某钢铁集团有限公司钒资源综合利用脱硫制酸环保项目年产2万吨硫酸装置初步设计

编号XX省XX钢铁集团有限公司钒资源综合利用脱硫制酸环保项目年产2万吨硫酸装置基础设计第一部分基础设计说明书XX省化学工业研究设计院工程设计证书编号目录第一章总论111概述112建设依据213设计依据214设计基础资料215设计指导思想416生产方法417生产规模和产品方案418主要原材料、辅助材料规格和来源519公用工程规格和接口6110装置组成7111设计范围和分工8112工作制度和劳动定员8第二章工艺设计1021国内外市工艺技术状况1022工艺原理1023工艺技术方案的选择和特点1124工艺流程叙述1425主要工艺指标1626主要原材料、辅助材料消耗1727管道材料控制1728保温设计18第三章设备设计2031非标设备2032定型设备3133机泵设计3334主要设备一览表36第四章总图运输3941厂址概况3942总平面布置4143工厂竖向设计4344装置内道路4345装置运输4346绿化43第五章仪表自动控制4451概述4452设计采用的标准和规范4453控制水平和主要控制方案4454控制室设置4555仪表类型的确定4656仪表的动力消耗47第六章电气设计4861设计范围4862设计采用的标准和规范4863装置负荷和负荷等级4864电源供应4965配电室设置4966功率因素补偿5067继电保护5068操作电源及直流系统5069控制、信号与计量50610照明设计50611过电压、防雷、防静电、接地保护51612主要电气设备选择51第七章电信5271设计遵循的标准和规范5272设计范围和内容5273设计方案53第八章土建5481设计依据5482土建工程5583建筑设计5584结构设计56第九章给排水5891概述5892设计执行的标准和规范5893设计范围5894给水系统5895排水系统59第十章通风和空气调节60101设计依据60102设计方案61第十一章厂区外管62111设计范围62112设计原则62113管架62114管道62115保温及防腐62第十二章维修63第十三章分析化验64第十四章节能和节水65141能耗指标和能耗分析65142节能措施65143节水措施66第十五章环境保护67151企业概况67152拟建工程概况68153执行的主要标准和规范68154项目建设地区环境概况68155建设项目主要污染源、污染物69156综合治理方案及效果73157环境监测机构和环境管理机构74158环保投资74第十六章劳动安全职业卫生75161设计原则75162执行标准和规范75163执行的主要标准和规范75164工程概况76165生产过程中的主要危害因素分析77166职业危害防护措施94167预期效果评价96168劳动安全职业卫生管理机构和人员96169安全措施投资96第十七章消防97171水消防97172建筑灭火器97第十八章项目实施规划98181施工工期计划98182施工进度表99第一章总论11概述本设计为XX省XX钢铁集团有限公司钒资源综合利用项目中的焦炉煤气脱硫工程环保配套项目，利用焦炉煤气脱硫回收的固体硫磺资源，经焚烧转化后生产工业硫酸，设计规模为年产2万吨工业硫酸。XX省XX钢铁集团有限公司位于XX省威远县连界镇反帝村，是中国重要的钒钛深加工基地。XX集团的前身威远钢铁厂是XX冶金工业的鼻祖，始建于1929年，经过80多年的发展，企业已从单一的钢铁企业发展为集矿产资源开发及矿产资源加工为一体，在矿业、钒钛钢铁、水泥、钢结构、物流、贸易等领域均有建树和特色的，产业互动、优势互补的大型企业集团。本项目利用企业新建的年产140万吨干熄焦项目副产的焦炉煤气，采用HPF法进行脱硫脱氰后回收的含盐固体硫磺，经过焚烧转化后进一步加工制成工业硫酸，是为焦化主体工程配套的环保和资源综合利用项目，符合国家产业政策和当地的产业发展规划。本设计采用硫泡沫干燥固体回收技术，采用硫磺焚烧、酸洗净化、“32”两转两吸先进的制酸工艺，将脱硫工程回收的含盐固体硫磺进行浓度加工，制成工业硫酸产品，供焦化过程生产硫酸铵使用，实现了资源的充分循环利用，符合国家的循环经济政策。本设计根据企业总体技术要求和硫酸装置的生产规模，选用先进合理的适用技术和工艺方案，技术和装备立足国产化，在确保环保达标和运行可靠的前提下，控制工程投资。本设计将充分考虑到与全厂的总体协调配套要求，在企业规划确定的建设区域内进行总体布置设计，做到布置紧凑合理、物料流程顺畅、物料输送短捷、节省运行费用，同时符合国家相关的安全生产和消防规范要求。本装置需要的工艺水、供电、消防水池、循环水、脱盐水、污水处理等公用工程设施将依托主体装置，避免重复建设、方便生产统一管理。根据企业总体建设规划和生产工艺要求，本设计主装置包括硫磺的干燥回收工段、焚硫工段、净化工段、转化工段和干吸工段。同时，设置低压配电所，满足装置用电要求；设置硫酸综合操作室，负责整个装置的生产操作和控制管理；本装置的化验、维修、成品贮存等辅助生产设施将依托主体生产装置，不再重复设置。12建设依据（1）项目批准文件。（需要建设单位提供）（2）项目环境影响评价报告。（需要建设单位提供）（3）项目安全评价报告。（需要建设单位提供）（4）其他基础资料。（需要建设单位提供）13设计依据（1）项目设计委托合同。（2）工程承包合同技术条款。（3）委托单位提供的基础数据和条件。14设计基础资料141气象资料（需要建设单位提供完善）绝对最高气温37绝对最低气温3年平均气温16BB雨量年平均降水量98334MM年最大降水量11343MMCC湿度年平均相对湿度79月平均最大相对湿度85月平均最小相对湿度77DD气压年平均大气压734MMHGEE风速最大风速19M/SFF风向及频率冬季主导风向N、NE夏季主导风向S、WSGG抗震设防烈度7度设计基本地震加速度值为010G无霜期297天。日照时数1010H。142水文地质条件场地距河床位置较高，地下水排泄条件较好，无稳定的地下水水位线。地下水主要由大气降水补给，岩层中赋有少量裂隙水，具承压性。143工程地质条件（1）依据威远钢铁有限公司钒资源综合利用项目焦化单元工程场地详细勘察阶段岩土工程勘察报告书。（2）抗震设防基本地震烈度度，抗震设防烈度度（据GB183062001（1/400万）中国地震动参数区划图）；设计基本地震加速度值005G；地震反应谱特征周期040S。（3）场地地貌单元属低山区，原始地形以山坡、沟谷型为主，地形起伏较大，已完成整平，地面标高63155米。15设计指导思想根据本项目的工程特点，在设计中遵循如下原则（1）在设计中采用成熟、可靠、先进适用的硫酸生产技术，降低生产消耗定额，减少生产定员，在确保工程质量的前提下，尽可能缩短施工周期。以求装置顺利投产并取得明显的经济效益。（2）遵循持续发展的战略观念，严格执行环境保护法规、安全生产和工业卫生法规，严格控制对环境的污染，建设清洁生产装置。遵照国家相关的法律、法规及规范、标准，认真解决环境保护问题，加强“三废”处理及综合利用方面的设计，严格执行“三同时”，做到同时设计、同时施工、同时投入使用以保证达标排放，减少对环境的污染，建设清洁生产装置。本项目的过程物料及产品都是有强腐蚀性的危险化学品，要特别注意劳动保护和安全卫生，提高机械化、自动化水平，注重生产安全及事故防范处理，确保项目运行安全可靠。（3）充分依托主体装置的公用工程、辅助工程及生产管理设施，避免重复建设、方便生产统一管理。（4）充分考虑本装置和主体装置的衔接协调。16生产方法本项目采用接触法生产工业硫酸。来自于脱硫装置的硫泡沫经过干燥后，成为含盐的粗硫磺。粗硫磺直接在焚烧炉中与空气燃烧，产生SO2高温炉气，经过蒸汽发生器回收热量后，进入净化系统进行酸洗湿法净化，然后经过“32”两转两吸工艺，制成工业硫酸。17生产规模和产品方案（1）生产规模根据建设单位的要求，本项目的设计能力为年产2万吨工业硫酸。装置年生产能力2万吨。小时生产能力25吨。日生产能力60吨。年运行时间8000小时，333天。操作制度24小时连续生产，四班三运转。（2）产品方案本项目是环保项目，回收硫磺生产的硫酸供主体焦化过程生产硫酸铵使用，同时在固体硫磺的干燥过程中，需要消耗低压蒸汽，因此设置产品方案如下主产品98工业硫酸，产品质量达到国家标准GB/T5342002中一等品的指标，具体如下项目指标H2SO498灰分003FE001AS0005透明度50MM色度20MLHG001PB002副产品低压蒸汽，规格为125MPA（暂定），产量约25吨/小时。（3）操作弹性本项目是焦化主体装置的配套工程，因此生产负荷应该与主体装置协调，考虑到生产原料的变化等因素，本装置应当具有较大的操作弹性，以适应工况条件的变化。设计操作弹性变化范围为80120。18主要原材料、辅助材料、燃料消耗、规格及来源（1）粗硫磺来自于脱硫装置回收的硫泡沫。根据建设单位提供的初步分析资料，原料粗硫磺的成份分析如下单质硫磺4550；硫氰酸铵20；硫代硫酸铵10；硫化铵约10；其他少量杂质苯、焦油、酚、水不溶物等。原料消耗量0835吨/小时（折100S）。全年消耗量6680吨（折100S）。（2）催化剂国产催化剂。产品单耗量019L/吨硫酸。全年消耗量22吨（按使用5年计）。（3）煤气企业自产，用于焚硫炉开车等。19公用工程规格、耗量及接口（1）直流水温度常温压力03MPA氯离子30PPM浊度50MG/LSIO2100G/L正常用量75M3/H由主装置供水系统供应，管道输送至本装置界区外1米处。（2）循环冷却水压力（MPA）04温度（）2832正常用量879M3/H供应来源主装置系统管网，至本装置界区外1米处。（3）脱盐水压力（MPA）08温度（0C）常温正常用量26M3/H供应来源主装置系统管网，至本装置界区外1米处。（4）消防水压力（MPA）03温度（）常温最大用量80M3/H供应来源主装置系统管网，至本装置界区外1米处。（5）消防水池蓄水容量150M3配置要求设置专用的消防泵房和给水泵、安全电源供应来源主体装置，接管至本装置界区外1米处。（6）电电压400V频率50HZ供应来源系统电网，接线至本装置配电柜进线端。（7）低压蒸汽压力10MPA供应来源主体装置蒸汽管网，接管至本装置界区外1米处。（8）燃料煤气供应来源主装置煤气管网，接管至本装置界区外1米处。110装置组成根据硫酸生产的工艺要求，设计本项目装置组成如下（1）原料工段包括硫泡沫的干燥、粗硫磺的贮存及输送。（2）焚硫工段包括空气鼓风机、焚硫炉、蒸汽发生器。（3）净化工段包括文氏管洗涤器、洗涤塔、循环泵、稀酸板式换热器、电除雾器等。（4）干吸工段包括干燥塔、吸收塔、循环槽、循环泵、酸冷却器、地下酸槽、酸计量器以及尾气吸收塔、泵、烟囱等。（5）转化工段包括转化器、换热器、升温电炉等。（6）辅助装置包括控制室、配电室等。111设计范围及分工本设计负责年产2万吨硫酸主体装置及原料硫泡沫的干燥设计，主要包括（1）硫泡沫的干燥；（2）粗硫磺的焚烧；（3）余热回收产生低压蒸汽；（4）炉气的净化；（5）炉气的干燥和转化气的吸收；（6）炉气的转化；（7）辅助装置低压配电和控制室。（8）成品硫酸送出本装置，贮存由主装置负责。（9）公用工程如给水、供电、蒸汽、煤气、循环水、脱盐水、消防水由主体装置负责，交接处于本装置界区外1米。（10）污水处理、消防水池及消防泵房等由主体装置负责，交接处于本装置界区外1米。（11）机修、化验等辅助设施依托主体装置，不重复设置。112工作制度及劳动定员（1）工作制度本项目管理人员及辅助生产人员为白班制，生产岗位操作人员工作制度为四班三运转，每班工作8小时，全年运行时间为8000小时（约333天）。（2）管理体制本项目与脱硫装置合并为一个生产车间进行管理，设置车间和班组两级管理机构，车间配置管理和技术人员，常白班工作；班组设置班组长，负责生产操作和管理工作，四班三运转。（3）劳动定员根据工厂管理体制和硫酸装置的工艺要求、生产特点、操作管理功能进行岗位设置和定员，通用工种的辅助人员如分析化验、机电仪修等由主体装置统一考虑。装置总定员为40人，其中生产工人36人，车间管理人员4人。岗位设置和定员分配如下表表11装置定员表序号岗位每班总计1原料工段282焚硫及余热回收工段283净化工段144转化工段145干吸工段146主控室（含班长）287管理（含技术员和环保管理员）4合计40第二章工艺设计21国内外工艺技术概况目前，世界硫酸生产普遍采用接触法工艺，具有转化率高、设备生产强度大的优点。随着世界工程技术的发展、创新，当前接触法硫酸技术的开发有以下特点1生产装置向大型化发展，其目的是降低单位产品投资，降低生产成本。2提高热能回收率，最大限度的节约能源。3采用新型设备和新型材料，强化设备生产能力，提高设备效率。4使用新型催化剂，提高装置的SO2转化率，减少对环境的污染。我国的硫酸在长期的发展过程中，形成了自己独有的特点，目前，不管是从单套装置的生产能力、总体生产能力、设备的制造水平、生产控制水平等方面，均已经处于世界先进地位。针对国产催化剂的特殊性能，开发了独特的“32”两转两吸工艺，可以与国外先进的四段转化相媲美。在硫铁矿的沸腾焙烧、酸洗净化、余热回收方面，形成了独具特色的装备和控制体系，处于世界先进地位。总体上说，我国的硫酸生产技术和工艺已经非常成熟可靠，完成可以实现国产化。22工艺原理传统的以硫磺为原料的大中型硫酸装置，均采用液硫焚烧技术，少量的以硫磺为原料生产流体SO2、流体SO3、以及小型的硫酸生产装置，也采用固体硫磺焚烧方法，特别是中国原来以硫铁矿为原料的硫酸生产装置，在硫磺价格低廉时，也有掺烧硫磺和改成全部焚烧固体硫磺的情况，这些工程实例，都极大地丰富了硫酸生产的技术内涵，拓展了硫酸生产的工艺路线。以硫磺为原料生产硫酸的主要工艺原理是硫磺先经空气焚烧，产生含SO2炉气，然后经过炉气净化处理，得到洁净的SO2炉气。SO2和O2在催化剂的作用下进行转化（即氧化）反应，生成SO3，然后SO3在吸收塔中由循环喷淋的浓硫酸吸收而生成硫酸。炉气中未转化的SO2再经催化剂层进行第二次转化，生成SO3，再经第二次吸收后SO3生成硫酸，达到较高的SO2转化率和SO3吸收率。主要化学反应为（1）硫的燃烧SO2SO2热（2）二氧化硫氧化2SO2O22SO3热（3）三氧化硫吸收成酸SO3H2OH2SO4热第三个反应在生产过程中实际上是用浓硫酸中的水与三氧化硫反应生成硫酸。第二个反应在含钒催化剂存在下进行，并且是可逆的，反应到一定程度正逆反应达到平衡，因而只进行一次转化，转化率不可能太高，而经过第一次吸收SO3后,有利于正反应的进行，可达到更高的转化率。这种两次转化的方式已在矿制酸和硫磺制酸装置中普遍采用。以上三个反应都是放热反应，其中第一个反应放出的热量最多（约占总热量的70左右），大部分被废热锅炉回收。第二个反应的热用于加热气体到转化反应温度，第三个反应的热由于循环酸温度较低，回收较困难，通常用循环冷却水带走。本项目使用的原料为焦炉煤气脱硫工程的副产品硫磺，除单质硫以外，硫磺中还含有（NH4）2S、（NH4）HS、NH4CNS等盐类杂质，在焚烧的过程中除发生上述的主要反应外，还会发生盐类的高温条件下的分解反应，这些分解反应的产物比较复杂，反应过程大多是吸热的，因而本项目具有其独特性，需要进行特殊的技术考虑和工艺设计。23工艺技术方案的选择及特点231工艺技术的选择原则（1）要充分考虑到原料的特点，选用适宜的焚硫工艺。（2）采用先进适用的工艺技术，体现本行业的先进性。（3）在保证先进性的前提下，重点考虑可靠性和适用性。（4）工艺技术的选择要符合国家的产业政策和行业规划要求。（5）要注重减少环境污染，避免产生二次污染，建设清洁生产装置。（6）加强资源和能源的综合利用，发展循环经济，保持可持续发展。（7）要加强劳动安全和职业卫生防护，方便操作和运行安全。（8）注重与主体工程的协调，合理布局，节省工程用地，降低运行费用。本设计吸收了国内同类型装置的实际运行经验，充分考虑到原料杂质含量高的特殊性，注重技术的适用性和可靠性，在稳妥可靠的前提下进行改进和提高，技术和装备全部采用国产化。232工艺技术特点本2万吨年硫酸装置主要工艺特点如下（1）采用固体硫磺焚烧技术，避免了原料中杂质含量高带来的不利影响。（2）采用酸洗净化工艺，符合国家行业规划要求。（3）采用两转两吸制酸工艺，“32”五段转化，提高硫的利用率，使总转化率997。（4）采用蒸汽发生器回收硫磺焚烧的热能，充分回收余热生产低压蒸汽。（5）选用阳极保护酸冷却器、缩放管换热器等先进的工艺装备，提高装置的先进性。（6）设置尾气吸收塔，使排放尾气符合国家环保标准要求。233工艺技术方案的选择（1）原料的干燥在焦炉煤气脱硫过程中产生的硫泡沫，通常采用熔硫的方法进行回收处理，回收固体硫磺，该方法工艺技术成熟可靠，但是熔硫需要消耗较多的热能，特别是该工艺仅仅回收了硫磺、硫泡沫中大量的副产盐类没有回收，需要排放较多的废水，产生新的污染源。同时回收的硫磺中还含有少量的杂质，纯度不高，给综合利用带来不利的影响。本设计采用固体物料全回收技术，将硫泡沫中的硫及其他盐类杂质同时固化回收，产生含盐的粗硫磺，用于硫酸生产原料。干燥过程中产生的尾气经过洗涤处理后放空，产生的洗涤水回用于脱硫过程，不产生新的污染源。硫泡沫的干燥通常有气流干燥、喷雾干燥、蒸发干燥等方法，通过技术比较和工程实验，本设计选用耙式干燥机作为干燥设备，具有能源消耗低、物料回收率高的优点。（2）焚硫工段以固体硫磺为原料的制酸装置，大多采用固体硫磺的熔融、液硫喷雾焚烧技术。由于本项目是环保配套工程，回收的硫磺中含有大量的杂质，硫的纯度仅能达到50左右，如果采用传统的液硫喷雾焚烧方法，那么需要对硫磺进行提纯处理，不仅会消耗大量的能源，同时还会产生新的污染物。因此本设计充分考虑到原料的特殊性，采用固体硫磺直接焚烧技术生产硫酸。同时，本项目生产规模较小、采用传统的余热回收技术即设置中压余热锅炉产生的中压蒸汽量太少、附属的设备投资过大，操作复杂，而且本项目需要使用到低压蒸汽，经过综合比较考虑，设置低压蒸汽发生器回收焚硫过程的高温余热。（3）净化工段传统的硫磺制酸装置以纯净的固体或流体硫磺为原料，焚硫产生的SO2炉气中杂质含量很有低，只需要对炉气进行过滤等干法净化处理即可满足工艺要求。本项目回收的硫磺中杂质含量很多，焚硫产生的SO2炉气中杂质含量高，不能直接进入转化系统或采用干法处理，需要进行湿法净化处理。常见的湿法炉气净化工艺有水洗流程和酸洗流程，其中水洗净化工艺生产过程简单、设备投资少，但是会产生大量的废水，需要配套设置较大的污水处理设施，同时需要消耗大量的新鲜水，不符合国家的产业政策，硫酸行业技术发展规划要求淘汰水洗净化工艺。因此本设计采用酸冼净化工艺流程。成熟的酸洗净化流程主要有以下几种“动力波洗涤器洗涤塔（稀酸板式换热器）电除雾器”流程、“空塔填料洗涤塔（稀酸板式换热器）电除雾器”流程、“文氏管泡沫塔电除雾器”流程、“文氏管填料洗涤塔（稀酸板式换热器）电除雾器”流程、“空塔填料洗涤塔（稀酸板式换热器）间冷器电除雾器”流程。考虑到本项目炉气中没有固体杂质、生产规模小、负荷波动大等特点，经过综合比较，设计选用“文氏管填料洗涤塔（稀酸板式换热器）电除雾器”流程。（4）转化工段当前国内硫酸的转化工艺主要分为两类，一类是选用进口催化剂、采用“31”四段转化工艺，第二类是选用国产催化剂、采用“32”五段转化工艺。“32”五段转化是国内开发成功的适应于国产催化剂性能的特殊工艺技术方案，其最终转化率与进口催化剂的“31”四段转化相当，为国内新近建设的大型硫酸装置普遍采用。由于环保要求的提高、硫酸工业污染物排放标准（GB261322010）要求尾气中SO2的排放浓度降低到400MG/M3以下，不管是采用进口催化剂还是选用国产催化剂，通过提高转化率的方法都不能满足这一要求。尽管有报导称使用进口优质催化剂可以将转化率提高到9993以上、工艺尾气中SO2的排放浓度降低到400MG/M3以下，但是缺乏工程实例支撑。进口催化剂与国产催化剂的性能差异主要表现在起燃温度、耐热温度、反应活性、以及稳定性等方面，其最终的表现就是催化剂的装填量有很大差别，一般地来说，进口催化剂的装填系数为180L/TD，而国产催化剂需要达到320L/TD的装填系数才能达到与进口催化剂同等的转化率。催化剂的装填量是影响转化器结构设计的主要因素。考虑到本项目生产规模小、工况变化较大等因素，同时为方便管理和有利于生产运行操作，经过综合比较，本设计选用国产催化剂方案。同时考虑到严格的环保要求，设置尾气碱吸收装置处理工艺尾气，确保排放尾气达到国家标准。尾气吸收所产生的少量碱性废水，送全厂的污水处理装置统一处理。（5）干吸工段考虑到炉气的干燥效果和装置建设地区的气候特点，采用94硫酸干燥，98硫酸两次吸收，三塔二槽，各自独立的酸循环系统的成熟工艺。其中吸收采用中高温吸收工艺，与常规吸收工艺相比，能有效减少酸雾的形成，降低尾气中酸雾的危害，同时可以节省酸冷却器换热面积。采用阳极保护酸冷却器，传热效率大为提高，占地面积也可大大减少。24工艺流程叙述硫酸装置的工艺流程详见附图，各工段工艺过程叙述如下（1）原料干燥工段脱硫再生塔产生的硫泡沫，经过滤后，将固含量提高到50左右，用泵送到本装置的原料干燥工段。脱硫工段送来的硫泡沫，通过加料阀控制，分别加入到干燥机中，。通入低压蒸汽进行间接加热、真空干燥，干燥后的固体物料，通过集料皮带机、提升皮带机，送到沸腾炉前的贮料斗中。干燥机抽出的蒸汽尾气，经过洗涤塔洗涤后放空。洗涤塔采用填料塔，塔槽一体化结构，内装大规格的具有自清洗功能的防污堵填料，具有防堵塞、操作弹性大的优点。洗涤塔中的洗涤液采用循环洗涤，补充少量的脱盐水，多余的洗涤液回用于脱硫过程，不排放污水。（2）硫磺焚烧工段炉前贮斗中的固体粉粒状粗硫磺，通过加料皮带机送入到焚硫炉中，与空气鼓风机来的空气一起沸腾燃烧，产生约1000的高温SO2炉气，经过蒸汽发生器后温度降到340左右进入净化工段。焚硫炉采用类似于硫铁矿沸腾炉的结构，通过设置特殊的固定层作为蓄热和导热物质，维持操作的稳定性和可靠性。设置一、二次风，以便调节和控制焚硫炉的操作温度。加料皮带采用变频器调节控制，用氧表测定出口炉气中的剩余氧含量，反馈自动调节焚硫炉的加料量。设置煤气烧嘴，用于焚硫炉的升温及开车。设置观察孔，以便观察和监视焚硫炉的操作状态和运行情况。出焚硫炉的炉气控制SO2含量约为120。蒸汽发生器采用火管式，炉气走管内、除氧水走壳程。设置汽包用于加水和缓冲蒸汽。蒸汽发生器产生125MPA的低压饱和蒸汽，与全厂的低压蒸汽管网连接，用于硫磺的干燥及其他工艺过程。（3）净化工段出蒸汽发生器的约340的炉气首先进入文氏管中，在文氏管喉部喷入循环稀酸并良好雾化，炉气与雾化的稀酸密切接触，通过绝热蒸发，使炉气增湿、冷却、降温和初步洗涤净化。文氏管出口的湿炉气经过气液分离后，进入填料洗涤塔，与塔顶喷淋的冷却循环稀酸逆流接触、洗涤净化，除去其中的杂质和蒸汽，然后进入电除雾器中除去酸雾，送去干吸工段。文氏管采用绝热蒸发冷却、稀酸循环洗涤流程，多余的稀酸从循环泵出口排到脱气塔中，自动吸入空气脱除稀酸中溶解的SO2后，作为副产品用泵送到焦化装置的硫铵工段综合利用。洗涤塔采用填料塔，塔槽一体化结构，稀酸循环洗涤。循环泵出口的稀酸通过稀酸板式换热器冷却后，送往塔顶喷淋洗涤炉气。多余的稀酸串入文氏管循环槽中，保质水量平衡。稀酸板式换热器采用循环水冷却。电除雾器中排出的少量稀酸串至洗涤塔的循环槽。脱气塔出口的尾气送到电除雾器进口工艺管道中。为保护净化设备和工艺管道安全，在电除雾器出口管道上设置了安全水封。（4）干吸工段干吸酸循环吸收系统采用两种酸循环，干燥塔采用94H2SO4循环，吸收塔采用98H2SO4循环。由二台吸收塔酸冷却器和一台干燥塔酸冷却器组成循环酸冷却系统。酸冷却循环系统基本设置为槽泵酸冷却器塔槽。来自净化工段的炉气，补充适量的空气后，控制进入转化工段的炉气中SO2含量为85，由底部进气口进入干燥塔，经自塔顶喷淋的94浓硫酸吸收炉气中水份，使出塔空气中水份01G/NM3，吸收水后的干燥酸自塔底流入干燥塔酸循环槽，用来自第一吸收塔酸循环泵串酸混合至94浓度，由干燥塔酸循环泵送至干燥塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入干燥塔进行循环喷淋。来自转化器第三段的气体，经第换热器降温后进入第一吸收塔，经自塔顶喷淋的98浓硫酸吸收炉气中的SO3，吸收后的酸自塔底流入吸收塔酸循环槽，与第二吸收塔下塔酸混合，由吸收塔酸循环泵送至吸收塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入第一吸收塔进行循环喷淋。来自转化器第五段的气体，经第换热器降温后进入第二吸收塔，经自塔顶喷淋的98浓硫酸吸收炉气中的SO3，吸收后的酸自塔底流入吸收塔酸循环槽，与第一吸收塔下塔酸混合，由吸收塔酸循环泵送至吸收塔酸冷却器进行冷却，冷却后的浓酸进入第二吸收塔进行循环喷淋。吸收酸循环槽设置自动加水器加入工艺水，调节和控制吸收酸的浓度。多余的循环酸作为产品，从吸收酸冷却器出口排出，经过电磁流量计计量后，送到主体装置的浓硫酸贮罐贮存。二吸塔出口的工艺尾气进入尾气吸收塔中，用碱液循环吸收其中的少量SO2和硫酸雾后，由45米烟囱达标排放。碱吸收塔多余的循环液，排入工厂的污水处理工段集中处理。为了装置开车时加入母酸和方便设备维修，设置了地下酸槽和酸泵。（5）转化工段经干燥塔干燥并经干燥塔顶金属丝网除雾器除雾后的冷气体由SO2鼓风机升压后依次进入第、换热器加热后，温度达到420进入转化器的第一段进行转化。经反应后炉气温度升高到约585进入第I换热器与来自SO2鼓风机的冷气体换热降温，冷却后的炉气进入转化器第二段催化剂床层进行催化反应，然后出转化器进入第II换热器降温后进入转化器第三段催化剂床层进一步反应。从转化器第三段出口的气体，进入第换热器管程，温度降至170后进入第一吸收塔，吸收气体中的SO3，并经过塔顶的丝网除雾器除去气体中的酸雾后，依次进入第、换热器，气体被加热后进入转化器第四段催化剂床层进行第二次转化。出第四段床层的气体进入第换热器冷却到415后，进入转化器第五段催化剂层进行反应，五段出口气体经第换热器管程与冷炉气进行换热冷却，温度降低到约165进入第二吸收塔，吸收气体中的少量SO3，并经过塔顶的除雾器除去其中的酸雾。出二吸塔的尾气进入尾气吸收塔，用碱液循环吸收其中的少量SO2和硫酸雾后，由45米烟囱达标排放。为开车时炉气升温，设置了两台电加热炉。为调节和控制转化工段的温度，设置了必要的工艺管道副线和调节阀。25主要工艺技术指标（1）入炉粗硫磺含水20（2）净化SO2收率990（3）电除雾器出口气体酸雾含量0005G/NM3（4）干燥气体含水分01G/NM3（5）总转化率997（6）总吸收率9999（7）最终尾气SO2浓度400MG/M326主要原料材料、辅助材料和燃料、动力消耗定额表21原材料及动力消耗定额表（以每吨100H2SO4计）序号名称规格单位消耗定额小时用量年耗量备注一消耗物1粗硫磺含S4550吨066516625133002催化剂升01940使用期5年3电度1080270216106只计硫酸4直流水03MPA吨451125885105只计硫酸5循环水T6吨168420336106只计硫酸6脱盐水吨11028221047燃料煤气8碱二付产物低压蒸汽10MPA吨1025835用于干燥27管道材料控制271标准规范（1）低中压锅炉用无缝钢管GB30871999（2）流体输送用无缝钢管GB/T81631999（3）低压流体输送用镀锌焊接钢管GB/T309193（4）低压流体输送用焊接钢管GB/T309293（5）碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带GB/T327488（6）不锈钢热轧钢板GB/T423792（7）化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG2055393（8）钢制对焊无缝管件GB/T1245990（9）钢制有缝对焊管件HG/T216311990（10）衬塑（PP）钢管和管件HG2053892（11）阀门的检验与试验JB/T90921999（12）工业金属管道工程施工及验收规范GB5023597272管道材料表22主要管道材料表序号管道名称介质名称操作条件管道材料材料牌号阀门类型1硫泡沫管硫泡沫常温无缝钢管20碟阀2高温炉气管酸性气体200600钢板卷管16MN碟阀高温炉气管酸性气体6101050钢板卷管衬耐火砖20高温碟阀3低温炉气管酸性气体65增强PVC碟阀4稀酸管道稀硫酸65增强PVC碟阀5浓酸管浓硫酸50100铸铁管低铬铸铁衬里碟阀浓酸管浓硫酸50100钢衬塑料钢PO衬里碟阀6成品酸管98硫酸50无缝钢管20衬里球阀7蒸汽管蒸汽100150无缝钢管20，20G截止阀8工艺水管工艺水常温无缝钢管Q235A截止阀9煤气管煤气常温无缝钢管Q235A截止阀10污水管污水常温衬塑钢管PP/CS衬里球阀28保温设计（1）保温材料性能要求保温材料应具有明确的随温度变化的导热系数方程式或图表，对于松散或可压缩的隔热材料，应提供在密度下的导热系数方程式或图表。保温材料在平均温度350时，其导热系数值不得大于012W/MK。保温材料应具有安全使用温度的性能和不可燃性等。（2）保温材料选用设备及DN250的管道，采用耐高温硅酸铝板材。DN250的管道，采用耐高温硅酸铝管壳。当设备外壁温度大于450时，采用复合结构，紧贴设备层采用硅酸铝纤维板，外层采用耐高温玻璃棉板。保护层材料采用彩钢板。彩钢板厚度04MM。设备用波纹型，管道用平板型。（3）保温材料技术参数硅酸铝纤维板材导热方程00360048W/MK容重160170KG/M3耐火性不燃使用温度1000耐高温玻璃棉板/壳导热方程0031000016TMW/MK其中TM为保温层的平均温度，容重50KG/M3耐火性不燃使用温度454纤维长度820CM纤维直径65M（4）保温结构DN1000MM的设备管道钢壳外壁焊接抓钉，保温材料用镀锌钢带捆扎，外层为保护层。DN800MM的管道保温材料用镀锌铁丝捆扎，外层为保护层。第三章设备31非标设备设计311概述本年产2万吨硫酸装置的非标设备设计，将在已设计投产的多套硫铁矿制酸装置的基础上，吸收国内外硫酸的先进生产技术，设备制造和供应立足于国产化，根据国内的制造条件和标准，进一步完善各项技术的论证，在稳妥可靠的前提下进行改进和提高，优化设备设计。312设计采用的标准和规范本工程设备的设计执行国家及行业现行的、最新的规范、规程和标准，包括但不限于以下规范、规程和标准，并在项目实施过程中对有关规范、规程和标准进行实时的跟踪，保证执行的是最新的版本。序号标准、规范名称标准号1机械设备安装工程施工及验收通用规范GB5023120092压缩机、风机、泵安装施工及验收规范GB50275983钢结构工程施工质量验收规范GB5020520014工业金属管道工程施工及验收规范GB50235975现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范GB50236986工业设备及管道绝热工程施工规范GB5013620087工业金属管道设计规范GB5031620008石油化工企业设计防火规范GB50160929化工设备管道防腐工程施工及验收规范HGJ229199110石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范SH3501200211石油化工企业塔型设备基础设计规范SH3030199712石油化工塔器设计规范SH3098200013工业设备及管道绝热工程施工及验收规定GB50126200814阀门检验与管理规程SHJ5189115钢制化工容器设计基础规定HG20580199816钢制化工容器材料选用规定HG20581199817钢制化工容器强度设计规定HG20582199818钢制化工容器结构设计规定HG20583199819化工设备管道外防腐设计规定HG/T20679199020钢制低温压力容器技术规定HG205859821衬里钢壳设计技术规定HG/T20678200022化工设备基础设计规定HG/T20643199823塔器设计技术规定HG206529824电弧焊焊接工艺规程GB/T198671200525压力容器压力管道设计许可规则TSGR1001200826机械设备防护罩安全要求GB/T8196200327化工设备吊耳及工程技术要求HG/T21574200828钢制化工容器制造技术要求HG205849829紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱特殊要求GB/T57793200030不锈耐酸钢铸件技术条件GB/T2100200231紧固件、螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件GB/T16938200832钢焊缝射线探伤标准GB33238733化工设备安装工程质量检验评定标准HG202369334压力容器无损检测JB47309435钢制焊接常压容器JB/T47359736流体输送用无缝钢管GB/T8163200837压力容器公称直径GB/T9019200138钢制管法兰GB/T911224200039整体钢制管法兰GB/T9113191134200040对焊钢制管法兰GB/T9115191154200041钢制管法兰GB/T911720200042钢制压力容器（2002年修改）GB150199843聚四氟乙烯衬里设备HG/T205369344机械搅拌设备HG/T205699445塑料设备HG/T206409746聚丙烯/玻璃钢PP/FRP复合管和管件HG/T215799547管法兰用聚四氟乙烯橡胶复合垫片HG/T216099648不锈钢人、手孔HG21594604199949钢制卧式容器JB/T4731200550石油化工钢制压力容器SH/T30742007313设计原则（1）工程设计应以设计合同为依据进行优化设计，技术稳妥、性能可靠、操作方便、投资节省。（2）设备设计条件在工艺数据表和结构简图已有明确规定的，必须以设计条件的内容为准。（3）容器及封头的公称直径应尽量选用标准系列。（4）设备法兰按设计条件选用靠近压力等级或高一等级标准法兰；无标准直接选用时，才允许进行设计；对既能选用板材也能使用锻件加工时，优先选用板材加工。（5）设备上使用的人孔、手孔、检查孔、吊耳、支座、视镜等，应尽量按标准规格设计或选用标准图；螺栓、螺母应按相应标准匹配使用，并尽量使用商品等级。314一般技术规定（1）设计自然条件参数绝对最高气温37绝对最低气温3年平均气温16BB雨量年平均降水量98334MM年最大降水量11343MMCC湿度年平均相对湿度79月平均最大相对湿度85月平均最小相对湿度77DD气压年平均大气压734MMHGEE风速最大风速19M/SFF风向及频率冬季主导风向N、NE夏季主导风向S、WSGG抗震设防烈度7度设计基本地震加速度值为010G无霜期297天。日照时数1010H。（2）设计压力设备设计压力在工艺数据表有明确规定时，以数据表规定为准；当工艺数据表没有明确规定时，必须考虑在工作情况下可能遇到的工作压力和对应的工作温度两者组合中的各种工况，并以最苛刻工况下的工作压力来确定设计压力。（3）设计温度设备设计温度在工艺数据表有明确规定时，以数据表规定为准；当工艺数据表没有明确规定时，必须考虑在工作过程中可能遇到的工作温度和相应工作压力两者结合中各种苛刻条件下的最高工作温度。（4）焊接接头系数焊接接头系数应根据元件的焊接接头型式及无损检测的长度比例确定。（5）腐蚀裕量容器的腐蚀裕量在工艺数据表有明确规定时，以数据表规定为准；当工艺数据表没有明确规定时，按以下规定选取碳钢容器取C23MM当采取内部防腐措施时取C21MM不锈钢容器取C20MM（6）材料许用应力材料的许用应力按JB/T4735确定和选取。315材料和焊材（1）本装置非标设备的材料按工艺数据表要求选取，如数据表中没有表示，则根据介质特性、设计压力、设计温度选取确定。（2）接管、法兰接管材料按以下规定选取碳钢容器一般选用20钢。不锈钢容器接管材料应与壳体材料相同。法兰材料按以下规定选取碳钢容器壳体材料为Q235A时选用Q235A，壳体材料为16MNR时选用16MN。不锈钢容器采用与壳体材料相同的材料。（3）螺栓、螺母用于容器法兰连接的螺栓、螺母材料按照JB4700的规定选配，并标注相应的材料牌号。用于接管法兰的连接件一般选用商品紧固件，并标注相应的标准号及强度级别当接管法兰的公称压力小于等于06MPA，工作温度低于200时，选用的六角头螺栓性能等级为46级（标准号GB/T5780）,配套螺母的性能等级为4级（GB/T41）。当接管法兰的公称压力大于06MPA，其连接螺栓的性能等级为88级（标准号GB/T5782）,配套螺母的性能等级为8级GB/T6170。不锈钢螺栓、螺母的性能等级选用A250，标准号分别为GB/T5782，GB/T6170。用于容器内部可拆卸内件连接的紧固件应采用不锈钢。（4）垫片材料常压、低压及中温宜选用非金属垫片。高温（350）、高压（64MPA）宜选用金属垫片或带有金属的垫片。石棉橡胶板为最常用的非金属垫片，须符合GB/T39851995标准。选用时应在备注栏注明其牌号（一般使用XB350XB350适用于P25MPA、T300，XB200适用于P06MPA、T150）。垫片厚度一般为3MM。聚四氟乙烯垫片适用于耐腐蚀性能要求较高的场合，最高使用温度为250。（5）容器上的补强圈、垫板、支承板等用材应与所在部位的壳体材料相同。（6）焊接材料焊接材料选用按照HG205811998钢制化工容器材料选用规定进行。316结构设计设备的总体结构原则上按工艺条件进行设计，当工艺条件不明确时，按以下规定确定。（1）筒体、封头设备筒体采用钢板卷焊制成，公称直径以内径为准。容器封头型式应优先采用标准型椭圆形封头，按JB/T4737，JB/T4729标准选用，必要时也可采用碟形封头、折边锥形等封头。直径较大（一般DN4000MM）的封头可采用拼焊。当采用薄平板作为容器顶盖时，直径DN1600MM的顶盖一般应考虑设型钢增强钢性，顶盖厚度及型钢规格应通过计算确定。（2）容器法兰无密闭要求的容器，可采用角钢作法兰。角钢法兰上的螺栓个数一般取4的倍数。容器法兰除特殊情况自行设计外，均按JB47004707的规定选用。选用容器法兰的压力等级，应不低于法兰材料在工作温度下的允许工作压力。（3）管法兰、接管钢制管法兰、垫片、紧固件的选用一般应优先采用HG2059220614（欧洲体系）标准。管法兰的选用应符合工艺和有关专业条件，备用口应配置法兰盖、螺栓、螺母和密封垫片。容器接管高压系统一般应采用无缝钢管，常压系统一般采用焊接管。如无特殊要求，接管伸出长度按照HG205831998表51的规定。对于下列情况，接管应设置两块加强筋DN25MM，伸出长度150MM时；DN3250MM，伸出长度200MM时；其中筋板之间的夹角取60，筋板与接管间的夹角为45，筋板断面尺寸为30X6。（4）人孔、手孔、检查孔需进行内部清理或安装制造以及检查上有要求的容器，必须开设人孔、手孔或检查孔。其设置原则应符合HG205831998标准的规定。若选用标准件时，对于碳素钢和低合金钢制人、手孔应选用HG2151421535标准。不锈钢制人、手孔可按HG2159421604选用。（5）支座容器的支承形式按照工艺条件进行设计。对于有一定倾斜度要求的卧式容器，其接管法兰端面应与水平面保持平行或垂直。鞍式支座按JB/T471292的规定选用。腿式支座按JB/T471392的规定选用。支承式支座按JB/T472492的规定选用。耳式支座按JB/T472492的规定选用。裙式支座结构形式按JB471092的规定设计。（6）液面计、视镜本液面计仅指直接附在容器上的就地显示液面计，本装置液面计选用HG21589透光式玻璃板液面计、HG/T21584磁性液位计标准。当环境温度影响液体流动时，应采用带蒸汽夹套的液面计。当所选液面计长度不够时，可采用多个液面计交错布置结构。直接用螺栓安装在接管或管件法兰接口上的视镜可选用HG21505标准。当需要观察设备内部情况，应配置两个以上视镜，亦可采用带灯视镜（HG/T21575）（7）焊接结构焊接接头型式及尺寸按GB/T985中的规定。317主要设备结构说明（1）焚硫炉本项目采用固体硫磺直接焚烧技术，沸腾炉的结构设计是否合理是整个装置能否成功开车和运行可靠性的关键之一。对于固体硫磺直接焚烧技术的开发和应用，国内成熟的经验不多，大多出现于最早期的小型硫磺制酸装置、硫铁矿制酸装置原料路线的改变、以及小型的液体SO2和液体SO3生产装置。本项目的原料硫磺有别于其他硫磺制酸装置，常见的硫磺制酸装置均使用商品硫磺为原料，硫磺的杂质含量少、纯度高，因而大多采用液硫焚烧技术。本项目的原料硫磺来源于焦炉煤气脱硫过程，其中含有大量的盐类杂质，显然不能采用传统的液硫喷雾焚烧工艺，经过成份分析，该硫磺硫含S量约为4550，与高品位的硫精矿相当，原料中其他盐类杂质在高温条件下会产生气化分解，在气化过程中会吸收热量，而且焚烧后夫固体残留，因此又有别于硫精矿的焙烧。借鉴小型的固体硫磺焚烧炉的操作经验和高品位硫精矿的焙烧技术，本设计焚硫炉采用类似于高品位硫精矿沸腾炉的结构，考虑到回收的粗硫磺粒度较细、易于熔融和无固体残留的特点，对传统的沸腾炉结构进行改进，在花板风帽上设置沸腾层，一方面可以有效防止少量硫磺熔融后的液体硫磺堵塞风帽小孔，另一方面形成固定的沸腾层，起到分散粗硫磺加料、蓄热和传热的作用。焚硫炉采用一次扩大型结构，规格为1600/2070H15300，焙烧面积20M2，有效容积2385M3，设计焙烧强度300T/M2D，正常生产能力为25吨/小时、60吨/日、2万吨/年，炉气停留时间为180秒；设计采用过氧焚烧技术，维持较大的过剩氧含量，确保硫磺完全燃烧，不产生硫蒸汽，焚硫炉出口SO2浓度控制在120。并且设置二次风，可以通过调节一、二次风量的分配控制焚硫炉的操作状况，设备具有较大的操作弹性。焚硫炉风帽的设计是运行稳定的关键。为保证粗硫磺的布料均匀，设计采用较大的小孔气速和较高的沸腾层气速。风帽采用正方形布置，炉壁附近处以同心圆补缺，确保风帽布置均匀、无死角，设计考虑设置风帽的花板结构则考虑采用矩形标准板和异形板组合而成。风帽是沸腾炉中的关键部件之一，为保证风帽具有较强的耐高温、抗硫氧化物腐蚀的能力，采用低碳高铬铸钢。沸腾炉壳体由碳钢板材卷制而成，内衬隔离层、隔热砖和耐火砖，钢壳外部设有外保温层。炉气出口设在炉子顶部，出气口通过烟道与蒸汽发生器进口连接。在沸腾层上部设有开车用煤气烧嘴，以及观察炉内沸腾状态的特殊结构的视镜。在沸腾层、扩大层和气体出口设有数个测温点，风室和气体出口设有测压点。本设计充分考虑到粗硫磺焚烧的特殊要求，采用过氧焙烧技术，确保硫磺的焚烧完全，尽量减少升华硫的产生，同时抑制和减少SO3的生成。风帽的小孔气速、沸腾层操作气速、一二次风量的分配等，均作专门的核算和特殊的设计