40kt硫酸系统挖潜改造.doc

40kt/a硫酸系统挖潜改造严长松（江苏恒盛化肥有限公司 磷铵厂，江苏 新沂 221400） 关键词 硫酸；挖潜；改造；余热回收；稀酸循环；阳极保护 摘 要 介绍江苏恒盛化肥有限公司磷铵厂40kt/a硫酸系统，围绕节能降耗、环境保护挖潜改造的情况。通过余热回收、稀酸循环、阳极保护酸冷却器等项目的改造，解决了环境污染问题，优化了生产工艺，提高了开车率，实践证明成效显著。 作者简介严长松（1963-），男，江苏盐城人，工程师，磷铵厂设备技术科科长。1 概述 江苏恒盛化肥有限公司磷铵厂40kt/a硫酸车间，为30kt/a磷铵配套工程，始建于1992年，因资金短缺拖延至1995年5月建成投产。生产工艺为硫铁矿沸腾焙烧、文泡电水洗净化、一转一吸流程。硫铁矿制酸存在原料制备劳动强度大，操作环境恶劣，机械损耗高，除尘、净化困难等不利因素。根据进口硫磺价格低、货源充足的有利条件，2001年4月在对原有设备未作改动的情况下，采用硫磺掺烧技术成功，克服了硫铁矿制酸的不利因素。但由于装置开开停停，跑冒滴漏日益严重，故障停车率增高，污染物排放未达标，生产成本居高不下。2001年底公司领导根据企业发展需要，决定投资180多万元对系统工艺及设备进行挖潜改造工作，通过二年时间的实践证明收效较为显着。2改造内容 2.1 回收余热副产蒸汽满足磷铵生产用汽自给沸腾炉出口SO2炉气温度高达850-950，通过重力沉降器、U型冷却器除尘降温至450后进入旋风除尘器。该工序存在的问题是：炉气温度超过钢板的软化温度，使炉气出口管道、重力沉降器、U型冷却器在其自重的作用下产生氧化变形开裂；长期高温热辐射造成混凝土框架平台钢筋氧化，构成潜在的危险。据测算：每生产1t硫酸沸腾炉焙烧需要移走的余热可产0.8t蒸汽，相当于100kg标准煤的发热量。即40kt/a硫酸每天浪费的热能相当于100t蒸汽或13t标准煤。为回收热能，根据硫磺掺烧SO2炉气含尘量低的特点，选用由盐城市锅炉厂设计制造的Q15/850-5-2.45型余热锅炉替代重力沉降器、U型冷却器，副产蒸汽满足磷铵生产使用。锅炉设计性能参数见表1：表1 锅炉性能项目（型号）Q15/850-5-2.45烟气流量15000m3/h(标态)进口烟气温度850额定蒸汽压力2.45MPa锅炉蒸发量5t/h本体受热面积151m2水压试验压力3.06MPa锅炉出口烟气温度450 改造内容： 在放置重力沉降器、U型冷却器的混凝土框架平台上增设工字钢架基础，安装锅炉本体。锅炉本体外形尺寸为6100x2388x3520，总重量约80t左右，经过核算完全满足承重要求。沸腾炉出口至锅炉进口的管道内衬耐火砖，锅炉出口管道直接与旋风除尘器联接。 将沸腾炉冷却水箱改为汽化器，汽化器的上下联箱分别通过2根133x5无缝钢管与锅炉本体上、下锅筒联通构成自然循环系统。 增设1座60m3软水箱，锅炉用水从公司氮肥厂化水岗位通过管道输送到软水箱，经给水泵送入锅炉。给水泵型号为：5/2GC-3.5x8型多级离心泵，Q=15m3/h，H=360m，由上海第一水泵厂生产，一开一备。 锅炉产出的蒸汽压力为2.45Mpa，通过减压阀减压至0.8MPa经汽包分别送到磷铵、复肥车间使用。 磷铵车间浓缩岗位、效加热器排出的冷凝热水被返回到软水箱，使锅炉给水温度保持在50以上。 为了提高锅炉操作安全，除在锅炉现场装有平板水位计外，在操作室还装设了自动水位报警装置。改造后的系统流程如图1所示：操作注意事项：a. 为防止炉气中SO3冷凝腐蚀锅炉受热面，根据从沸腾炉出来的炉气条件下SO3含量在0.1-0.4%时, SO3的露点温度为160-205的特点，控制锅炉压力在2.2-2.45MPa下运行，确保蒸汽饱和温度高于SO3的露点温度15-25。b. 稳定沸腾炉操作，控制弱氧焙烧，控制入炉水分，为锅炉长周期运行创造一个好的气质条件。c. 定期清除炉内积灰，保持金属表面干净和干燥。d提高锅炉的密封性，注意排灰口、人门孔的密封。e. 要定时排污，严格控制给水和循环水的水质指标在规定范围内。2.2水洗净化改为稀酸净化 水洗净化从文氏管、泡沫塔排放的酸性污水约50m3/h，此污水虽经石灰中和，但仍不能达标排放。改造后的工艺流程如图2所示：280左右的炉气通过文氏管洗涤，温度降至65以下；洗涤液由循环泵在文氏管与循环槽中形成循环洗涤回路。当洗涤液酸浓达到10左右时，从中取出部分经由脱吸塔脱除SO2气体后，作为半成品稀酸送至干吸岗位临时储槽作补水用。65 的SO2气体经泡沫塔洗涤后，温度降至36以下；49-52的洗涤液从泡沫塔循环槽由泵送入稀酸板式换热器除热后降至37，酸浓维持在3-5左右。在操作过程中，一方面将泡沫塔循环槽中的3-5%稀酸经泵不断向文氏管循环槽中串酸，另一方面不断向泡沫塔循环槽中补充水，保持系统平衡。稀酸净化主要设备见表2：表2 稀酸净化主要设备表序号设 备 名 称数量规 格 型 号备 注1文氏管1480原有2文氏管循环槽13000x2000PP外购3文氏管循环泵2IHF80-50-200， Q=60m3/h， H=50m皖南泵阀厂4泡沫塔12000x9000改造5泡沫塔循环槽12500x2000PVC外购6泡沫塔循环泵2IHF100-80-160，Q=120m3/h，H=32m皖南泵阀厂7脱吸塔1800x4000PVC外购8稀酸板式换热器1M15-MFML阿法拉伐9成品稀酸槽12000x1800PVC外购2.3阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器的应用系统干燥、吸收酸原使用铸铁排管冷却器，由于密封点多，长期冲刷腐蚀，在使用中漏酸频繁，维修、更换需停车，严重影响系统运行的稳定性。根据考察：阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器，具有换热效率高、占地面积小、无泄漏、免维护的先进性能。因此决定采用阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器，替代铸铁排管冷却器用于干燥、吸收酸的冷却。改造内容:.在循环酸槽与干吸塔之间，设置两台阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器，分别作为干燥、吸收酸冷却器。阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器技术特性见表3：表3 阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器技术特性表名 称单 位干 燥 酸吸 收 酸管 程壳 程管 程壳 程设计压力MPa0.50.50.50.5设计温度100100100100工作压力MPa0.350.40.350.4工作温度32-34.155-4534.1-4090-60物料名称水硫酸(93)水硫酸(98)物料用量kg/h650000358280650000354900换热面积m2140150传热系数W/（m2.K）835933操作重量kg55005500 折除铸铁排管冷却器，在冷排位置增设1台500m3/h玻璃钢冷却塔；修复2台原DBNL3-300型玻璃钢冷却塔留备用。 更换1台Q=200m3/h H=30m 200LSB-30型酸泵，替代原Q=173.5m3/h H=28.8m DB150Y-35A型酸泵。提高干燥酸循环量，有利于降低干燥塔出口气体含水量及酸雾。 扩大循环水池，容积由60m3扩大到180 m3，有利于循环水沉淀和散热。改造后的工艺流程如图3所示：干燥、吸收系统分别由酸泵酸冷却器干吸塔循环酸槽组成两个泵后酸循环系统；冷却水从循环水池由循环水泵干燥酸冷却器吸收酸冷却器玻璃钢冷却塔循环水池组成水循环系统。 干吸工段主要设备见表4：表4 干吸工段主要设备表 序号设 备 名 称数量规 格 型 号备 注1干燥酸冷却器1XYHS-D 140m2兰州天华科技2吸收酸冷却器1XYHS-A 150m2兰州天华科技3循环水泵2300S-19 Q=790m3/H h=19m上海水泵厂4冷却塔1CNL-500宜兴华宇水工环保厂5干燥酸循环酸泵1200LSB-30 Q=200m3/H h=30m江苏海狮泵业公司6吸收酸循环酸泵1DB150Y-35A Q=173.5m3/H h=28.8m大连耐酸泵厂 注:由江苏海狮泵业公司生产的200LSB-30型泵，衬套材质特别，用于干燥酸循环2年无故障。该流程与泵前流程比较具有下列特点：a. 干吸塔内的碎瓷环等杂物随循环酸直接排入循环酸槽，不会造成酸冷却器堵塞。b. 硫酸循环畅通，在干吸塔底不会出现因酸冷却器堵塞而集酸的可能。c. 进塔循环酸经换热降温后与塔内气体接触吸收，有利于提高干燥、吸收率。操作注意事项：a.开车时要用冷酸先进行循环，防止突然加热设备而使设备在初始阶段就有一个较大的腐蚀电位。b.要注意酸浓度的分析，任何时候都不得低于91.0。c.日常运行要控制酸浓和酸温。酸浓降低、酸温升高、酸量增大，会使钝化膜衰减，阳极电流上升，电位有回复到自腐电位的可能。d.对循环水的PH值和氯根的含量，应建立经常测定的制度。要求控制PH7-8、CI-0.5mg/L，如有异常变化，应及时查明原因，以防硫酸渗漏和氯离子对本体的腐蚀。2.4干燥塔气体出口增设丝网捕沫器干燥塔顶部虽设有丝网捕沫器，但由于生产负荷加大，风机出口水份指标时常严重超标。为保护设备的长周期运行和满足环境保护的要求，在干燥塔气体出口管道上增设了一座丝网捕沫器，规格为：2000x4500 安装在干吸循环槽框架上，备于捕集下来的酸液直接流入循环槽。3经济效益分析a. 改造前磷铵、复肥生产用汽需从热电公司购进，价格为90元/t。余热锅炉投入使用后运行稳定，每天可产蒸汽125t，满足生产自给，年开车10个月回收蒸汽价值337.5万元，去除软水、电、人工消耗、折旧约30万元外，年净收益307.5万元。余热锅炉及给水泵等附属设施计投资不足60万元，2个多月时间即可收回投资。同时解决了因高温导致重力沉降、U型冷却器容易损坏的问题。b. 水洗净化工艺要从文氏管、泡沫塔排放酸性污水50m3/h，为达标排放，需消耗中和用石灰0.15t/h，年消耗石灰1000t价值20万元。改为酸洗净化工艺后，硫酸系统基本达到无污水排放，同时可副产10%的稀酸1.5t/h，年可回收稀酸（折100%）1200t，价值50万元。c. 阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器投入使用后，操作控制非常稳定，具有换热效率高、占地面积小、无泄漏、一年之内免维护的收效，大大提高了开车率。改造前因铸铁排管冷却器漏酸导致系统停车的记录如表5所示：5个月停车11次，计26:25个小时，至少少产硫酸200t。表5 2001年6-10月份冷排漏酸停车计录停车时间影响时间停车原因6月22日3:10-4:451:35冷排漏酸7月3日11:05-13:052:007月9日15:25-18:303:057月25日3:10-4:351:257月26日8:20-9:451:257月31日9:45-13:053:208月8日20:20-22:552:358月16日15:20-18:403:208月21日14:50-17:052:159月2日8:40-11:503:109月27日8:10-10:252:15合计26:25d. 改造前后同期的生产指标如表6所示: 2002年比2001年6-10月份同期多产98硫酸2096t，增产幅度达7.5%。2002年实产硫酸63138t相当于增产硫酸4000余吨，增效100多万元。 2002年比2001年6-10月份平均硫磺单耗由368kg/t下降至330kg/t，下降率达10%。2002年实际消耗硫磺22894t，相当于节省硫磺2000余吨，价值100万元。 风机出口水份、酸雾明显下降。大大降低了水份、酸雾对系统的腐蚀,延长了设备的使用寿命。 在产量提高的同时各项工艺指标转好，消耗下降，硫利用率提高。表6 2001/2002年6-10月生产报表项 目单 位6月7月8月9月10月产量98酸t4651/53035314/59025964/61375864/60085437/5976消耗单耗硫磺kg/t399/327380/331397/329404/339358/325工艺指标烧出率%99.00/99.9999.00/99.9999.00/99.9999.00/99.9999.00/99.00净化率%98.50/98.5599.40/99.6098.20/98.2598.30/98.3598.50/98.50转化率%95.59/96.3095.60/96.0196.01/96.0296.02/96.0395.58/94.67吸收率%99.96/99.9899.97/99.9899.98/99.9999.98/99.9999.96/99.96硫利用率%93.85/94.6693.20/94.3093.32/94.3293.43/94.4393.85/95.28污水总酸度g/L0.70/-0.75/-0.7/-0.89/-0.73/-风机出口水份g/Nm30.38/0.160.4