【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 GDP 能耗降低 20％的目標(biāo)。因此，在開(kāi)發(fā)新能源，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)，努力提高能源利用效率、開(kāi)發(fā)新的節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前需要解決的重要課題。硫酸是重要的基本化工原料，是世界上生產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，各行業(yè)對(duì)硫酸的需求量均呈上升趨勢(shì)。硫酸的生產(chǎn)原料主要有硫磺、硫鐵礦、天然石膏、磷石膏以及含 SO2的冶煉煙氣。在各種含硫原料制取硫酸的生產(chǎn)過(guò)程中，含硫原料的燃燒、二氧化硫的氧化及三氧化硫的吸收三個(gè)主要過(guò)程均伴有大量的化學(xué)能釋放出來(lái)。國(guó)內(nèi)大部分硫酸裝置均回收了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高、中溫余熱，并用于產(chǎn)汽或發(fā)電，但對(duì)于干燥和吸收過(guò)程中產(chǎn)生的大量低溫?zé)崮?，一般都沒(méi)有利用。隨著能源價(jià)格的上漲，愈來(lái)愈需要回收硫酸生產(chǎn)過(guò)程中的低溫位熱能產(chǎn)生蒸汽，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的籌碼。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有硫酸裝置五百多套，硫酸產(chǎn)量居世界首位，到 2022 年底，我國(guó)已形成硫酸生產(chǎn)能力約 6500 萬(wàn)噸，因此低溫?zé)崮芗夹g(shù)的推廣在能源越來(lái)越緊張的今天，有著極其廣闊的前景。某復(fù)合肥有限公司蒸汽需求量較大，30 萬(wàn)噸/年硫酸鉀復(fù)合肥、10 萬(wàn)噸/年磷銨、30 萬(wàn)噸/年硫磺制酸和 12 萬(wàn)噸/年硫鐵礦制酸裝置鍋爐給水除氧、磷酸濃縮和氨加熱等均需要使用大量的蒸汽，本項(xiàng)目建成后，將為公司每年提供 萬(wàn)噸（即 17t/h） 低壓蒸汽，所產(chǎn)蒸汽全部供公司內(nèi)部使用。年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 11 頁(yè) 產(chǎn)品價(jià)格分析本項(xiàng)目的建設(shè)具有較多優(yōu)越性，本項(xiàng)目是在現(xiàn)有硫酸裝置基礎(chǔ)上廢熱回收項(xiàng)目，除了消耗少量電力外，無(wú)需外加其他能源，即可產(chǎn)生大量低壓蒸汽，以滿足公司其他產(chǎn)品對(duì)蒸汽需求，實(shí)現(xiàn)廢熱的綜合利用。本項(xiàng)目采用國(guó)產(chǎn)化的工藝技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)、可靠、適用。工藝流程簡(jiǎn)潔，投資省，建設(shè)條件良好，建設(shè)周期短，余熱回收利用率高。本項(xiàng)目的建設(shè)極大地降低了企業(yè)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，能夠有效增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)國(guó)內(nèi)能源價(jià)格的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)?shù)啬壳暗恼羝袌?chǎng)價(jià)格，取 低壓蒸汽價(jià)格 130 元/噸作為本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的價(jià)格基礎(chǔ)。與近幾年蒸汽價(jià)格相比較，該價(jià)格定位是比較適中的。年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 12 頁(yè)第三章 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 產(chǎn)品方案由于硫酸裝置配套的低溫?zé)崮芑厥昭b置只能產(chǎn)生 以下的低壓蒸汽，而某復(fù)合肥有限公司其他生產(chǎn)過(guò)程只需要 的低壓蒸汽，另外附近的**匯豐**有限公司生產(chǎn)也需要大量的 低壓蒸汽，因此確定低溫?zé)崮芑厥昭b置產(chǎn)生的蒸汽為 飽和蒸汽。 生產(chǎn)規(guī)模建設(shè)規(guī)模的確定，要考慮到產(chǎn)品需求、資金的籌措、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及廠址的建設(shè)條件等諸多方面的因素。裝置的規(guī)模還要涉及技術(shù)來(lái)源、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工建設(shè)以及操作管理等工程技術(shù)因素。(1) 適應(yīng)公司需要某復(fù)合肥有限公司現(xiàn)有 30 萬(wàn)噸/年硫酸鉀復(fù)合肥、10 萬(wàn)噸/年磷銨、及磷酸裝置等，利用 30 萬(wàn)噸/年硫酸裝置的低溫?zé)崮墚a(chǎn)生低壓蒸汽，可以滿足上述裝置的用汽要求，實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)自用的整體生產(chǎn)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷(xiāo)平衡。為了滿足公司用汽的需要，并達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，選擇興建一套 30萬(wàn)噸/年硫磺制酸裝置完全配套的低溫?zé)崮芑厥昭b置較為合理，即年產(chǎn) 低壓蒸汽 萬(wàn)噸。(2) 充分利用公司的有利條件某復(fù)合肥有限公司在供電、供水以及其它公用工程等方面為本工程提年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 13 頁(yè)供了良好的基礎(chǔ)條件。將有利于降低建設(shè)投資，加快建設(shè)進(jìn)度，提高整個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。(3) 技術(shù)的可靠性本硫酸生產(chǎn)裝置所有技術(shù)裝備，除了第一吸收塔頂改造需要進(jìn)口除霧器外，均可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。以下就技術(shù)的可靠性方面加以說(shuō)明。(a) 關(guān)于技術(shù)的來(lái)源低溫?zé)峄厥占夹g(shù)在國(guó)際上開(kāi)發(fā)應(yīng)用已有二十年，較為成熟的有美國(guó)孟山都、德國(guó)魯奇公司。其原理都是通過(guò)大幅度提高吸收循環(huán)酸溫度，用吸收反應(yīng)熱來(lái)產(chǎn)生低壓蒸汽。而其中只有美國(guó)孟莫克公司的 HRS 技術(shù)得到推廣應(yīng)用，已有 20 多套裝置投產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)已有 20 年左右。目前在國(guó)內(nèi)已有三套裝置建成投產(chǎn)，另有數(shù)套裝置正在建設(shè)過(guò)程中。目前某設(shè)計(jì)院已完成了前期研究工作，并已在南化集團(tuán)公司硫酸車(chē)間建成了一套低溫?zé)崮芑厥赵囼?yàn)裝置，目前運(yùn)行狀況良好。我院自主研發(fā)的低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)，完全利用國(guó)產(chǎn)新型材料和技術(shù)手段，投資省，特別適于現(xiàn)有硫酸裝置的改造。綜上所述，該裝置所擬定的規(guī)模，是有可靠的技術(shù)來(lái)源的。(b) 關(guān)于設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造某設(shè)計(jì)院在硫酸裝置設(shè)計(jì)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)為低溫?zé)崮芑厥昭b置的設(shè)計(jì)奠定了可靠的基礎(chǔ)。低溫?zé)崮芑厥昭b置的設(shè)備不多，高溫酸循環(huán)泵及蒸汽發(fā)生器等，國(guó)內(nèi)已有成熟的制造經(jīng)驗(yàn)，完全可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 14 頁(yè)化。由于高溫吸收帶來(lái)較多的酸霧，原第一吸收塔配套的除霧器需要更換，由于國(guó)內(nèi)的除霧器在質(zhì)量上與國(guó)外產(chǎn)品差距較大，需要進(jìn)口。 (c) 關(guān)于裝置的生產(chǎn)管理某復(fù)合肥有限公司有多年的硫酸生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為低溫?zé)崮芑厥昭b置的正常運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)操作和管理方面，硫酸裝置干吸工段的操作與低溫?zé)崮芑厥昭b置有很大的相似性，只要稍加培訓(xùn)，理解了低溫?zé)峄厥盏脑?，掌握了其主要操作方法，就完全可以保證裝置的正常生產(chǎn)。以上分析表明：在技術(shù)的可靠性方面，30 萬(wàn)噸/年硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥昭b置的規(guī)模是可行的。 產(chǎn)品的品種及規(guī)格30 萬(wàn)噸/年硫酸裝置配套的低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的產(chǎn)品及規(guī)格如下：年產(chǎn)蒸汽能力： 萬(wàn)噸產(chǎn)品規(guī)格： 低壓飽和蒸汽日操作時(shí)間： 24 小時(shí)年操作時(shí)間： 8000 小時(shí)年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 15 頁(yè)第四章 工藝技術(shù)方案 低溫?zé)峄厥占夹g(shù)原理通常的硫酸裝置吸收過(guò)程是這樣的：SO 2氣體經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化工段轉(zhuǎn)化成 SO3氣體后，進(jìn)入的硫酸裝置的吸收塔底部，塔上部利用高濃度硫酸（≥98%）進(jìn)行噴淋，濃硫酸中的水分與氣體中的 SO3反應(yīng)生成硫酸（即被濃硫酸吸收） ，使得噴淋的濃硫酸濃度增大，同時(shí)由于這一反應(yīng)是放熱反應(yīng)，濃硫酸的酸溫也要升高。吸收氣體中 SO3的濃硫酸自塔底排至酸循環(huán)槽中，槽內(nèi)加適當(dāng)水將硫酸稀釋到進(jìn)入吸收塔前的濃度，再用循環(huán)酸泵送入酸冷卻器中冷卻，冷卻后的濃硫酸（酸溫一般低于 80℃）再進(jìn)入吸收塔頂進(jìn)行噴淋。在這一循環(huán)過(guò)程中，吸收 SO3產(chǎn)生的反應(yīng)熱是通過(guò)酸冷卻器中的循環(huán)水帶走而白白浪費(fèi)掉。本技術(shù)要利用 SO3吸收過(guò)程的反應(yīng)熱來(lái)產(chǎn)生蒸汽，因此必須提高循環(huán)酸的溫度在 200℃左右。由于硫酸的腐蝕性一般隨著其溫度的增加而加強(qiáng)，這也是限制低溫?zé)崮芑厥债a(chǎn)生中壓蒸汽的最重要的因素，但某些金屬材料在一定的硫酸濃度范圍內(nèi)，即使在 200℃左右甚至更高的溫度下，也具有年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 16 頁(yè)較強(qiáng)的耐腐蝕性能。這是低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)的一個(gè)基礎(chǔ)，因此耐高溫濃硫酸腐蝕的材料的選擇是本項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵，這些材料包括塔體、泵槽、酸管道、閥門(mén)、泵體和蒸汽發(fā)生器等所采用的材料。我院采用的合金材料在試驗(yàn)裝置中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用證明是合適的，是完全能適應(yīng)低溫?zé)峄厥盏牟僮鳝h(huán)境的。應(yīng)該重視的是，必須將整個(gè)循環(huán)酸系統(tǒng)中的酸濃嚴(yán)格控制在≥99%，這樣才能保證系統(tǒng)的耐腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)也要保證進(jìn)高溫吸收塔的硫酸濃度在 99%，因?yàn)檫^(guò)高的吸收酸濃將嚴(yán)重影響 SO3的吸收效率，亦即嚴(yán)重影響低溫?zé)崮芑厥障到y(tǒng)的熱回收效率。我院低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)是在硫酸裝置傳統(tǒng)的第一吸收塔前串聯(lián)的一臺(tái)具有一段填料層的高溫吸收塔，這樣整個(gè)吸收過(guò)程分為高溫吸收部分和低溫吸收部分。高溫吸收部分是通過(guò)大幅度提高吸收循環(huán)酸溫度，以蒸汽發(fā)生器代替酸冷卻器產(chǎn)低壓蒸汽，并在蒸汽發(fā)生器出口增設(shè)了濃硫酸混合器、鍋爐給水加熱器、脫鹽水加熱器等，即利用吸收過(guò)程反應(yīng)熱來(lái)產(chǎn)生低壓蒸汽，從而大幅度提高硫酸裝置的熱能回收率。低溫吸收部分與傳統(tǒng)的低溫吸收過(guò)程相同，經(jīng)過(guò)高溫吸收塔吸收后的工藝氣體再進(jìn)入傳統(tǒng)的第一吸收塔進(jìn)行進(jìn)一步的吸收，以保證維持較高的吸收率，同時(shí)第一吸收塔中除去產(chǎn)生的酸霧。在蒸汽發(fā)生器后專門(mén)設(shè)置了硫酸混合器，以使加入的水與高溫濃硫酸充分地混合。由于水加入濃硫酸的過(guò)程非常激烈，并放出大量熱量，另外此處因水的加入腐蝕性特別嚴(yán)重，因此混合器的設(shè)計(jì)和材料的選擇要求十分嚴(yán)格，既要保證加入的水能夠分散均勻，又要求在高溫下有很好的耐腐蝕性能。年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 17 頁(yè)蒸汽發(fā)生器是本項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，汽水循環(huán)系統(tǒng)采用自然循環(huán)方式。要求設(shè)備既要有鍋爐本身具有的高效率和良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也要求具有極高的耐腐蝕性能，同時(shí)設(shè)計(jì)可靠的安全保護(hù)及連鎖系統(tǒng)，以確保裝置長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。 國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)概況硫酸裝置低溫余熱的利用大體來(lái)說(shuō)有三種形式：（1）加熱其它物料，如預(yù)熱鍋爐給水、加熱生活用水和工業(yè)用水。還有許多具體應(yīng)用，例如加熱造紙液、濃縮硫酸和磷酸、用于磷礦的浮選、鈾礦的浸取、銅精煉的電解槽加熱、鋅精煉的溶液預(yù)熱、磷銨生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)磷酸一銨（MAP）及磷酸二銨（DAP）前氨與磷酸的加熱，也可用于鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程的加熱及海水淡化生產(chǎn)等等。（2）采用高溫吸收，生產(chǎn)中低壓蒸汽。（3）以低沸點(diǎn)物料作載體，帶動(dòng)透平發(fā)電機(jī)組發(fā)電。自從七十年代在工業(yè)上推廣使用氟塑料冷卻器、板式換熱器和陽(yáng)極保護(hù)管殼式酸冷卻器以來(lái)，吸收塔循環(huán)酸的熱量已可用來(lái)生產(chǎn) 80～95℃的熱水，然而由于熱水的溫度較低，又只能利用其顯熱，使這部分熱量的利用受到很大限制。如果利用低溫?zé)崮苌a(chǎn)蒸汽，是理想的解決辦法。利用低溫余熱產(chǎn)生蒸汽，就必須進(jìn)一步提高循環(huán)酸的溫度，然而現(xiàn)有的耐濃硫酸腐蝕的不銹鋼和合金似乎都不能適應(yīng)如此高的酸溫。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫酸濃度接近 100%時(shí)，對(duì)不銹鋼和合金的腐蝕能力便降低，即使年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 18 頁(yè)溫度升高，腐蝕速率也不一定增加。例如 304L 不銹鋼，在硫酸濃度為%～100%的范圍內(nèi)，溫度在 143～227℃時(shí)，其年腐蝕率在 ～毫米之間。有些合金的耐腐蝕性能比 304L 不銹鋼更好。因此，只需選擇和控制適宜的硫酸濃度，就可以用不銹鋼或合金制造設(shè)備和管道等，并用于工業(yè)生產(chǎn)?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，使得利用低溫余熱產(chǎn)生蒸汽成為可能。低溫?zé)峄厥占夹g(shù)在國(guó)際上開(kāi)發(fā)應(yīng)用已有二十年左右，美國(guó)孟山都、德國(guó)魯奇、加拿大凱米迪公司都開(kāi)發(fā)成功該技術(shù)。其原理都是通過(guò)提高吸收循環(huán)酸溫度，用吸收反應(yīng)熱來(lái)產(chǎn)生低壓蒸汽，而其中只有美國(guó)孟莫克公司的 HRS 技術(shù)得到推廣應(yīng)用，目前已有 20 多套裝置投產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)已有 20 年左右。近兩年國(guó)內(nèi)的大型硫磺制酸裝置中已有三套裝置引進(jìn)了美國(guó)孟莫克公司的 HRS，還有個(gè)別裝置正在建設(shè)中。某設(shè)計(jì)院作為中國(guó)化工的硫酸、磷肥設(shè)計(jì)技術(shù)中心，在硫酸裝置設(shè)計(jì)方面具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。某設(shè)計(jì)院具有很強(qiáng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，軟硬件裝備齊全，有關(guān)技術(shù)人員已做了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間充分的技術(shù)準(zhǔn)備。自 2022 年開(kāi)始我院已經(jīng)投入了大量的力量對(duì)低溫位熱能回收技術(shù)進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)，集中了我院科研、設(shè)計(jì)人員的力量，形成一個(gè)具有較強(qiáng)實(shí)力的工作組，確定了技術(shù)攻關(guān)要點(diǎn)，掌握了工藝流程、設(shè)備和工藝材料。2022 年 9 月，我院在中**化學(xué)工業(yè)有限公司硫酸車(chē)間，依托現(xiàn)有的硫酸裝置，建成了一套低溫位熱能回收試驗(yàn)裝置，目前運(yùn)行狀況良好。我院借助于在硫酸工程設(shè)計(jì)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，對(duì)低溫?zé)崮芑厥占夹g(shù)的年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 19 頁(yè)研究已經(jīng)取得了較大成果并且取得了國(guó)家專利局授權(quán)的硫酸蒸汽發(fā)生器的專利（專利證書(shū)號(hào)：ZL2022 ） 。我院無(wú)論在工藝參數(shù)的選取還是在工藝設(shè)備方面如高溫吸收塔、蒸汽發(fā)生器、混合器、高溫濃硫酸泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有其自身的特點(diǎn)。 工藝流程和消耗定額 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)我院自主研發(fā)的低溫?zé)崮芑厥?DWRHS)技術(shù)，立足于我院五十年來(lái)在硫酸設(shè)計(jì)領(lǐng)域形成的雄厚的技術(shù)實(shí)力和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，將理論探索、技術(shù)研發(fā)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合，努力實(shí)現(xiàn)材料和設(shè)備的全部國(guó)產(chǎn)化。我院自主研發(fā)的低溫?zé)崮芑厥?DWRHS) 技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）立足我院自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，選用運(yùn)行可靠的低溫?zé)崮芑厥展に嚰夹g(shù)，確保系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。（2）遵循可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略觀念，嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)法規(guī)、安全和工業(yè)衛(wèi)生法規(guī)，建設(shè)清潔生產(chǎn)裝置。（3）完全利用國(guó)產(chǎn)新型材料和技術(shù)手段，所有設(shè)備、材料實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，投資省，適于國(guó)內(nèi)硫酸裝置的新建或改造。（4）采用兩塔吸收，高、低溫吸收分開(kāi)，可根據(jù)生產(chǎn)廠的實(shí)際情況靈活操作，同時(shí)有利于保證吸收效率和和控制酸霧指標(biāo)，確保整套硫酸裝置的安全運(yùn)行。對(duì)于老廠改造，可只建高溫吸收塔系統(tǒng)，原一吸塔循環(huán)系統(tǒng)可用作低溫吸收塔系統(tǒng)。高溫吸收塔系統(tǒng)采用高溫吸收工藝，將系統(tǒng)的年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸硫磺制酸裝置低溫?zé)崮芑厥枕?xiàng)目可行性研究報(bào)告第 20 頁(yè)酸濃控制在 99%～%，進(jìn)高溫吸收塔的循環(huán)酸溫提高到 190?C 以上，并在系統(tǒng)中以蒸汽發(fā)生器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸冷卻器產(chǎn)生低壓蒸汽。（5）本技術(shù)特別適用于老廠技術(shù)改造，做到盡量使布置緊湊，并適應(yīng)現(xiàn)有場(chǎng)地條件?？沙浞掷昧蛩嵫b置已有的公用設(shè)施、輔助設(shè)施，節(jié)約工程投資，降低運(yùn)行費(fèi)用。（6）充分考慮熱能回收系統(tǒng)施工時(shí)，不影響其他裝置運(yùn)行；熱能回收系統(tǒng)啟停時(shí)，也不影響主裝置的正常運(yùn)行。（7）采用先進(jìn)的檢測(cè)、控制技術(shù)，裝置正常運(yùn)行時(shí)操作全部自動(dòng)化，不僅有利于裝置的操作管理，更有利于裝置的安全、穩(wěn)定