【導讀】量計算、循環(huán)酸溫計算、主要設備尺寸核算、主要管道尺寸核算。環(huán)保的要求，取得好的經濟效益。制，設計說明書的編制。以硫磺味原料，含S量為S≥%。硫磺以液態(tài)形式進入焚硫爐?？刂品倭驙t內的溫度。設備工作日：每年333天，每天24小時連續(xù)運行，約8000小時。2)噴硫槍和鼓風機的速率確定；3)焚硫爐工藝條件及有關物性數據的計算；5)對設計過程的評述和有關問題的討論。2)繪制焚硫爐設計條件圖。

　　

【正文】 — 吸收率， % a — 進吸收裝置的三氧化硫數量， mol b — 出吸收裝置的三氧化硫數量， mol 在實際生產過程中，一般用循環(huán)酸來吸收三氧化硫，吸收酸的濃度在循環(huán)過程中增加，需用稀酸 或水稀釋。與此同時取出循環(huán)酸作為產品酸。對濃硫酸而言，選擇 %的濃硫酸作為吸收酸時，盡可能使氣相中 SO3 的吸收率達到最完全的程度。濃度過高、過低均不適宜。吸收酸的濃度低于 %H2SO4 時，酸液面上的 SO3 的平衡分壓較低，當氣體中 SO3 分子向酸液表面蒸發(fā)并擴散到氣相主體中與水分子相遇，形成硫酸蒸氣，然后在空間冷凝產生細小的硫酸溶滴。溶滴酸霧很難完全分離，通常隨尾氣帶走或排入大氣。吸收酸的濃度越低，溫度越高，酸液表面上蒸發(fā)出的水蒸氣量越多。酸霧形成量越大， SO3 將主要以酸霧形式而損失。吸收酸的濃度高 于 %時，液面上水蒸氣平衡分壓接近于零，而 SO3 的平衡分壓較高。吸收酸濃度越大，溫度越高， SO3 平衡分壓越大，氣相中的 SO3 不能完全吸收，使吸收塔排出氣體中的 SO3 含量增加，隨后在大氣中形成酸霧。 此外，吸收酸溫度不能過高，若過高，酸溶液加劇蒸發(fā)，使液面上的總壓明顯增加，從而降低了吸收率。轉化后的氣體溫度也應低一點好，否則易形成酸霧。轉化器一般控制在 120℃左右，而酸溫一般控制在 60～ 70℃。 吸收流程配置的方式 濃硫酸吸收三氧化硫氣體一般在塔設備中進行。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收 過程的進行，吸收酸的溫度也隨著升高。為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使之通過冷卻設備，以除去在吸收過程中增加的熱量。每個吸收塔除應有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應有輸送酸的泵（酸泵）。因此，吸收工序的設備應有吸收塔、酸槽、泵和冷卻器組成。 吸收工段的流程 轉化氣依次通過濃硫酸吸收塔，用 %H2SO4 濃硫酸吸收 SO3 后，氣相中SO3 含量為 ～ %。然后由濃硫酸的吸收塔出口引至尾氣處理部分或直接 27 經過捕沫后放空。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進入，經過噴淋裝置均勻分布在塔截面上，與來自塔下部的 轉化氣逆流接觸。吸收 SO3 的硫酸從塔底引出時，其濃度可以提高了。為維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，可在干燥塔和吸收塔之間進行串酸，必要時加入補充水。 吸收工段主要工藝指標分析 吸收塔的操作氣速問題 ： 填料塔的空塔氣流速度設計通常取 ～ 。但填料塔是一種比較穩(wěn)定適應操作氣體氣速范圍較大的設備，而且由于設計所用塔內填料面積是富裕的，所以塔的負荷可以有較大的波動而不致于影響干燥指標。實際生產中由于增產需要，空塔氣速可提高到 ～ 。 循環(huán)酸酸溫的影響 ： 硫酸對設備的腐蝕能力與硫酸的溫 度、濃度有很大的關系。在干吸工段所選用的酸泵大多數是國內生產的鑄鐵或不銹鋼泵。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。酸泵的使用壽命的影響因素有：一是硫酸對酸泵金屬材料的腐蝕，二是硫酸粘度對酸泵運轉的關系 ， 而這兩個關系與酸溫有直接的影響和聯(lián)系。 干燥酸溫在 45℃ 左右，而吸收溫度可以在 45～ 48℃ 。 總之，硫酸的酸溫 升高 會使硫酸的腐蝕能力增強，還會使硫酸的粘度下降，造成酸泵潤滑不良，因此控制干吸工序循環(huán)槽內的酸溫在 40℃ 以下，對酸泵的使用壽命有很重要的影響。 爐氣的入塔氣溫 ： 爐氣入塔氣溫低的情況下吸收效 果一般是較差的。尾氣中常帶有酸霧，但入塔氣溫高也帶來一些問題，大量顯熱帶入 塔 內，使出 塔 酸溫過高，大大加劇了酸管道的腐蝕，同時也增加了濃酸冷卻的負荷 ，使淋酸溫度過高，也影響吸收率，一般控制在 140℃～ 160℃之間。 廢熱回收工藝 為 了 充分利用液硫燃 燒 熱 和 轉 化反應熱生產 、 450℃ 中壓過熱 蒸 汽 ，在焚 硫 爐出 口 設置火 管式 廢 熱鍋 爐 生 產 中壓飽 和 蒸 汽 ， 在 轉 化器 第 一 段出 口 設 置一 臺高 溫過 熱 器 ， 在轉化 器 第 三 段之后 、 氣體 進 第 一吸收 塔前設 置 省煤 器 ， 在 轉化 器 四 段后設置 低 溫過 熱 器 和 省煤 器 。 對 于 “ 兩 次轉化 工 藝 ， 一 般在 第 四 段出 口增設 一 臺中 溫 過熱 器 。 28 廢熱 回 收的 汽 水系統(tǒng) 流程 簡 述 如 下 溫 度約 104℃ 的合格的鍋 爐 給水 ， 經 熱管省煤器（Ⅰ 、 Ⅱ） ， 加熱到約 250℃直接 送 人 中 壓 廢熱鍋 爐的汽 包 。 爐 水從 汽 包引 出 ， 沿下 降 管 流人 鍋殼 ， 經 鍋殼中的列 管 加 熱 后 產 生 汽水 混 合物 , 再由鍋殼 頂 部 上 升管 送 回 汽包 ， 經 汽水分離 后的爐 水 繼 續(xù)循 環(huán) ， 飽 和 蒸 汽 則從 汽 包 頂 部 引出 ， 先 后經 低 溫過 熱 器和 高 溫過 熱 器 加熱到 450℃ 后送往用 戶 。 通 常 通 過噴水 調 節(jié) 高 溫過 熱 器出 口 過 熱蒸汽 溫 度 ， 轉化 器二段爐 氣進 口 溫 度通 過 爐 氣 副線來 調節(jié) 。 其實高 、 低 溫過 熱 器可設 蒸 汽 旁 通 管 ， 進 二段的爐 氣 溫 度由高 溫過 熱 器 蒸汽旁 通 閥自動 調節(jié) ， 而 高 溫過 熱 器出 口 過 熱蒸 汽溫 度 由 低 溫過 熱器蒸 汽 旁 通調 節(jié)閥自 動 調節(jié) 。 這樣 ， 高 溫過 熱 器 就 可 不設爐 氣旁 通 管 和 旁 通調節(jié)閥 ， 同時 正 常 運 行時蒸汽 系統(tǒng)無 需噴水 。 不 噴水 可 以 保 證 蒸 汽品 質 和 高 溫過 熱 器管內 不 結垢 , 從而 保 證 高 溫過 熱 器的長 期換熱效 果及 使 用 壽命 。 對 于 配 套 透 平鼓風機和 汽輪 發(fā)電機組的 裝 置 ， 不 噴水 也可 保 證 蒸汽 透 平 和汽 輪 機不 結垢 , 因 而 保證其 長 期 運 行效 率 。 關于低溫位熱能回收工藝 大 多數硫 酸 廠 的 SO3吸收反 應熱由冷 卻 水帶走 而損失掉 ， 少數 硫 酸 廠 用 于 加熱鍋 爐 給水 、 工業(yè)用水 、 生活用 水 。 以 熱水 形式 回 收這部 分 熱量 在技術 上 是 成熟的 ， 只是由 于 熱水 的用途非 常有限 ， 所 以 難 以 普 及 。 低 溫 位熱 能 回 收技 術在 國 際上已 開發(fā)應用 多年 。 美 國孟 莫 克公司開 發(fā) 的熱 回收系統(tǒng) HRS（ Heat Recovery System）由具 有 兩 段填 料 層的熱 回 收塔 、 酸 槽與循環(huán)泵 、 釜 式鍋 爐 、 酸稀釋器 及 鍋 爐 給 水預 熱 器 等 組成 。 將 熱 回 收 塔作 為 兩 轉 兩吸流程的 第 一吸收塔 , 塔底部 流出的 ?（ H2SO4） %~%、 溫度 200~220℃ (視鍋 爐 壓力而 定 )的 硫 酸經 換熱稀釋 ， 將 ?（ H2SO4） 控制在 %后回 流 至 熱 回 收塔下 部第 二段 。 從最終 吸 收塔循 環(huán)系 統(tǒng)引來 的 ?（ H2SO4） %、 溫 度約 80℃ 的 硫酸 進 人 熱 回 收塔 上 部 第 一段， 以 確 保 較 高 的 吸收 率 。 為 了 嚴 格 控制 進 人熱 回 收 塔 的酸濃 度 ， 采 用新型無電 極 環(huán)形 電 導 分析 儀 。 為了及 時發(fā) 現(xiàn)可 能 出現(xiàn) 的鍋 爐泄漏 ， 在鍋 爐上 裝有聲波 測 漏 儀 。 另 外安裝 了 腐 蝕 監(jiān)測 儀 ， 以 測量酸 循 環(huán) 系統(tǒng)中 不 銹鋼試件電化學 腐 蝕 產 生的 電流 。 29 采 用 HRS 技術 需引 進技術 和 關 鍵 設備 ， 因而 建 設投 資較 高 ， 通過 采 用 與外商合作 的辦法 ， 部分 HRS 設 備由外商 提 供技術在 國 內制造 ， 可 以 節(jié)省 不少 投資 。 就我 國目 前的技術水平 和 制造水平 ， 開 發(fā)我 國 自 己 的 HRS 技術 的 時 機 已 經 成熟 。 采用 低 溫 位熱 回 收 技術產 生 低 壓 蒸 汽 ， 而 低 壓 蒸 汽正是 磷復 肥生 產所需 要 的 。 采 用HRS 技術 ， 每 生 產 1t 硫 酸可 回 收約 低 壓 蒸 汽 ， 并 相應減少 70%左 右 的干吸部分 循環(huán) 水 量 ， 從 而相 應減少循 環(huán) 水 站的投 資費 用和運 行費 用 。 在 超 大 型 硫磺制 酸 裝 置 布 置 時 最 好考 慮預留 HRS 的 位 置 ， 待條件成熟 后 ， 再進行 技術 改造 。 可以 將第 一吸收 塔 用 作熱 回 收 塔 的一 部分 ， 仍 用 ?（ H2SO4） 98%硫 酸 噴淋 ， 以 確保較高 的吸收 率 ， 后建的 熱 回 收塔 只 建高 溫吸收 部分 。 原材料、輔助材料和動力消耗定額 序號 名稱及規(guī)格 單位 消耗定額 （噸酸單耗） 小 時 每年 備注 一 原材料及動力消耗 1 硫磺 :S≥ ％ t 噸 萬噸 2 工藝水 m3 20 m3 16 萬 3 循環(huán)水 m3 76 7600 m3 6080 萬 4 脫鹽水 m3 135 m3 108 萬 5 電 KWh 23 2300 度 1840 萬 上透平風機 6 蒸汽 飽和 t 22 噸 萬噸 熔化硫磺用 7 釩觸媒 kg 7 kg 56 噸 正常消耗 8 柴油 kg 22kg 176 噸 升溫用 9 儀表空氣 Nm3 200 Nm3 160 萬 氣動儀表用 10 硅藻土 kg 11kg 88 噸 液硫過濾用 11 石灰 kg 13 kg 104 噸 中和硫磺 酸度 30 市場需求預測 國內外近期、遠期需求量預測 國際上硫酸生產主要以硫磺為原料，上個世紀九十年代 ,由于國際硫磺市 場持續(xù)低迷、國內冶煉技術的不斷發(fā)展，我國硫酸生產的原料結構發(fā)生了深刻變化，硫磺制酸與冶煉氣制酸得到了飛速發(fā)展，改變了過去依賴硫鐵礦的單一格局。2020 年中央緊抓三農問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的利好政策，促進了磷復肥特別是高濃度磷復肥生產，磷復肥每月以同比 20%以上的速度增長；二是國民經濟的 快速增長，增加對硫酸的需求。 20202020年全國硫酸產量（單位：萬噸） 制酸品種 2020 年 產量 占總產量比例 % 2020 年 產量 占總產量比例 % 2020 年產量 占總產量比例 % 全國產量 （萬噸） 4625 100 5044 100 5700 100 其中： 硫磺制酸 1974 43 2233 44 2655 47 其中： 冶煉煙氣制酸 981 21 1163 23 1315 23 其中： 硫鐵礦制酸 1621 35 1593 32 1678 29 其中：其他原料制酸 58 1 55 1 52 1 31 第三章 物料衡算 設計要求 設計規(guī)模： 硫磺制酸 200 kt/a 生產過程中： 硫磺 中的 含硫尾氣以 SO2 的形式排出 吸收要求： 《大氣污染物綜合排放國家標準》 ( GB 16297 — 1996) 限定二氧化硫最高允許排放質量濃度為 960mg/ m3，吸收率≥ % 焚硫爐主體計算 硫磺焚燒的物料衡算 設計能力： 200Kt/a 硫磺制酸工程； 生產時間： 333 天 /年，即 8000 小時 /年， 600 噸 /天， 25噸 /小時 (100%H2SO4)；所生產的 產品硫酸符合 GB/T5342020 質量標準中的一等品的質量標準； 生產原料：硫磺，質量標準按照 GB244981 標準中的二級品，即 S≥ %； 當地自然條件： （ 1）氣象： 湖南湘西 大部分地區(qū)冬無嚴寒、夏無酷暑，全年氣候溫和，屬亞熱帶季風氣候。 A、年平均溫度 ℃ B、最熱月平均溫度 ℃ C、最冷月平均溫度 ℃ D、風壓值 34N/m2 E、年平均風速 （ 2）濕度： A、年平均相對濕度 79% B、最熱月平均相對濕度 79% C、最冷月平均相對濕度 78% （ 3）大氣壓： 32 當地平均大氣壓 669mmHg（合 ） （ 4）、地震烈度： 6度 主要技術參數 （ 1）、焚硫爐出口爐氣濃度 SO2+SO3=% （ 2）、總轉化率 % 公用工程條件 （ 1）、新鮮水： 按平均 20℃ （ 2）、循環(huán)水： A、水溫： t1=40℃ t2=30℃ △ t=10℃ B、水壓： 供水壓力