，170的低压蒸汽20吨，年可产汽15.84万吨；2）通过HRS预热器和HRS加热器内循环酸的热能来加热锅炉给水，使得除氧器的耗汽（0.5MPa，1

44、60）量每小时降低4.54吨，年可减少蒸汽消耗35956.8吨；3）改造前未被利用的低温热能都是通过循环冷却水来吸收以冷却物料，循环冷却水量为76.7t/t硫酸 (3195t/h)，改造后80%的低温热能被利用，因而循环冷却水量也减少61.4t/t至15.3t/t硫酸 (637t/h)，年循环水量由2556万吨减少到510万吨，年减少循环水量达2046万吨；4）循环冷却水量减少61.4t/t硫酸后，可以减少循环水泵640kw，年节电640kw8000h = 512万kwh；即每吨硫酸耗电量降低17.1kwh。5）循环水量由2556万吨减少到510万吨，*公司循环水浓水排放系数为0.65%，因此

45、循环水浓水年排放量也相应由16.6万吨减少到3.3万吨，减少废水排放量13.3万吨。废气和废渣的产生量及污染物排放均不发生变化。总之，项目建设是在转化三段与四段之间新增加入HRS系统，同时改造、优化现有工艺，因改造而新增的HRS系统仅与原硫磺制酸装置发生能量的传递，不改变硫酸产量及基本原料消耗。HRS系统回收利用低温位热能副产蒸汽，同时节约蒸汽、节电、节水。项目实施产生的产品、副产品及主要中间产品如下：1 蒸汽（回收低位热能副产） 15.84万吨压力 0.6MPa温度 1702 蒸汽（降耗） 3.59万吨压力 0.5MPa温度 1603 电（节约） 512万kwh电压 380V.AC.频率 5

46、0HZ 4 循环水（节约） 2.46万吨 上水压力 0.35MPa上水温度 32下水温度 42悬浮物 20ppm固体可溶物 500ppmPH 7-95循环水浓水（减排） 13.3万吨3.2.1.5 工艺流程说明硫磺制酸低温位热能回收系统（HRS系统）主要包括SO3炉气热量回收系统、HRS蒸汽锅炉系统、酸循环动力系统；1、SO3炉气热量回收系统SO3炉气来源：精制液磺从精硫大贮槽流至精硫地下槽，由高压硫磺进料泵连续送入焚硫炉，经过硫磺喷枪雾化后的液硫，与气体压缩机输送来的空气进行燃烧反应产生高温的SO2炉气，炉气经废热锅炉回收热量降至420温度后进入转化器，在催化剂的作用下转化成SO3气体。S0

47、3炉气经过MONPLEX冷热换热器、MONPLEX热热换热器换热后进入省煤器3B。SO3炉气热量回收系统工艺：来自省煤器3B的三氧化硫炉气进入HRS塔的第一级，在此级中SO3自下而上经过填料与自上而下的99%HRS循环酸（由分酸器均匀分布在塔中）相接触，SO3被吸收。剩余的烟道气进入HRS塔的第二级，剩余的SO3基本上都被循环酸（98.5%）所吸收，经过塔顶的高效除雾器，除去酸雾后的炉气至冷换工段。在第二级中形成的酸直接流入第一级的填料两级间设有气体分布器和液体储槽；第一级生成的酸流入HRS塔底，经位于HRS塔泵槽内的酸泵进行酸循环。在SO3炉气热量回收系统中，SO3气体与浓硫酸接触，SO3气

48、体与酸中的水分反应生成硫酸并放出热量，由于吸收了SO3的硫酸浓度上升会产生浓缩热，以上两部分热量都留在循环酸中。2、HRS蒸汽锅炉系统HRS塔底的高温硫酸先由HRS酸循环泵送至卧式的HRS锅炉，锅炉中的酸与水进行换热，副产0.6Mpa饱和蒸汽至外管。冷却的酸（199）大部分（90%）进入HRS稀释器后回至HRS塔的第一级，剩余部分酸进入HRS加热器与IP给水泵送来的除氧水进行换热，然后进入HRS预热器将额外的热传递至脱盐水，酸温由173降为110 ，而水温由常温升高到90 ，以提高进入除氧器脱盐水的温度，更进一步节约蒸汽，而自HRS预热器的酸则流入共用泵槽，供干燥和吸收系统酸循环。3、酸循环动

49、力系统为了保证系统生产的连续性，需要给循环酸提供动力泵。本工程主要新增各类泵包括HRS循环泵、干燥循环泵、二吸酸循环泵、HRS排酸泵。拟采用美国路易斯公司生产的路密特合金材质离心泵。在酸循环系统中多个点上设置分析仪和腐蚀速率监测器，当由于酸浓度失控导致腐蚀速率提高时，可以适时报警并自动紧急停车。3.2.2 工艺流程方框图在现有硫酸装置中新增低温位热能回收系统（HRS系统），将三氧化硫吸收过程中的热量加以回收生产低压蒸汽。其流程如图4-1所示：图4-1 HRS低位热能回收装置工艺流程方框图3.2.3 蒸汽平衡*有限公司热电车间现有1台20t/h的循环流化床锅炉和1台45t/h硫磺制酸锅炉，配套设

50、计有一台6000kW抽背机组,供热能力见表3-5。本项目改造后，可减少热电车间供汽24.5t/h，可充分满足*公司现有装置满负荷生产的供汽需求。表3-3 改造前*公司生产装置满负荷运行蒸汽消耗表序号压力等级硫酸合成氨#锅炉磷铵合计13.5 MPa75 t/h75t/h21.3 MPa2t/h4t/h6t/h30.6 MPa4.5t/h19t/h1t/h30t/h54.5t/h40.2 MPa27t/h27t/h表3-4 改造后*公司生产装置满负荷运行蒸汽消耗表序号压力等级硫酸合成氨#锅炉磷铵合计13.5 MPa75 t/h75t/h21.3 MPa2t/h4t/h6t/h30.6 MPa19t

51、/h1t/h30t/h50t/h40.2 MPa27t/h27t/h表3-5 改造前后*公司蒸汽产量对比表改造前产蒸汽压力等级硫酸合成氨硫精砂制酸供汽锅炉磷铵合计3.5 MPa47t/h25t/h3t/h75t/h1.3 MPa11t/h11t/h0.6 MPa54.5t/h54.5t/h0.2 MPa17t/h10t/h27t/h产汽总量47t/h53t/h57.5t/h10t/h改造后产蒸汽压力等级硫酸合成氨硫精砂制酸供汽锅炉磷铵合计3.5 MPa47t/h25t/h3t/h75t/h1.3 MPa11t/h11t/h0.6 MPa20t/h30t/h50t/h0.2 MPa17t/h10

52、t/h27t/h产汽总量67t/h53t/h33t/h10t/h3.3 主要设备选择3.3.1 主要设备选择为了保证该系统的正常运行，参考国内外相关装置的运行经验，项目装置采用美国Monsanto公司开发的硫酸热回收系统（HRS）专利成套技术，并进口主要设备。3.3.2 主要工艺设备主要新增工艺设备详见表3-6。表3-6新增主要工艺设备一览表序号设备名称数量规格型号备注1HRS锅炉1Q25t/h,Kettle,碳钢锅壳,310M不锈钢管2HRS酸稀释器1碳钢衬特富龙,与HRS锅炉配套3HRS加热器1管壳式热交换器,与HRS锅炉配套4HRS预热器1管壳式热交换器,与HRS锅炉配套6干燥塔酸循环泵

53、1MSH-2458 Q=663m3/h，h=23m,P=160kW7二吸塔循环酸泵1MSH-2288 Q=544m3/h，h=23m,P=160kW8HRS酸循环泵1HSH-38612 Q=679m3/h，H=20m,P=160kW9HRS排酸泵2HRMT-2084 Q=58m3/h，H=18m,P=75kW10HRS塔16200x22470 Zecor310M11HRS一级分酸器11212m3/h 310SS12HRS二级分酸器181m3/h 310SS13HRS塔除雾器44VS132003 44/ES212,Bed1814HRS酸取样罐1衬特富龙不锈钢罐，400*400*50015洗眼器8

54、不锈钢复式洗眼器16尾洗泵1工程塑料泵 Q=50m3/h，H=45m,P=15kW17尾洗槽1钢筋混凝土，2000*2000*20003.4 自动控制3.4.1 控制系统选择硫酸生产余热回收的HRS系统为引进项目，工艺较复杂，控制点很多，所有装置和设备均为引进，选用DCS集散控制系统来完成过程工艺参数的显示、记录、调节、报警和联锁控制，设有一个操作室，1个操作站或工程师站，仪表设备和系统也配套引进。3.4.2 仪表选型硫酸装置的环境腐蚀较为严重，故仪表选型首要考虑的是防腐蚀问题。材质除有特殊要求外，均使用不锈钢。需要远传的仪表均为电动型。采用420mADC二线制变送器，并带有现场指示仪表。选用

55、的仪表以合资产品为主。在易燃易爆的危险区域原则上采用隔爆仪表。1）温度仪表：根据工艺要求的不同，需要集中检测的工艺参数的温度传感器主要使用RTD.Pt100 热电阻和K分度号的热电偶以及少量的铂铑10-铂热电偶。就地指示的温度选用双金属温度计。2）压力仪表：就地指示采用隔膜压力表，集中指示采用单法兰压力变送器。一般介质采用不锈钢压力表或普通压力变送器进行测量。3）流量仪表：气体流量的测量采用威力巴流量计。水及蒸汽流量的测量采用孔板作为测量元件。4）物位仪表：锅炉汽包液位采用差压变送器进行测量。5）分析仪表：酸浓检测采用电导式酸浓分析仪。气相在线分析仪表为引进产品，供应商提供全套的采样和预处理装

56、置。6）调节阀：小口径以单座阀为主，大口径选用蝶阀，高温高压介质采用套筒阀。采用电子式一体化电动执行机构。420mADC标准信号传输。根据工艺介质的不同状态，使用不同的密封填料。阀体的材质一般为不锈钢。用于腐蚀性介质的调节阀的材质选用特殊合金或采用聚四氟乙烯衬里。3.4.3 仪表供电装置采用集中供电方式，用电负荷等级为三级负荷。由电气专业提供独立供电回路，仪表专业进行所有仪表的供电设计。原有仪表供电系统可以满足项目需要。其主要参数如下：电压：220V.AC.10%；频率：50HZ1HZ。3.4.4 仪表供气装置的仪表用空气由装置外供给，原有系统可以满足项目需要。其供气参数如下：压力等级：0.3

57、 -0.5MPa（表） 含尘粒径：3m含尘量：1mg/m3油分含量：10mg/m3露点（操作压力下）：-19.33.4.5 标准规范自动化仪表选型规定 (HG20507-92)过程检测和控制系统用文字代号和图形符号 (HG20505-2000)石油化工自控设计技术规定 (CD50A3-81)控制室设计规定 (HG/T 20508-2000)仪表供电设计规定 (HG/T 20509-2000)仪表及管线伴热和绝热设计规定 (HG/T 20514-2000)仪表供气设计规定 (HG/T 20510-2000)信号报警、安全联锁系统设计规定 (HG/T 20511-2000)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 (GB 50058-92)仪表配管配线设计规定 (HG20512-2000)其它ISO、IEC等相关规定3.5 环境保护3.5.1 废水建设项目是在转化三段与四段之间新增加入HRS系统，同时改造、优化现有工艺，因改造而新增的HRS系统仅与原硫磺制酸装置发生能量的传递，不改变硫酸产量及基本原料消耗。HRS系统回收利用低温位热能副产蒸汽，同时节约蒸汽、节电、节水。项目建成投产后，循环水量由2556万吨减少到510万吨，*公司循环水浓水排放系数为0.65%，因此循环水浓水年排放量也相应由16.6万吨减少到3.3万吨，减少废水排放量13.