【正文】 本設計工作的設備一覽表如表41所示，表41 設備一覽表序號設備位號項 目規(guī)格與型號數(shù)量1V101快速熔硫槽SW2H12V102流硫過濾器STIZD13T10。第一吸收塔前的省煤器必須全部采用熱管，為了節(jié)省投資，第二吸收塔前的省煤器除低溫段必須采用熱管外，高溫段可采用普通螺旋翅片管。利用熱管技術可使水人口處的金屬壁溫在正常運行時高于爐氣露點溫度，防止露點腐蝕，提高省煤器的安全可靠性。為了減小占地、方便管道布，可將低溫過熱器布置在轉化器四段出口的省煤器之上。這種結構的高溫過熱器具有安全可靠和占地小的特點。過熱器管束放在殼體內的管板上，可自由膨脹。過熱器本體包括外殼、高溫過熱管束、中溫過熱管束、噴水減溫器以及支座。在臥式懸吊管內襯結構的高溫過熱器中，爐氣進口與轉化器一段出口直接對接，底部不設固定支座。高溫過熱器一般設在轉化器一段爐氣出口，由于爐氣溫度通常超過以600℃，應該充分考慮高溫熱應力的影響。后煙箱襯輕質耐火澆注料并內布抓釘，以防脫落[28]。前煙箱耐火層為高鋁磚，絕熱層采用粘土質隔熱耐火磚。為增強管束在運行中的穩(wěn)定性以減少振動，鍋殼內布置了兩塊支承板。為防止高溫氣流對管端形成熱沖擊和磨損，在管端內嵌人錯質剛玉保護套管，套管與列管間隙填充耐高溫的硅酸鋁纖維。為防止汽包水位過高而影響蒸汽品質，汽包上設有緊急放水管口。汽包上設有安全閥接口，上升管口處裝有擋板。汽包筒體由鋼板卷焊而成，封頭用鋼板沖壓而成。在制造加工和運輸條件允許的情況下，一般采用單鍋殼單汽包結構。廢熱鍋爐有單鍋殼單汽包和雙鍋殼單汽包兩種結構形式。火管鍋爐具有很多優(yōu)點氣流分布均勻，無爐氣滯留區(qū)，不易發(fā)生局部腐蝕能承受較高的氣體側壓力，降低了漏氣率對負荷變化的適應性強操作簡單，安全可靠動力消耗低價格較便宜，安裝工作量小耐火材料較少，維修工作量小，清理容易等。硫磺制酸裝置的廢熱鍋爐有兩種形式，一種是水管鍋爐，另一種是火管鍋爐，這兩種形式的鍋爐國內均有成熟可靠的設計經(jīng)驗。在工程采購中，要求制造商必須是濃硫酸泵的專業(yè)廠家，具有同類泵型的設計制造經(jīng)驗和實際運行業(yè)績。干吸塔循環(huán)酸泵的特點是流量大，功率大，輸送的w（H2SO4）98%硫酸溫度高，腐蝕性強，一般都是單泵在線運行。在操作方面，采用透平驅動風機，啟動扭矩大，啟動、升速平穩(wěn)透平和風機直連，無需齒輪增速機構，可以在較大范圍內調整轉速，以適應各種工藝負荷要求避免了熱能轉化成電能再轉換成機械能過程中的能量損失可以避免采用電機驅動時啟動電流過大對電網(wǎng)造成較大沖擊。其優(yōu)點是可直接利用一部分副產中壓蒸汽驅動鼓風機，所產生的低壓背壓蒸汽供其他生產裝置使用，而其余部分中壓燕汽送去發(fā)電，從而減少了硫酸裝用電負荷和發(fā)電機組的負荷。空氣鼓風機有蒸汽驅動和電驅動兩種方式。總升壓在30~60 kPa的硫酸裝置用鼓風機，國內外一般采用離心式。軸流式鼓風機采用透平壓縮原理，風機效率稍高葉片運轉的線速度低于離心風機，可以減少磨蝕另外可以利用靜葉角度來調節(jié)風量。一臺好的鼓風機，除了能滿足工藝條件外還必須具有良好的操作穩(wěn)定性和操作彈性以及長期運行的可靠性，并且其噪音要小，能耗要低。hhhhhhhh(1)內換熱器的面積計算1)三至四段換熱面積計算管內外的平均溫差?t1=t1入t冷 ?t2=t3出t4入式中： =℃ =50℃ =℃ =461℃ = ℃ = 平均摩爾熱容 = =、分別指在、時的混合氣體平均熱容 === kcal/kmol Q=VCP（t1－t2）式中： V——流體的流量，； CP—— 流體的比熱，/c)； S——與K值對應的換熱器換熱面積，㎡； ——平均溫差，℃。列管系無縫鋼管，一般固定在下花板上，管群間設有擋板，使氣流穿過管群，以提高傳熱效率。換熱器外殼，由8～14mm厚的鋼板卷焊而成，為防止高溫氧化腐蝕，也有采用滲鋁管來制作。設備上的人孔與工藝接管均采用焊接連接形式，以確保高溫操作狀態(tài)下的密封，避免在高溫下材料蠕變而發(fā)生泄漏[26]。上、下管箱均噴鋁，以有效避免高溫氧化腐蝕。換熱器底部襯耐酸磚，防止冷凝酸腐蝕。一般采用盤環(huán)形擋板管殼式換熱器，其特點是結構簡單、傳熱系數(shù)大和壓降較低，另外設備體積小，易于制造，維修方便，具有較高的性能價格比。為防止將塔內填料碎片帶至循環(huán)槽打壞酸泵葉輪，在出酸口一般都設置防渦流裝置。中石化集團南京設計院結合以上兩種塔底結構的優(yōu)點，并根據(jù)大型化干吸塔的特點，將干吸塔設計成具有塔底出酸優(yōu)點的平底結構，即將塔底設計成為外部平底內部錐形的結構，出酸口在錐形底的中央最低點。采用帶陽極保護的槽管式酸分布器, 雖然一次性投資較大，但酸分布點多，分酸效果好，使用壽命長，且節(jié)省了維護和維修的費用。槽體的結構設計要保證每個槽的分酸量基本相同，并且不會產生滋流等現(xiàn)象。國內研究開發(fā)的帶陽極保護槽管式酸分布器每平方米超過40個分酸點，目前大部分大型硫酸裝置干吸塔采用這種形式的分酸器。從生產使用的效果看，其除霧效率均令人滿意。干燥塔一般采用國產抽屜式金屬絲網(wǎng)除霧器或進口網(wǎng)墊式除霧器。干吸塔的主要結構基本上是相似的，塔體為立式圓筒形結構，碳鋼內襯耐酸磚。轉化塔操作氣體平均操作溫度t平=440～480℃，H出為負10kPa，V標=，停留時間10秒。通常有兩種操作方法：一種恒溫操作方法，這種方法會使轉化器體積太大也很難使移走的熱量達到要求。在轉化反應中，為了使反應接近最佳操作溫度即適宜溫度。但中心筒式轉化器設備材料有所節(jié)省，一次性投資較小[25]。但用耐熱瓷球找平的弧形床層阻力不均勻，中心筒的空間利用率不高，弧形床層板及分隔板制造難度相對偏大。轉化器的各段之間用弧形隔板分隔，可以有效地吸收或補償操作狀態(tài)下因高溫熱膨脹產生的變形，既能保證層間氣體不串流，又能降低設備的應力水平。設備主材為0Cr18Ni9不銹鋼，一段同樣可布置在設備底部。設備底部為平底，由若干滑動式支座支承在土建基礎上，可以有效地吸收或補償操作狀態(tài)下因高溫熱膨脹產生的變形，大幅降低設備的應力水平，因而設備的整體安全性和穩(wěn)定性較好。SO2氣體經(jīng)特殊設計的分布裝置由進氣口進入轉化器，分布更加均勻。每層隔板均用一個密封圓弧環(huán)與殼壁焊成整體，以補償隔板因熱膨脹而產生的變形，避免層間氣體串流。轉化塔主材為0Cr18Ni9不銹鋼，一段可布在設備底部。兩種結構形式在大型硫磺制酸裝置上都有應用，各有特點。積木式結構采用平底球冠蓋立式回筒形容器，其內部自下向上由若干立柱和樁柱支撐隔板和格柵。因此，轉化塔需要有既合理又可靠的結構設計和選材。轉化塔長期處于400~620℃高溫下操作，處理含SOSO3腐蝕氣體各段間不同的溫度造成不同的熱膨脹應力，而段間不允許有氣體泄漏。m3)。q式中： K—— 焚硫單位容積發(fā)熱量，～V其主要原因是霧化狀況和爐內氣速不一樣所造成的。能力高的爐子每日每立方米可焚燒2t左右的硫磺。表達能力的單位，多采用每日、每立方米容積可焚燒多少噸硫磺量來表示。為了防止爐內高溫引起的損壞和防止因受熱而引起的硫磺粘度上升，噴槍應有蒸氣夾套。硫磺噴霧的要求是：形成易于氣化的微粒、噴霧角度要大，且能均勻分散。噴霧焚硫爐的構造，是在鋼制圓筒內部襯絕熱磚和耐火磚。K) 溫度A（）B（）C（）D（）150℃②各物質的JJJJJ有熱平衡方程式可得：因為所以由以上數(shù)據(jù)可得 J4 主要設備的設計與選型由于硫磺燃燒速度快，所以爐子構造簡單，現(xiàn)在一般多用臥式焚硫爐。（過程熱效應） J（物料離開設備所帶走的熱量）吸收塔內反應生成二氧化硫，最終還有氧氣及氮氣剩余，反應為放熱反應但塔內溫度保持在140℃作用。K) 溫度A（）B（）C（）D（）430℃②各物質的JJJJJ，有熱平衡方程式可得：因為所以由以上數(shù)據(jù)可得 J3)吸收工段反應式：（物料帶入設備的熱量）（以0℃為基準）① Cp計算Cp的計算可以通過熱熔溫度關聯(lián)式來計算，則所得各物質的Cp值見下表：表311物質的Cp值一覽表 單位：J / (mol據(jù)化學工程手冊得25℃時的各物質的生成熱如下表所示：表39 25℃下各物質的生成焓 單位：kJ / mol溫度A（）B（）C（）25℃0在430是SO2的生成焓為J在430是SO3的生成焓為J J（物料離開設備所帶走的熱量）轉化塔內反應生成二氧化硫，最終還有氧氣及氮氣剩余，反應為放熱反應但塔內溫度保持在140℃作用。K) 溫度A（）B（）C（）430℃②各物質的： J JJ J J其中雜質的忽略不計。（以0℃為基準）① Cp計算Cp的計算可以通過熱熔溫度關聯(lián)式來計算則出料氣體中各物質的Cp值見下表：表37 物質的Cp值一覽表 單位：J / (mol（過程熱效應）為焚燒爐中的過程反應熱，作為反應器設計時常以0℃作為基準來進行熱量衡算，在縮合反應中由副反應的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應熱較小，故可以忽略不計，只以主反應來計算[24]。1）快速熔硫工段（物料帶入設備的熱量）（以0℃為基準）① Cp計算Cp的計算可以通過熱熔溫度關聯(lián)式來計算，則所得各物質的Cp值見下表：表35 物質的Cp值一覽表 單位：J / (mol反應完畢出轉化爐各氣體的物質的量： Kmol；； Kmol。熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，以車間物料衡算的結果為基礎進行的，所以車間物料衡算表是進行車間熱量衡算的首要條件。第一次轉化:SO2 ()=SO3 =O2 N2 SO2 ()=SO3 =O2 N2 SO2 ()=SO3 =O2 N2 第一次SO3吸收率為99%,進入第二次轉化:SO2 ()=SO3 (99%)=O2 N2 SO2 ()=SO3 (99%)=O2 N2 第二次吸收，%。進轉化器SO2濃度為9%，%，%。V實=V標==爐氣成分: SO2=V標a== O2=V標b== N2==以實際生產經(jīng)驗，一般冷激爐氣為總量的16%左右。η吸 （1）標準通氣量%的H2SO4200000t則產酸量為== kg/h進轉化工序a= ,b=，總轉化率x=，吸收率η=,進轉化器標準氣量以1小時為基準 V標 = Y(98在工藝參數(shù)確定中我們已確定了各段的物料含量和溫度數(shù)據(jù)并已對其優(yōu)化。3 物料衡算 設計要求：設計規(guī)模：硫磺制酸20萬t/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≥%。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[21]。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。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。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來的w（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。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。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。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。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。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)。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(jīng)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。、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。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。干燥酸溫在45℃左右，而吸收溫度可以在45～48℃。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。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。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。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。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進入，經(jīng)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。轉化氣依次通過濃硫酸吸收塔，%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，%～%。每個吸收塔除應有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應有