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

1、编号：编号： xx 省省 xx 钢铁集团有限公司钢铁集团有限公司 钒资源综合利用脱硫制酸环保项目钒资源综合利用脱硫制酸环保项目 年产年产 2 万吨硫酸装置万吨硫酸装置 基础设计基础设计 第一部分：基础设计说明书 xx 省化学工业研究设计院省化学工业研究设计院 工程设计证书编号： 目目 录录 第一章第一章 总总 论论 .1 1 1.1概述概述.1 1.2建设依据建设依据.2 1.3设计依据设计依据.2 1.4设计基础资料设计基础资料.2 1.5设计指导思想设计指导思想.4 1.6生产方法生产方法.4 1.7生产规模和产品方案生产规模和产品方案.4 1.8主要原材料、辅助材料规格和来源主要原材料、

2、辅助材料规格和来源.5 1.9公用工程规格和接口公用工程规格和接口.6 1.10装置组成装置组成.7 1.11设计范围和分工设计范围和分工.8 1.12工作制度和劳动定员工作制度和劳动定员.8 第二章第二章 工艺设计工艺设计 .1 10 0 2.1国内外市国内外市工艺技术状况工艺技术状况.10 2.2工艺原理工艺原理.10 2.3工艺技术方案的选择和特点工艺技术方案的选择和特点.11 2.4工艺流程叙述工艺流程叙述.14 2.5主要工艺指标主要工艺指标.16 2.6主要原材料、辅助材料消耗主要原材料、辅助材料消耗.17 2.7管道材料控制管道材料控制.17 2.8保温设计保温设计.18 第三章

3、第三章 设备设计设备设计 .2020 3.1非标设备非标设备.20 3.2定型设备定型设备.31 3.3机泵设计机泵设计.33 3.4主要设备一览表主要设备一览表.36 第四章第四章 总图运输总图运输 .3939 4.1厂址概况厂址概况.39 4.2总平面布置总平面布置.41 4.3工厂竖向设计工厂竖向设计.43 4.4装置内道路装置内道路.43 4.5装置运输装置运输.43 4.6绿化绿化.43 第五章第五章 仪表自动控制仪表自动控制 .4444 5.1概述概述.44 5.2设计采用的标准和规范设计采用的标准和规范.44 5.3控制水平和主要控制方案控制水平和主要控制方案.44 5.4控制室

4、设置控制室设置.45 5.5仪表类型的确定仪表类型的确定.46 5.6仪表的动力消耗仪表的动力消耗.47 第六章第六章 电气设计电气设计 .4848 6.1设计范围设计范围.48 6.2设计采用的标准和规范设计采用的标准和规范.48 6.3装置负荷和负荷等级装置负荷和负荷等级.48 6.4电源供应电源供应.49 6.5配电室设置配电室设置.49 6.6功率因素补偿功率因素补偿.50 6.7继电保护继电保护.50 6.8操作电源及直流系统操作电源及直流系统.50 6.9控制、信号与计量控制、信号与计量.50 6.10照明设计照明设计.50 6.11过电压、防雷、防静电、接地保护过电压、防雷、防静

5、电、接地保护.51 6.12主要电气设备选择主要电气设备选择.51 第七章第七章 电信电信 .5252 7.1设计遵循的标准和规范设计遵循的标准和规范.52 7.2设计范围和内容设计范围和内容.52 7.3设计方案设计方案.53 第八章第八章 土建土建 .5454 8.1设计依据设计依据.54 8.2土建工程土建工程.55 8.3建筑设计建筑设计.55 8.4结构设计结构设计.56 第九章第九章 给排水给排水 .5858 9.1概述概述.58 9.2设计执行的标准和规范设计执行的标准和规范.58 9.3设计范围设计范围.58 9.4给水系统给水系统.58 9.5排水系统排水系统.59 第十章第

6、十章 通风和空气调节通风和空气调节 .6060 10.1设计设计依据依据.60 10.2设计方案设计方案.61 第十一章第十一章厂区外管厂区外管 .6262 11.1设计范围设计范围.62 11.2设计原则设计原则.62 11.3管架管架.62 11.4管道管道.62 11.5保温及防腐保温及防腐.62 第十二章第十二章维修维修 .6363 第十三章第十三章分析化验分析化验 .6464 第十四章第十四章节能和节水节能和节水 .6565 14.1能耗指标和能耗分析能耗指标和能耗分析.65 14.2节能措施节能措施.65 14.3节水措施节水措施.66 第十五章第十五章环境保护环境保护 .6767

7、 15.1企业概况企业概况.67 15.2拟建工程概况拟建工程概况.68 15.3执行的主要标准和规范执行的主要标准和规范.68 15.4项目建设地区环境概况项目建设地区环境概况.68 15.5建设项目主要污染源、污染物建设项目主要污染源、污染物.69 15.6综合治理方案及效果综合治理方案及效果.73 15.7环境监测机构和环境管理机构环境监测机构和环境管理机构.74 15.8环保投资环保投资.74 第十第十六六章章劳动安全职业卫生劳动安全职业卫生 .7575 16.1设计原则设计原则.75 16.2执行标准和规范执行标准和规范.75 16.3执行的主要标准和规范执行的主要标准和规范.75

8、16.4工程概况工程概况.76 16.5生产过程中的主要危害因素分析生产过程中的主要危害因素分析.77 16.6职业危害防护措施职业危害防护措施.94 16.7预期效果评价预期效果评价.96 16.8劳动安全职业卫生管理机构和人员劳动安全职业卫生管理机构和人员.96 16.9安全措施投资安全措施投资.96 第十第十七七章章消防消防 .9797 17.1水消防水消防.97 17.2建筑灭火器建筑灭火器.97 第十第十八八章章项目实施规划项目实施规划 .9898 18.1施工工期计划施工工期计划.98 18.2施工进度表施工进度表.99 第一章第一章 总总 论论 1.1 概述概述 本设计为 xx

9、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

10、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、 “3+2” 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

11、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。 1.

12、2 建设依据建设依据 （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） 1.3 设计依据设计依据 （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。 1.4 设计基础资料设计基础资料 1.4.1气象资料（需要建设单位提供完善）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 16 b)b)雨量 年平均降水量 983.34mm 年最大降水量 1134.3mm c)c)湿度 年平

13、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77% d)d)气压 年平均大气压 734mmhg e)e)风速 最大风速 1.9m/s f)f)风向及频率 冬季主导风向 n、ne 夏季主导风向 s、ws g)g)抗震设防烈度 7度 设计基本地震加速度值为 0.10g 无霜期：297 天。 日照时数：1010h。 1.4.2水文地质条件水文地质条件 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。 1.4.3工程地质条件工程地质条件 （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

14、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 gb18306-2001（1/400 万） 中国地震动参数区划图）； 设计基本地震加速度值：0.05g； 地震反应谱特征周期：0.40s。 （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 631.55 米。 1.5 设计指导思想设计指导思想 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

15、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

16、体装置的衔接协调。 1.6 生产方法生产方法 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 “3+2”两转两吸工艺，制成工业硫酸。 1.7 生产规模和产品方案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：2.5 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

17、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/t534-2002 中一等品的 指标，具体如下： 项项 目目指指 标标 h2so4 98% 灰分 0.03 fe 0.01% as0.005% 透明度 50mm 色度 2.0ml hg 0.01% pb 0.02% 副产品：低压蒸汽，规格为 1.25mpa（暂定） ，产量约 2.5 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

18、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%。 1.8 主要原材料、辅助材料、燃料消耗、规格及来源主要原材料、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：0.835 吨/小时（折 100%s） 。 全年消耗量：6680 吨（折 100%s） 。 （2）催化剂：国产催化剂。 产品单耗量：0.19l/吨硫酸。 全年消耗量：2

19、.2 吨（按使用 5 年计） 。 （3）煤气：企业自产，用于焚硫炉开车等。 1.9 公用工程规格、耗量及接口公用工程规格、耗量及接口 （1）直流水 温度：常温 压力：0.3mpa 氯离子：30ppm 浊度：50mg/l sio2：100g/l 正常用量：7.5m3/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）： 0.4 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）： 0.8 温度（0c）： 常温 正常用量：2.6m3/h 供应来源：主装置系统管网，至本装置界区

20、外 1 米处。 （4）消防水 压力（mpa）： 0.3 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：1.0 mpa 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。 1.10 装置组成装置组成 根据硫酸生产的工

21、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。 1.11 设计范围及分工设计范围及分工 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

22、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。 1.12 工作制度及劳动定员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

23、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： 表表 1-11-1 装置定员表装置定员表 序号岗位每班总计 1原料工段28 2焚硫及余热回收工段28 3净化工段14

24、 4转化工段14 5干吸工段14 6主控室（含班长）28 7管理（含技术员和环保管理员）4 合计40 第二章第二章 工艺设计工艺设计 2.1 国内外工艺技术概况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

25、，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 “3+2”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。 2.2 工艺原理工艺原理 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

26、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

27、 s + o2 = so2 + 热 （2）二氧化硫氧化 2so2 + o2 = 2so3 + 热 （3）三氧化硫吸收成酸 so3 + h2o = h2so4 + 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

28、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。 2.3 工艺技术方案的选择及特点工艺技术方案的选择及特点 2.3.12.3.1工艺技术的选择原则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

29、。 （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。 2.3.2

30、2.3.2 工艺技术特点工艺技术特点 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99.7%。 （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。 2.3.32.3.3工艺技术方案的选择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，

31、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

32、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。 （

33、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

34、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 “3+1”四段转化工艺，第二类是选用国产催化剂、采用“3+2”五段转化工艺。 “3+2”五段转化是国内

35、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“3+1”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 （gb26132-2010）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 99.93%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

36、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/t.d，而国产催化剂需要达到 320l/t.d 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

37、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。 2.4 工艺流程叙述工艺流程叙述 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，

38、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

39、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 12.0%。 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 1.25mpa 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

40、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

41、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 94%h2so4循环，吸收塔 采用 98%h2so4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 8.5%，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0.1g/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

42、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

43、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

44、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

45、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。 2.5 主要工艺技术指标主要工艺技术指标 （1）入炉粗硫磺含水2.0% （2）净化 so2收率99.0% （3）电除雾器出口气体酸雾含量0.005g/nm3 （4）干燥气体含水分0.1 g/nm3 （5）总转化率99.7% （6）总吸收率 99.99% （7）最终尾气 so2浓度 400mg/m3 2.6 主要原料材料

46、、辅助材料和燃料、动力消耗定额主要原料材料、辅助材料和燃料、动力消耗定额 表表 2-12-1 原材料及动力消耗定额表（以每吨原材料及动力消耗定额表（以每吨 100100h h2soso4计）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 s 4550% 吨0.6651.662513300 2催化剂升0.194.0使用期 5 年 3电度108.02702.16106只计硫酸 4直流水0.3mpa吨4.511.258.85105只计硫酸 5循环水t=6吨1684203.36106只计硫酸 6脱盐水吨1.102.82.2104 7燃料煤气 8碱 二付产物 低压蒸汽1.0mpa

47、吨1.02.5835用于干燥 2.7 管道材料控制管道材料控制 2.7.12.7.1 标准规范标准规范 （1） 低中压锅炉用无缝钢管gb3087-1999 （2） 流体输送用无缝钢管gb/t8163-1999 （3） 低压流体输送用镀锌焊接钢管gb/t3091-93 （4） 低压流体输送用焊接钢管gb/t3092-93 （5） 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带gb/t3274-88 （6） 不锈钢热轧钢板gb/t4237-92 （7） 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列hg20553-93 （8） 钢制对焊无缝管件gb/t12459-90 （9） 钢制有缝对焊管件hg/t21631-

48、1990 （10） 衬塑（pp）钢管和管件hg20538-92 （11） 阀门的检验与试验jb/t9092-1999 （12） 工业金属管道工程施工及验收规范gb50235-97 2.7.22.7.2 管道材料管道材料 表表 2-22-2 主要管道材料表主要管道材料表 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

49、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q235-a截止阀 9煤气管煤气常温无缝钢管q235-a截止阀 10污水管污水常温衬塑钢管pp/cs衬里球阀 2.8 保温设计保温设计 （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 0.12w/(m.k)。 保温材料应具有安全使用温度的性能和不可燃性等。 （2）

50、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 0.4mm。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：=0.0360.048w/(m.k) -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：=0.031+0.00016tm w/(m.k) 其中：tm 为保温层的平均温度， -容重:50kg/m3 -耐火性：

51、不燃 -使用温度：454 -纤维长度：820cm -纤维直径：6.5m （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。 第三章第三章 设备设备 3.1 非标设备设计非标设备设计 3.1.1概述概述 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。 3.1.2设计采用的标准和规范

52、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gb50231-2009 2压缩机、风机、泵安装施工及验收规范gb5027598 3钢结构工程施工质量验收规范gb50205-2001 4工业金属管道工程施工及验收规范gb50235-97 5现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范gb50236-98 6工业设备及管道绝热工程施工规范gb50136-2008 7工业金属管道设计规范

53、gb 50316-2000 8石油化工企业设计防火规范gb50160-92 9化工设备管道防腐工程施工及验收规范 hgj229-1991 10石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 sh3501-2002 11石油化工企业塔型设备基础设计规范 sh3030-1997 12石油化工塔器设计规范 sh3098-2000 13工业设备及管道绝热工程施工及验收规定 gb50126-2008 14阀门检验与管理规程shj518-91 15钢制化工容器设计基础规定hg20580-1998 16钢制化工容器材料选用规定hg20581-1998 17 钢制化工容器强度设计规定hg20582-1998 1

54、8钢制化工容器结构设计规定hg20583-1998 19化工设备管道外防腐设计规定 hg/t20679-1990 20钢制低温压力容器技术规定 hg20585-98 21衬里钢壳设计技术规定 hg/t20678-2000 22化工设备基础设计规定 hg/t 20643-1998 23塔器设计技术规定 hg20652-98 24电弧焊焊接工艺规程 gb/t19867.1-2005 25压力容器压力管道设计许可规则 tsgr1001-2008 26机械设备防护罩安全要求 gb/t8196-2003 27化工设备吊耳及工程技术要求 hg/t21574-2008 28钢制化工容器制造技术要求 hg20

55、584-98 29紧固件表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱特殊要求 gb/t5779.3-2000 30不锈耐酸钢铸件技术条件 gb/t2100-2002 31紧固件、螺栓、螺钉、螺柱和螺母通用技术条件 gb/t16938-2008 32钢焊缝射线探伤标准gb332387 33化工设备安装工程质量检验评定标准 hg20236-93 34压力容器无损检测jb4730-94 35钢制焊接常压容器jb/t4735-97 36流体输送用无缝钢管 gb/t8163-2008 37压力容器公称直径 gb/t9019-2001 38钢制管法兰 gb/t911224-2000 39整体钢制管法兰 gb/t9113.19

56、113.4- 2000 40对焊钢制管法兰 gb/t9115.19115.4- 2000 41钢制管法兰 gb/t911720-2000 42钢制压力容器（2002 年修改） gb150-1998 43聚四氟乙烯衬里设备 hg/t20536-93 44机械搅拌设备 hg/t20569-94 45塑料设备 hg/t20640-97 46聚丙烯/玻璃钢(pp/frp)复合管和管件 hg/t21579-95 47管法兰用聚四氟乙烯橡胶复合垫片 hg/t21609-96 48不锈钢人、手孔 hg21594604-1999 49钢制卧式容器 jb/t4731-2005 50石油化工钢制压力容器 sh/t

57、3074-2007 3.1.3设计原则设计原则 （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。 3.1.4一般技术规定一般

58、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 16 b)b)雨量 年平均降水量 983.34mm 年最大降水量 1134.3mm c)c)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77% d)d)气压 年平均大气压 734mmhg e)e)风速 最大风速 1.9m/s f)f)风向及频率 冬季主导风向 n、ne 夏季主导风向 s、ws g)g)抗震设防烈度 7度 设计基本地震加速度值为 0.10g 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

59、 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 c2=3mm(当采取内部防腐措施时取

60、c2=1mm) 不锈钢容器：取 c2=0mm （6）材料许用应力：材料的许用应力按 jb/t4735 确定和选取。 3.1.5材料和焊材材料和焊材 （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 q235-a 时选用 q235-a， 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