30万吨硫酸装置余热发电项目工艺技术方案

30万吨硫酸装置余热发电项目工艺技术方案1.1建设目标通过配套先进的硫酸装置余热发电设施，综合利用30万吨硫酸生产过程中的大量余热进行发电，减少废气排放，节约能源、降低企业成本，提高公司的竞争力，促进当地经济的发展。1.2产品方案及质量标准1.2.1产品方案1.2.1.1产品简介本项目产品工业硫酸为生产复合肥的中间产品。分子式:HSO2 4相对分子质量:98.08(按1985年国际原子量)硫酸是典型的强酸，稀硫酸具有酸的通性，浓硫酸具有强吸水性、脱水性、强氧化性等特性。硫酸的用途主要用于化肥工业，用以制造磷酸、过磷酸钙和硫酸铵等。西方世界的化肥工业在硫酸消费构成中约占65%，中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持在50%～60%。序

1.2.1.2产品生产纲领本项目生产纲领见表5-1。表5-1 工业硫酸分年生产纲领项目 单位 建成后第1年建成后第2年号1占达产年比%80100例2年产量万吨24301.2.2产品质量标准及主要技术指标1.2.2.1产品质量标准《工业硫酸》 GB/T534-20021.2.2.2主要技术指标项目产品为工业硫酸，主要技术指标见表5-2：表5-2位：%项 目硫酸（HSO）的质量分数≥24游离三氧化硫（SO）含量≥3灰分的质量分数≤铁（Fe）含量砷（As）含量汞（Hg）含量铅（Pb）含量透 明 度 /mm≥色 度 /ml≤

工业硫酸技术要求 单指标优等品一等品合格品92.5或92.5或92.5或98.098.098.0---0.020.030.100.0050.010-0.00010.0050.0010.010.0050.02502.02.01.3生产工艺方案222334231.3.1工艺技术的选择中东化工有限公司原有年产硫酸12万吨生产能力，近期正在实施30万吨硫酸装置的扩产改造。而一直以来，企业在硫酸生产过程中产生大量的余热，除一小部分用于复合肥生产过程及生活设施中外，其余均通过烟囱外排，造成了资源的严重浪费，而且蒸汽在排放过程中容易夹杂空气中的粉尘飘向周围的居民生活区，威胁群众的生活环境。蒸汽的外排不仅浪费了资源，使企业的能源成本居高不下，也制约了企业的持续健康发展。因此，公司及时提出硫酸装置余热综合利用工程项目，拟利用硫酸生产过程中所产生的蒸汽，用于发电，以减少蒸汽资源的浪费，提高企业清洁化生产水平，杜绝蒸汽外排对周围居民身体健康的危害。硫铁矿制酸的工艺原理是：硫铁矿经沸腾炉焙烧，产生含SO的炉气，该炉气经过文（文氏管）-泡（泡沫塔）-电2（电除雾）水洗净化，利用浓度为93%的HSO进行干燥，炉2 4气中的SO和O在钒催化剂的作用下进行转化（即氧化）反2 2应生成SO；SO在吸收塔中被循环喷淋的浓硫酸吸收而成硫3 3酸，而炉气中未转化的SO经过2段尾气吸收后放空。2主要化学反应为：FeS+O→FeO+FeO+SO+SO+热量（高温位热值）SO+O→SO+热量（中温位热值）2 2 3SO+HO→HSO+热量（低温位热值）3 2 2 4从上述三个化学反应方程式可以看出，生产硫酸的三道主要工序均有大量的余热产生，并且余热的温位各不相同。焙烧工序产生的热量的温度在950～1000℃之间，称为高温位热值；转化工序产生的热量称为中温位热量；SO吸收制酸3的温度较低，因而相应产生的热量称为低温位热量。中东化工有限公司三套硫酸生产装置焙烧炉高温烟气量约70000Nm3/h，平均温度980℃，烟气含尘量0.4kg/Nm3,含水量0.8kg/Nm3，干基组成为SO13.5%、SO0.1%、O2.275%、2 3 2N84.125%，烟气总含热量588×104kcal/h。2硫酸生产工艺流程图如图5-1所示。高温烟气原料 焙烧 净化转化吸收硫酸5-1硫酸生产工艺流程图要充分利用余热，就要有多个组合利用方式。低温位热量的吸收受材质及工艺技术的限制，因而一般不被利用或只用于生产热水供浴室使用；将转化工序的余热通过火管、水管和热管可生产出低压蒸汽供除氧器用；将焙烧工序产生的高温位热值通过横向冲刷，W型烟道等自然循环和强制循环装置可生产出中压蒸汽供发电使用。所以是否充分利用生产余热多产蒸汽、多发电成为衡量硫酸装置清洁生产的一个重要评价指标。本项目拟在30万吨硫酸生产装置的基础上，对其中1套装置配套1台13吨/小时的中压余热锅炉和1套1500kW的发电机组；对另外2套装置配备2台13吨/小时的中压余热锅炉及1套3000kW的发电机组。发电设备采用抽汽凝汽式可控硅励磁气轮机组，1500kW机组一套，3000kW机组一套。随机配备减温减压装置、电动单梁起重机等附属设备和维护检修设备。目前，中东化工有限公司与四川东方工业锅炉集团有限公司已签订意向协议，由四川东方工业锅炉集团有限公司对项目的工艺、设备、水电、控制等工程内容实施工程总承包。1.3.2余热发电技术的描述硫酸余热发电是利用硫酸生产过程中的化学变化，即利用放热反应所产生的热能进行发电的一种方式。硫酸生产过程中，沸腾炉的硫铁矿（或硫精砂等）在焙烧时产生1000℃左右的高温，其产生的SO高温炉气必须经2过热交换，把温度控制在415℃左右才能进入硫酸生产的下一步工序。为了充分利用这部分热能资源，本工程在3套硫酸装置沸腾炉的出口分别设置余热锅炉，充分利用化学反应余热，产生3.45MPa的饱和蒸汽进行发电。只要硫酸系统正常生产，硫酸余热发电就能正常运行。硫酸余热发电机组在发电之前，硫酸生产必须依靠市电，使制酸系统正常运行，当余热锅炉产生蒸汽时，才能使余热发电系统工作。项目硫酸余热发电机组属于小型机组，根据热力计算和其他用户多年成熟的运行经验，硫酸余热发电系统在正常工作后，除了可以满足制酸系统的电力供应外，尚有约七分之一的输出电量。本项目完成后，硫酸装置蒸汽总量将达到936吨/天，年蒸汽量约30余万吨，年发电量将达到3564万度。按照每度电需要消耗标准煤0.35千克计算，相当于节约1.2474万吨的标准煤。在采用了余热发电技术后，既保护了生态环境，具有良好的社会效益，同时又可产生一定的经济效益，其综合利用前景十分可观，实现了“资源——产品——再生资源”的经济增长方式，做到生产“污染排放最小、废物资源化和无害化”，以最小的成本获得最大的经济效益和环境效益。1.3.3硫酸余热发电工艺流程1.3.3.1硫酸余热发电工艺流程图硫酸余热发电工艺流程见图5-2。原料 焙烧余热锅炉净化转化吸收发电机组生产生活 硫酸公司电网5-2硫酸余热发电工艺流程图1.3.3.2工艺流程简述硫铁矿经破碎筛分或烘干处理脱水后（原料水分≤10%）送至矿粉贮斗，由皮带输送机送入沸腾炉，与空气进行焙烧反应，生成的SO炉气从沸腾炉顶部排出，进入余热锅炉回2收余热，经旋风除尘器除去大部分矿尘，温度降至400～450℃后，依次进入文---泡---电净化除尘系统。沸腾炉、余热锅炉，旋风除尘器除下的尘渣，进入磁选系统。炉气顺次经过文丘里、泡沫塔、电除雾除去炉气中尘、酸雾等杂质，炉气温床降至35～38℃，净化后炉气进入干燥塔，出塔气体含水小于0.1g/m3经主风机，再经第Ⅲ、第Ⅱ换热器预热进入转化器，经五段转化后再经换热去中间吸收塔吸收SO，然后返回转化系统经第Ⅳ、第Ⅱ换热器进入转3化器进行第二次转化。转化器经最终吸收塔吸收SO后经烟3囱放空，成品酸由计量槽经泵送至成品库贮存。硫铁矿制酸过程中，硫铁矿在沸腾炉内燃烧，所产生的炉气温度高达900～1000℃。本项目在沸腾炉出口设置中压余热锅炉，中压锅炉生产的蒸汽经过发电做功后，降为低压蒸汽。这部分蒸汽和硫酸生产装置生产的低压蒸汽一起，全部用于硫酸钾复合肥、磷酸一铵和磷酸的生产过程。1.4主要设备选型1.4.1设备选型的原则1.4.1.1选用的设备必须具备新技术、高效率、低能耗的特点，能满足生产规模的要求；1.4.1.2按经济规律办事，讲求投资经济效益，在充分考虑各种生产设备的先进性和适用性的同时，综合考虑各设备的性价比和寿命年限；1.4.1.3在技术上有较大把握的设备立足国内产品，在技术上国内目前尚无法解决的关键设备采取由国外引进；1.4.1.4充分考虑设备的节能性和环保性。1.4.2设备选型根据企业生产工艺流程及生产规模需要，本项目拟新增各种设备12台套，其中：锅炉本体3台，锅炉配套辅机3套，发电机组2套，电控系统2套，安装材料2套。详见表5-3。表5-3项目新增设备一览表单位：万元序单数项目名称价格号位量锅炉本体1锅炉本体QCF15/900-8-3.82/450台1锅炉本体QCF19/900-13.1-3.82/450台2锅炉配套辅机反渗透处理器、软水箱、软水泵、除氧器机水箱2电动给水泵、磷酸盐加药器、定期排污套3膨胀器连续排污膨胀器、消音器、玻璃钢冷却器、清水离心泵1.5MW发电机组抽汽冷凝式汽轮机C1.5-3.43/0.83可控硅励磁QF-J1.5-10.5KV套1减温减压装置电动单梁起重机43MW发电机组套1抽汽冷凝式汽轮机C3-3.43/0.8可控硅励磁QF-J3-10.5KV减温减压装置电动单梁起重机5电控系统套2锅炉仪表盘、电气控制、电线电缆桥架安装材料锅炉耐火保温耐火材料6锅炉工艺管道、汽水管道、阀门、仪表、套2支吊架汽轮机房耐火、保温材料、汽水管道、阀门、仪表台157合计套12601.4.3主要设备的描述1.4.3.1余热锅炉余热锅炉是利用工业过程中的余热来产生蒸汽的锅炉，是一种热回收蒸汽发生器。燃气轮机余热锅炉是燃气-一蒸汽联合循环发电的关键设备之一，具有余热利用可产生电力和热能等优点。主要有烟道式余热锅炉，锅炉蒸发量大约在0.5t/h～220t/h，蒸汽压力0.7～1.4MPa，蒸汽温度为饱和过热蒸汽。广泛应用于化工、石油、水泥、冶金、造纸、玻璃和搪瓷等行业。主要技术参数：蒸汽压力：3.45MPa蒸汽温度：193℃给水温度：98℃额定蒸发量：13t/h1.4.3.2抽汽凝汽式汽轮机汽轮机又名“蒸汽透平”，是将蒸汽的热能转换成机械功的一种旋转式原动机。它比其它类型原动机具有单机功率大、热经济性高、运行安全可靠、单位功率制造成本低等一系列优点。本项目抽汽凝汽式汽轮机的功率分别为1500kW和3000kW，汽轮机带有齿轮减速装置。汽轮机为单缸、单轴冲动式，带有一级调整抽汽。机组的工业抽汽量与电负可按用户的需求自动调整，也允许纯冷凝工况运行。该系列机组均由转子和静子两部组成。转子采用套装式结构，静子则包括汽缸、喷嘴和隔板、迷宫式汽封、轴承等部分。高中缸提板式调节汽阀籍机械杠杆与调速系统的油动机相联。该系列机组均采用电液调速系统，配有抽汽自动调整装置及配置及配备有不同功能的保安部件与监控仪表。主要技术参数：型号：C3-3.43/0.8功率：3MW进汽压力：3.43MPa进汽温度：435℃汽量： 28t/h抽汽压力：0.8MPa汽耗：额定工况：9.32kg/kWh纯冷凝工况：4.74kg/kWh1.4.4设备能力衡算本项目配置2台抽汽凝汽式汽轮机组，发电机组功率共4500kW。设备发电能力＝Pt＝4500kW×24h×360d3888万kWh≥3564万kWh(以天计)设备的选择能满足余热发电的要求。1.5生产的组织及设备布置1.1.1生产的组织本项目硫酸生产从主辅原材料进厂、粗加工、精加工、成产品检验的完整生产组织过程均在公司内完成。1.1.2年时基