硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告.doc

*有限公司 硫磺制酸低位热能回收节能改造项目 可行性研究报告可行性研究报告 *有限公司 二一二年十二月 硫磺制酸低位热能回收节能改造项目可行性研究报告 项目负责人：项目负责人： * 主要编制人员：主要编制人员： * * * * 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 1 目目 录录 1总总 论论1 1.1概述.1 1.2项目可行性研究结论.4 2产品方案及生产规模产品方案及生产规模6 2.1政策符合性.6 2.2生产规模和产品方案.7 3工艺技术工艺技术9 3.1工艺技术方案选择.9 3.2工艺流程和消耗定额.15 3.3主要设备选择.20 3.4自动控制.21 3.5环境保护.23 4原料、辅助材料供应原料、辅助材料供应24 5建厂条件和厂址方案建厂条件和厂址方案25 5.1建厂条件.25 5.2厂址选择原则及依据.29 5.3厂址选择.30 6总图运输、土建、界区内外管网总图运输、土建、界区内外管网31 6.1总图运输.31 6.2储运.32 6.3厂区外管网.33 6.4土建.33 7公用工程和辅助设施公用工程和辅助设施36 7.1给排水.36 7.2供电.37 7.3电信.38 7.4维修.38 8节能、节水节能、节水39 8.1节能.39 8.2节水.41 9消防消防42 9.1编制依据.42 9.2依托条件.42 9.3工程概述.42 9.4消防措施.42 10环境保护环境保护44 10.1环境质量现状.44 10.2拟建项目执行的环保标准.45 10.3主要污染源及污染物.45 10.4污染治理方案.46 10.5环境管理与监测.46 10.6清洁生产.47 11劳动安全与工业卫生劳动安全与工业卫生48 11.1编制依据.48 11.2项目生产过程中职业危害因素的分析.48 11.3职业安全卫生防护的措施.49 12工厂组织和劳动定员工厂组织和劳动定员55 12.1工厂体制及组织机构.55 12.2生产班制度及人力资源配置.55 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 2 12.3人员来源和培训.55 13项目实施规划项目实施规划56 13.1建设周期的规划.56 13.2实施进度计划.56 13.3项目招标内容.56 14投资估算和资金筹措投资估算和资金筹措58 14.1投资估算.58 14.2资金筹措.59 15财务经济评价财务经济评价62 15.1财务评价基础数据与参数选取.62 15.2生产成本和费用估算.62 15.3节能收入和利润估算.63 15.4财务评价结论.63 16结结 论论73 16.1结论.73 16.2建议.73 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 1 1 1 总总 论论 1.1概述 1.1.1 项目名称、主办单位名称、企业性质及法人 项目名称：硫磺制酸低位热能回收节能改造 主办单位：*有限公司 企业性质：* 企业法人：* 1.1.2 主办单位基本情况 *有限公司位于三门峡门户*省*市，交通便利，水路、铁路、公路四 通八达。*公司是*省重点企业之一，是国家发改委公布的节能“千家”企业之 一（序号 741）,是*省循环经济重点试点企业，拥有总资产 15 亿元，拥有职工 2000 余人，产品涵盖化肥、化工、热电三大领域，具备年产 20 万吨合成氨、25 万吨磷酸、85 万吨硫酸、40 万吨磷酸一铵、30 万吨复合肥、5 万吨甲醇等主导 产品的生产能力。公司综合实力处于全国磷化工行业和有机化工行业的前列， 2008 年实现销售收入 12.6 亿元。公司资信等级为 aaa 级，资产负债率为 53%。 *有限公司 2003 年通过了质量（iso9001）体系认证，2005 年通过了质量、 环境（iso14001） 、职业健康安全（ohsas18001）三体系认证。公司主导产品 npk、磷酸一铵均为国家免检产品，其中“*牌”磷酸一铵 2004 年 9 月公司主导 产品磷酸一铵获“国家免检产品”称号，2005 年 9 月获“中国名牌产品”称号。 国内市场占有率居全国第一位，成为*省唯一的“中国名牌”化工产品，实现了 *市“中国名牌”产品零的突破。 公司将立足*磷矿资源优势，重点发展磷复肥，进一步开拓磷化工市场，扩 大投资，加速工程建设和技术改造。到 2010 年，*公司将具备年产 150 万吨磷 酸一铵、150 万吨磷酸二铵、1100 万吨 npk 生产能力，销售收入规模达到 20 亿 元，成为我国重要的磷复肥生产基地。 1.1.3 项目提出背景，投资目的、意义和必要性 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 2 1.1.3.1可持续发展的战略要求 我国是一个人均资源拥有量很少的国家，能源利用率低的问题已严重阻碍了 我国经济的发展和企业效益的提高。资源与环境问题、人口问题已被国际社会公 认是影响 21 世纪可持续发展的三大关键问题。新中国成立后特别是改革开放以 来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的巨大成就，但是，我们在资源和环境方 面也付出了巨大代价。经济增长方式粗放，资源消耗高，浪费较大，污染严重， 能源紧缺与环境污染已成为制约我国经济与社会进一步发展及人民生活与健康水 平进一步提高的重大因素。党的十六届五中全会提出：“要加快建设资源节约型、 环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态， 认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人体健康的突出的环境问题，在全社 会形成资源节约的增长方式和健康文明的消费模式”。因此，企业必须转变经济 增长方式，大力推行节能降耗。 1.1.3.2企业发展的需要 作为年产 70 万吨磷铵及 npk 复合肥的配套工程，*有限公司建设了年产 30 万吨硫磺制酸项目，其所产硫酸作为磷肥生产的中间产品。硫磺制酸反应过程 中产生了大量的高、中、低温余热，在我国传统及现有热能回收工艺中，仅对高 温热能进行了回收利用，对大部分中低温余热没有充分利用，热能利用率只有 70%， 同时为满足生产需要又得大量生产低压蒸汽，蒸汽锅炉又消耗大量的煤炭资源， 显然一方面有大量需求得不到满足，另一方面又大量浪费热能，没有得到有效利 用，增加了企业的生产成本，通过技术改造来充分回收利用中低温位热能生产蒸 汽是节能降耗的有效途径，是企业自身发展、增强竞争力的需要。 1.1.3.3企业的社会责任 作为全国节能“千家”重点企业，为贯彻落实国民经济和社会发展第十一 个五年规划纲要，实现单位 gdp 能耗降低 20%左右的约束性目标肩负重要责任， 该公司已与*省人民政府签署了“十一五”节能目标。*公司必须大力实施节能 技术改造，加大投入，用先进适用技术改造或新建节能装置，降低能源消耗，确 保“十一五”期间实现万元工业总产值能耗降低 20%的目标。 1.1.3.4提高技术水平的需要 本项目硫磺制酸低位热能回收装置将是我国较早引进的装置，其技术含量和 余热利用效率均达到国际先进水平，热能回收率可从 70%提高到 95% 以上，在行 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 3 业内具有明显的示范作用。 1.1.3.5提高效益的途径 本项目采用美国孟山都环境化学公司（mecs）的硫酸低位热能回收专利技术 （hrs）和设备，建设 1000t/d（30 万吨/年）硫磺制酸系统的低位热能回收装置， 项目实施后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，产生如下效益： 1）hrs 多产 0.6mpa 蒸汽 15.84 万吨/年，节能折标煤 14482 吨/年； 2）除氧器降耗 0.5mpa 蒸汽 35956.8 吨/年，降耗折标煤 3236 吨/年； 3）循环水降耗 2046 万吨/年； 4）电力降耗 512 万 kwh/年，降耗折标煤 1792 吨/年； 总之，项目建成投产后，年可增产蒸汽 15.84 万吨，同时蒸汽降耗 35956.8 吨，电力降耗 512 万 kwh/年，合计节能降耗折标煤 19510 吨；削减了废水排放 量，以新带老，有利于环境保护；项目新增就业岗位 12 个；项目每年可新增利 润总额 1691 万元，新增销售税金 394 万元，静态投资回收期为 3 年（含建设期） ， 经济效益、节能效益、环保效益和社会效益显著。投资建设本项目装置，对于企 业发展循环经济、提高经济效益和产品竞争力、合理利用能源及可持续发展具有 深远的意义。 1.1.4 可行性研究报告编制的依据和原则 1.1.4.1可行性研究报告编制依据 (1) 原中石化协产计发200676 号文关于印发化工投资项目可行性研究 报告编制办法的通知 (2) *有限公司与*有限公司签订的硫磺制酸低位热能回收节能改造项目 可行性研究报告编制合同 (3)由*有限公司提供的建设硫磺制酸低位热能回收节能改造项目装置的 有关基础资料 1.1.4.2可行性研究报告编制原则 (1)严格贯彻执行国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要和国家发 展和改革委员会关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知精神 及国家标准、规范、政策。 (2)采用先进节能的生产工艺技术, 努力降低消耗，提高产品质量, 力求达 到国内外同类型装置的先进水平。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 4 (3) 结合环境要求及工厂条件，统一规划，使工程建设与企业发展相协调， 提高节能降耗，最大限度地发挥工程的节能效益、环境效益和社会效益。 (4)提高自动化水平, 尽量减少操作和管理人员, 仪表水平落实可靠与适度 先进相结合。 (5)注重采取环境保护措施, 努力“以新带老”和避免产生新的污染源。环 保工程与工艺装置同步设计、同步施工和同步投产。 1.1.5 项目建设的有利条件 （1）项目工业化技术来源于美国孟山都环境化学公司（mecs）的硫酸低位 热能回收的成熟专利技术（hrs） 。装置性能稳定，为项目建成和尽快发挥效益提 供可靠技术保障。 （2）建设单位拥有一批具有丰富生产管理经验的高级人才，为本项目装置 建成投产和正常运行提供可靠的组织、管理保障。 （3）建设单位具有较强的资金筹措能力、抗风险能力和资金还贷能力。 （4）建设单位拥有较雄厚技术力量储备，在化肥领域具有较强的研发能力。 1.1.6 5 可行性研究报告研究范围 （1）硫磺制酸低位热能回收节能改造项目工艺技术方案； （2）与工艺装置配套的公用工程及辅助设施方案； （3）项目的环境保护、劳动安全和卫生评估； （4）投资估算与技术经济评价； （5）招标方案 1.2项目可行性研究结论 1.2.1 研究的简要结论 （1）本项目的建设、实施是必要的和必需的； （2）产品市场销售前景广阔，生产规模合适； （3）采用成熟的生产工艺，技术可靠，产品质量稳定； （4）本项目的“三废”易于治理，并有可靠的技术和方案； （5）研究结果表明，本项目具有较好的经济效益和社会效益，建议尽快实 施。 1.2.2 存在的主要问题和建议 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 5 建议建设单位尽快完成与美国孟山都环境化学公司（mecs）完成合作谈判， 进入建设阶段，使项目早日建成投产创造效益。 附表 1-1： 主要技术经济指标表 表 1-1 主要技术经济指标表 项 目 名 称单 位数 量备 注 一改造规模 硫磺制酸万吨/年30 二生产方案 10.6mpa 蒸汽（副产）万吨/年15.84 20.5mpa 蒸汽（节约）万吨/年3.59 3循环水（节约）万吨/年2046 4电（节约）万 kwh/年512 三年操作日天330 四公用动力消耗量 1软水万吨/年15.84 五装置总定员人12 六工程项目投入总资金万元7226 流动资金万元0 七成本和费用 年均总成本费用万元-2102 八年均利润总额万元1691.51 九年均销售税金万元37.33 十财务评价指标 1投资利润率%43.3 2投资回收期 i(税前) ii(税后) 年 年 3.01 3.53 含建设期 3全投资内部收益率 i(税前) (税后) % % 49.55 39.05 4全投资净现值 i (税前) ii(税后) 万元 万元 7437 5142 ic=13% 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 6 2 2产品方案及生产规模产品方案及生产规模 2.1政策符合性 能源是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质基础, 能源利用是实施可持续 发展战略的重要课题之一。我国的环境污染问题已经受到了国际社会的高度关注。 随着人口的增加和经济的发展，我国资源相对不足的矛盾将日益突出。回收利用 工业余热是节约能源、保护资源、保护环境的重要措施，从70年代中开始，就受 到国家重视。 开展资源综合利用，是我国一项重大的技术经济政策，也是国民经济和社会 发展中一项长远的战略方针，对于节约资源，改善环境，提高经济效益，促进经 济增长方式由粗放型向集约型转变，实现资源优化配置和可持续发展都具有重要 的意义。 为推动全社会大力节能降耗，提高能源利用效率，加快建设节能型社会，我 国制定和发布的第一个节能中长期专项规划，提出了十一五乃至今后一个时期 我国的节能指导思想原则和目标、节能的重点领域、重点工程及保障措施。规划 提出 2003 年到 2010 年，年均节能率为 2.2%，形成的节能能力为 4 亿吨标准煤， 2003 年到 2020 年年均节能率为 3%，形成的节能能力为 14 亿吨标准煤，主要产 品单位能耗指标 2010 年总体达到或接近 20 世纪 90 年代初国际先进水平，其中 大中型企业达到本世纪初国际先进水平；2020 年达到或接近国际先进水平，主要 耗能设备能效指标 2010 年新增主要耗能设备能源效率达到或接近国际先进水平， 十一五期间在工业节能方面重点推进电力、煤炭、有色金属、石化、化工建材 等高耗能行业节能，通过结构调整、技术改造加强管理，提高能源利用效率,并 建成一批符合循环经济发展要求的资源节约型、环境友好型先进企业和化工园区。 国家鼓励化工行业进行节能和环保改造。而且企业要生存和发展也必须充分 运用先进技术进行技术改造，既要发挥资源优势，也不能完全依赖资源消耗来支 撑经济的长期快速增长。要充分、高效利用有限的资源，搞好资源节约和综合利 用，加强节能降耗，降低生产成本，提高竞争力，发展循环经济，使有限的资源 发挥出最大的效用。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 7 本项目为硫磺制酸生产低温位热能的回收与利用。针对建设单位生产中一方 面要求外部供热,另一方面又浪费自身热能的现状，拟建设 hrs 装置回收余热。 这样，不仅做到生产系统内的热量平衡，减少耗用外供的蒸汽，供装置使用，节 省锅炉燃煤，充分利用能源，又节约了煤资源与水资源，还可以减少对环境的污 染，符合党中央国务院提出的用高新技术改造传统产业，走节约能源，节约资源， 保护环境相协调的可持续发展道路的产业政策，具有明显的经济效益与社会效益， 拟建项目符合国家产业政策和行业发展规划要求。 2.2生产规模和产品方案 作为年产 170 万吨磷铵及 npk 复合肥的配套工程，*有限公司建设了年产 80 万吨硫磺制酸项目，其所产硫酸作为磷肥生产的中间产品。该装置以进口固体 硫磺为原料，采用带搅拌器的快速熔硫，粗硫经过过滤器过滤，液体硫磺用泵加 压机械雾化焚烧， “31”两转两吸工艺，转化率达 99.8%。设置 45t/h 高压废热 锅炉、蒸汽过热器和省煤器，回收焚硫转化的高、中位热能，产生 482， 3.82mpa 的高压过热蒸汽，将回收的过热蒸汽用于发电。配套设计有一台 6000kw 抽背机组，将硫磺制酸余热锅炉产蒸汽接入抽背发电机组，并与原有主蒸汽母管 连通，通过供热管道给磷酸二铵、npk 等生产装置供汽。硫磺制酸反应过程中产 生了大量的高、中、低温余热，仅对高温热能进行了回收利用，对大部分中低温 余热因其品位低而没有充分利用，特别是吸收系统里的 so3 反应热和空气干燥塔 里的硫酸稀释热，热能利用率只有 70%，热能利用率不高，然而为满足生产需要 大量生产低压蒸汽，消耗大量的锅炉煤，造成了一面大量浪费，一面又大量需求 的局面。因此，进一步提高该项目中低位热能的利用率是非常必要的。 monsanto 公司于 1987 年首次开发出 hrs 系统并获得专利，该工艺处于世界 领先地位，是硫酸系统最大限度回收热能的一次优化。用 hrs 吸收塔、hrs 锅炉、 hrs 加热器、hrs 稀释器代替传统的中间吸收塔及其循环系统，可生产 0.6mpa，170的低压蒸汽，每吨酸可多产 0.48 吨低压蒸汽，热能回收率由过去 的 70%，提高至 95%。 根据国内外的技术发展现状，中国硫酸工业协会也推荐首选孟山都公司的 hrs 技术，本项目拟采用该技术以进一步提高热能利用效率。 本项目采用美国孟山都环境化学公司（mecs）的硫酸低位热能回收专利技术 （hrs）和设备，建设 1000t/d（吨/天）硫磺制酸低位热能回收装置和配套设施。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 8 建成投产后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，项目比原装置节能降耗减排情 况如下： 1）hrs 多产 0.6mpa 蒸汽 15.84 万吨/年，节能折标煤 14482 吨/年； 2）除氧器降耗 0.5mpa 蒸汽 35956.8 吨/年，降耗折标煤 3236 吨/年； 3）循环水降耗 2046 万吨/年； 4）电力降耗 512 万 kwh/年，降耗折标煤 1792 吨/年； 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 9 3 3工艺工艺技术技术 3.1 工艺技术方案选择 3.1.1 国内外工艺技术概况 3.1.1.1硫磺制酸概况 在硫磺制酸生产过程中，从硫磺燃烧生成二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成 三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸的每一步反应都是放热反应，总的反应热约为 500kj/mol 硫酸。除装置散热排气等损失外，其余热量理论上均可回收利用。 可回收的热量中焚硫和转化部分的高中温余热约占 70%，干吸部分的低温余热约 占 30%。如何安全可靠充分合理地回收利用这些热量，不仅标志制酸装置的技术 水平，而且还决定着制酸装置经济上的生存能力。 3.1.1.2高中温余热回收 我国硫酸产业结构和原料结构调整在“十五”期间取得了举世瞩目的成绩。 目前，我国硫酸产量约占世界总产量的 20%，超过美国，居世界第一位。 硫酸生产根据原料不同，有硫磺制酸、硫铁矿制酸及冶炼烟气制酸等。其中， 硫磺制酸流程简单，操作简便，工艺稳定，容易实现自动化控制，具有大规模生 产的优势。近年来我国硫酸工业技术和装备有了较大进步，并引进了国外一些技 术装置。如德国鲁奇（lurqi）、美国孟山都（monsanto）、加拿大开米蒂克斯 （chemetics）、瑞典波利顿（boliden）、日本三菱重工（mhi）等公司的成套 硫酸装置、技术、设备仪表、阀门等，使世界上主要的先进技术和设备在国内都 有了样板。为我国硫酸装置大型化、提高硫酸生产技术及达到国际先进水平起到 了重要作用。硫磺制酸装置的规模也在向大型化发展，云磷单系列 600kt/a 已建 成投产，2800kt/a 正在设计，云南富瑞单系列 800kt/a 也建成投产，目前国内 已建成的规模最大的硫磺制酸装置为江苏张家港双狮集团 1000kt/a 硫磺制酸。 随着我国大型磷复肥发展的需要，硫酸新技术和装备的引进、消化吸收，大型硫 酸装置还将陆续兴建。 二十世纪六十年代，我国硫酸装置开始使用中压余热锅炉。进入八十年代， 我国硫酸厂在余热利用方面进展较快，目前规模在 40kt/a 以上的硫酸厂大部分 已较好地利用高温位余热产汽发电，取得了显著的效益。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 10 （一）可回收的高中温余热：硫磺焚烧及二氧化硫催化氧化为三氧化硫所释 放的热量，除了炉气在两个吸收塔中所损失的热量外，其余的热量均为余热必须 移出。对典型的“3+1“流程而言可回收的余热包括以下几部分： 焚硫炉出口 1050左右的高温炉气冷却到 420左右进入一段转化。 一段转化出口 600左右的炉气冷却到 450左右进入二段转化。 三段转化出口冷热换热器后 280左右的炉气冷却到 190左右进入中间 吸收塔。 四段转化出口 450左右的炉气冷却到 160左右进入最终吸收塔。 （二）高中温热回收系统：高中温余热的热量较分散，这些热量是分别设置 锅炉产生蒸汽，还是将它们有机组合在一起产生蒸汽，不同的厂有不同的做法， 最常见的有以下三种热回收系统。 1余热回收系统一 焚硫炉出口和一段转化出口分别设一台低压锅炉 1 和 2，三段转化冷热换热 器后设省煤器 2(有时也可采用空气预热器预热燃烧空气） ，四段转化出口设低压 锅炉 3 和省煤器 1（小装置省煤器 1 也可以不设）, 流程见图 3-1。 此热回收系统适用于中小型装置，优点是：投资省见效快，缺点是：锅炉数 量多运行管理难度大。而且必须有饱和蒸汽用户。 低压饱和蒸汽 中压过热蒸汽 过热器 锅炉给水 锅炉2 转化器 至终吸塔 中压锅炉给水 省煤器1 至中间吸收塔 来自中间吸收塔 锅炉1 高温炉气来自焚硫炉 饱和蒸汽 省煤器2 热热换热器 冷热换热器 1 2 4 33 4 2 1 冷热换热器 热热换热器 省煤器2 饱和蒸汽 高温炉气来自焚硫炉 锅炉1 来自中间吸收塔 至中间吸收塔 省煤器1 锅炉给水 至终吸塔 转化器 锅炉2 锅炉3 图 3-1 余热回收流程之一 3-2 余热回收流程之二 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 11 2 余热回收系统二 焚硫炉出口设一中压或次中压锅炉 1，一段转化出设蒸汽过热器，其余同热 回收系统一，流程见图 3-2。这种热回收系统也适用于中小型装置，优点是：产 生的中压或次中压蒸汽可以用于发电或热电联产，四段转化出口锅炉 2 产生的低 压蒸汽用于熔硫保温和除氧。缺点是：锅炉的数量仍然较多，运行管理难度较大。 3 余热回收系统三 这一热回收系统是将各部分的热量有机组合在一起产一个压力等级的蒸汽 (一般是中温中压蒸汽)，典型流程见图 3-3。焚硫炉出口设中压锅炉, 一段转化 出口设高温过热器，三段出口冷热换热器后设省煤器 2，四段转化出口设低温过 热器及省煤器 1。该热回收系统适用于大中型装置，优点是： 所有的高中温余热全产中压蒸汽，从有效能的角度而言比较合理，因为 拥有同样多热量的中压蒸气比低压蒸汽做功能力强，具体表现为可以多发电。 整个热回收系统实际上是一台锅炉，两只过热器和两只省煤器只是锅炉 的部件，这样便于运行管理。 热回率高，每吨酸可产中压过热蒸汽 1.2 吨以上。 另外，对于“3+2”五段转化流程的四段转化出口可设中温过热器、空气预 热器或采用干燥空气冷激的方法回收余热降低炉气温度。 省煤器1 低温过热器 至终吸塔 3 4 2 1 冷热换热器 热热换热器 省煤器2 饱和蒸汽 高温炉气来自焚硫炉 锅炉1 来自中间吸收塔 至中间吸收塔 中压锅炉给水 转化器 高温过热器 中压过热蒸汽 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 12 图 3-3 余热回收流程之三 （三） 高中温余热回收主要设备 高中温热回收设备种类很多，其中最主要的也是最容易发生故障的设备是焚 硫炉出口的锅炉和吸收塔前面的省煤器。 1焚硫炉出口的锅炉 焚硫炉出口的锅炉有两种型式，一种是水管锅炉，另一种是火管锅炉。水管 锅炉在硫铁矿制酸装置上的应用较早，产品也较成熟，故 90 年代中期我国再次 掀起硫磺制酸建设高潮时，国产装置因受硫铁矿制酸装置的影响基本都是采用的 水管锅炉，但使用后很多锅炉（主要是自然循环水管锅炉）发生了炉气外漏和炉 水内漏的事故，严重影响了制酸装置的正常生产，这主要是由于人们对硫磺制酸 的认识不够。硫磺制酸不同于硫铁矿制酸，硫磺制酸无净化工段，锅炉后面就是 转化器，锅炉一旦漏水，将使转化变为湿转化，大量的水蒸汽一方面使三氧化硫 吸收过程恶化，另一方面炉气的露点将会大大的提高，结露生成的硫酸的浓度大 大的降低，从而加快了设备和管道的腐蚀。另外，硫磺制酸炉气是正压。这些就 要求硫磺制酸装置的锅炉不能漏水，同时又要具有较高的承压能力。而水管锅炉 在这些方面与火管锅炉比有先天不足，再加上中小型硫磺制酸装置的水管锅炉比 火管锅炉投资高，所以近几年来火管锅炉在硫磺制酸装置上应用较多，故障率明 显比水管锅炉少，很多装置从未因火管锅炉故障而停车。 总之，水管锅炉在承受正压能力，气流分布的均匀性，对负荷变化的适应性 和安全性等方面都不如火管锅炉。所以焚硫炉出口的锅炉应首选火管锅炉，尤其 是中小型装置。但对于大型或特大型的装置，特别是较高压力的锅炉，由于火管 锅炉造价较高，运输也较困难，此时可以采用水管锅炉。无论是采用火管锅炉还 是水管锅炉，必须从设计、制造、安装和运行管理等环节对锅炉加以高度重视， 只有这样才能保证锅炉安全运行。 2省煤器 为了尽可能多地回收中温余热，在两台吸收塔前有必要设省煤器(见图 3)， 由于省煤器水入口处金属壁温较低，这里可能存在露点腐蚀问题。当省煤器金属 的壁温小于露点温度时酸雾就会在管外壁结露形成冷凝酸，当然形成冷凝酸后不 一定就发生腐蚀，这还要看冷凝酸的浓度和温度。正常运行时，如果结露一般生 成发烟硫酸(浓度102%)，温度小于 120，在这种情况下即使采用碳钢也能耐腐 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 13 蚀。而在开停车及前面的热力设备发生泄漏时，露点温度将会升高，结露形成的 冷凝酸的温度也会升高，而且结露形成硫酸的浓度范围较大，在这种情况下只有 铸铁能耐腐蚀。所以国外的省煤器有两种做法，第一种做法是保证使用寿命而采 用带铸铁套管的省煤器，第二种做法是牺牲设备的寿命而采用价格较便宜的普通 碳钢省煤器。我国目前也有两种做法，第一种做法是采用热管省煤器，利用热管 技术一方面使与炉气接触的金属壁温在正常运行时高于露点温度，从而不会结露 和发生露点腐蚀。另一方面即使在开停车或前面热回收设备发生泄漏时发生了露 点腐蚀，热管省煤器内的水也不会泄漏到炉气中，所以这种方法是具有中国特色 的安全可靠的方法。第二种方法和国外的第二种方法一样采用普通碳钢省煤器， 正常运行时既使结露一般也不会发生腐蚀，而开停车发生的露点腐蚀对整个腐蚀 过程的影响并不大。 3.1.1.3低温余热回收 虽然近几年我国硫磺制酸的生产能力及热能利用技术水平得到了较大发展， 但是在利用硫磺制酸过程中产生的中、低温余热方面，与国际先进水平相比，还 有较大的利用潜力，总热能利用率只达到 70%左右。 在硫磺制酸生产过程中，会产生大量的高温位余热。不仅硫磺要在高温下燃 烧，而且 so2转化为 so3也要在相当高的温度条件下进行。因此，人们长期的实 践是，把调节硫酸厂工艺气体温度的方法与回收能量方法结合在一起。此法是让 高温的气体通过余热锅炉及其相连的蒸汽过热器和锅炉给水预热器。硫磺制酸每 产 1 吨硫酸（100%h2so4）可产生 1.2 吨左右的高、中压蒸汽。 硫酸生产过程还有另一个很大的热源，但是因其品位低而长期未受到人们的 重视，它就是吸收系统里的 so3反应热和空气干燥塔里的硫酸稀释热。就数量而 言，在硫磺制酸厂产生的总热量中，它可占到近 30%。 在 19731974 年和 1979 年两次“能源危机”之后，大型硫酸厂开始把目光 投向酸系统所排弃的大量热能上，希望能回收并以某种经济效益好的方法再利用 它。在这一领域，美国 monsanto 公司开发的硫酸热回收系统（hrs）处于世界领 先地位。monsanto 公司于 1987 年首次开发出 hrs 系统并获得专利。该工艺用 hrs 吸收塔、hrs 锅炉、hrs 加热器、hrs 稀释器代替传统的中间吸收塔及其循环 系统，产生 0.81.0mpa 的低压蒸汽。一般每吨酸可多产 0.40.6 吨低压蒸汽， 热能回收率由传统工艺的 6070%，提高至 95%。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 14 硫酸装置的低温余热由于品位较低，同时又是被硫酸所携带，回收利用技术 上较困难。我国八十年代前这些热量都是由淋洒式铸铁排管冷却后随冷却水带到 环境中，直到八十年代后期随着带阳极保护的不锈钢管壳式浓硫酸冷却器和板式 换热器的开发应用，才为利用这些低温余热提供了可能。近年来国内已有一些硫 酸装置回收利用了部分低温余热，回收和利用的方法主要有以下几种： 加热脱盐水，提高进除氧器的水温，从而减少除氧器蒸汽消耗。但由于锅 炉需要脱盐水的量较少，回收和利用的余热只占低温余热的一小部分。如河南某 化肥厂利用 16 万吨/年硫酸装置的干吸酸热将动力分厂的脱盐水从常温加热到 80，水量为：100t/h，利用的热量约占低温余热总量的 22%。此装置于 1996 年 10 月投入运行。 生产热水用于其它装置，如用于磷酸浓缩和氨蒸发等, 但这种方法必须 是硫酸和磷酸或合成氨等装置的联合化工企业。 生产热水用于居民生活(包括采暖)。如山东某厂利用吸收酸热产生 70左 右的热水用于全厂采暖，采暖面积约为 15000m2。此装置于 1995 年 11 月安全运 行至今，取得了非常可观的经济效益。 以上几种低温余热回收的方式在我国都有成功运行的实例, 但总的来讲我国 硫酸装置的低温余热回收仍处于起步阶段，回收利用的装置很少，绝大部分装置 的低温余热仍然是通过循环冷却水散发到环境中。应用受到限制的主要原因是一 方面人们对低温余热的认识不够，另一方面目前我国的技术只能利用低温余热产 生热水，而热水的利用有其局限性。 3.1.2 公司硫磺制酸现状 *公司年产 30 万吨（1000t/d）硫磺制酸装置全套采用美国孟山都公司技术， 硫酸全部用于湿法磷酸的生产原料。该装置以进口固体硫磺为原料，采用带搅拌 器的快速熔硫，粗硫经过过滤器过滤，液体硫磺用泵加压机械雾化焚烧， “31”两转两吸工艺，转化率达 99.8%。设置 45t/h 高压废热锅炉、蒸汽过热 器和省煤器，回收焚硫转化的高、中位热能，产生 482，3.82mpa 的高压过热 蒸汽，将回收的过热蒸汽用于发电。配套设计有一台 6000kw 抽背机组，将硫磺 制酸余热锅炉产蒸汽接入抽背发电机组，并与原有主蒸汽母管连通， ，通过供热 管道给磷酸二铵、npk 等生产装置供汽。但低温位热能尚没有回收利用，热能利 用率不高。 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 15 3.1.3 工艺方案选择 在硫磺制酸装置低位热能回收这一领域，美国 monsanto 公司开发的硫酸热 回收系统（hrs）处于世界领先地位。带 hrs 技术的硫磺制酸可以回收低温位余 热，同时产生低压蒸汽。hrs 与其说是硫酸热能利用技术上的一次革命，不如说 是酸系统最大限度回收热能的一次优化。 （传统硫磺制酸与带 hrs 系统的硫磺制 酸热能回收利用情况对比见表 3-1。 ） 表 3-1 传统硫磺制酸与带 hrs 系统硫磺制酸主要经济技术比较 传统硫磺制酸 带 hrs 系统的硫磺制 酸 高压蒸汽产量（t/t）1.201.20 低压蒸汽产量（t/t）00.48 热能回收率 （%）70%95% 净动力（kw/mtpd）10.614.6 monsanto 公司于 1987 年首次开发出 hrs 系统并获得专利，hrs 的工业推广并 不令人满意，从 1987 年 11 月 hrs 首次成功的工业应用至今，全世界仅有 20 多 套装置采用了 hrs，难以推广的主要原因是： hrs 对硫酸浓度的要求很高，只能控制在狭窄的范围内，稍有偏差就会发 生严重的腐蚀，而且不能用于发烟酸装置。 投资太高, 如 1000t/d 硫酸装置 hrs 投资约为 300 万美元，约占整个装置 投资的 30%，这是一般投资者较难接受的，特别是对于我们这样一个发展中国家。 然而孟山都的 hrs 毕竟代表硫酸装置低温热回收的世界先进水平，热能回收 率由传统工艺的 6070%，提高至 95%。hrs 系统操作方便、运行稳定。和酸相接 触的 hrs 系统部件的材料（除陶瓷填料和通往 hrs 塔第二级的烟气管道外） ，采 用孟山都 zecor310m 不锈钢，这些材料在要求的操作温度并保持酸浓度的情况 下，对硫酸具有较高的耐腐蚀性（小于 0.025 毫米/年） ；在酸循环系统中多个点 上设置分析仪和腐蚀速率监测器，当由于酸浓度失控导致腐蚀速率提高时，可以 适时报警并自动紧急停车。目前已在全世界取得了实际运行系统的丰富经验，江 苏双狮集团也成为国内第一家应用该技术的公司，采用 monsanto 公司先进的 hrs 工艺技术改造现有大型硫磺制酸装置具有成功的借鉴经验。 根据国内外的技术发展现状，中国硫酸工业协会也推荐首选采用孟山都公司 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 16 的 hrs 技术，本项目拟采用该技术以进一步提高热能利用效率。 3.2工艺流程和消耗定额 3.2.1 工艺流程概述 3.2.1.1装置规模和年操作时数 本项目采用美国孟山都环境化学公司（mecs）的硫酸低位热能回收专利技术 （hrs）和设备，建设 1000t/d（30 万吨/年）硫磺制酸系统的低位热能回收装置， 项目实施后，在保持原有硫酸产量不变的情况下，产生如下效益： 1）hrs 多产 0.6mpa 蒸汽 15.84 万吨/年，节能折标煤 14482 吨/年； 2）除氧器降耗 0.5mpa 蒸汽 35956.8 吨/年，降耗折标煤 3236 吨/年； 3）循环水降耗 2046 万吨/年； 4）电力降耗 512 万 kwh/年，降耗折标煤 1792 吨/年； 年操作日 330 天，每天 24 小时，年生产 8000 小时。采取四班三运转制。 3.2.1.2装置组成 该热回收系统包括一个两级热回收填料塔、一台 hrs 卧式蒸汽锅炉、一台 hrs 加热器、一台 hrs 预热器、一台稀释器、一台酸循环泵（位于在单个泵槽内） 以及一台排酸泵；除氧锅炉给水先送入 hrs 加热器，然后进入 hrs 锅炉；除氧锅 炉给水在 hrs 稀释器内亦用作稀释水，以最大化中压蒸汽的产量。 3.2.1.3原材料、辅助材料、燃料和动力 硫磺制酸低位热能回收改造前后主要原材料消耗见表 3-2。 表 32 改造前后产品消耗定额（以吨 100%h2so4计） 序 号名 称 及 规 格单 位改造前单耗 改造后单耗 一原辅料及动力 1硫磺吨0.3320.332 2催化剂kg0.0490.049 3工艺水吨0.380.38 4循环冷却水 t=10吨76.715.3 5脱盐水吨1.862.31 6蒸汽吨0.2470.14 7电 （380v，50hz）kwh90.486 8仪表空气m31.41.4 9轻柴油kg0.020.02 二副产 蒸汽（0.6mpa,170）吨00.48 蒸汽（3.82mpa,482）吨1.21.2 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 17 3.2.1.4产品、副产品及主要中间产品 由表 3-2 可知，采用 hrs 装置副产蒸汽后，回收了低温位热能，循环冷却水 量由 76.7 减少到了 15.3t/t 产品；用热量回收塔（hrs 塔）代替传统的中间吸收 塔，用 hrs 锅炉回收 so3吸收热，比原装置每吨硫酸多回收 0.48 吨低压蒸汽。 1）每吨硫酸多回收约 0.48 吨低压蒸汽，即1000t/d（30 万吨/年）硫酸装 置每小时产生 0.6mpa，170的低压蒸汽 20 吨，年可产汽 15.84 万吨； 2）通过 hrs 预热器和 hrs 加热器内循环酸的热能来加热锅炉给水，使得除 氧器的耗汽（0.5mpa，160）量每小时降低 4.54 吨，年可减少蒸汽消耗 35956.8 吨； 3）改造前未被利用的低温热能都是通过循环冷却水来吸收以冷却物料，循 环冷却水量为 76.7t/t 硫酸 (3195t/h)，改造后 80%的低温热能被利用，因而循 环冷却水量也减少 61.4t/t 至 15.3t/t 硫酸 (637t/h)，年循环水量由 2556 万吨 减少到 510 万吨，年减少循环水量达 2046 万吨； 4）循环冷却水量减少 61.4t/t 硫酸后，可以减少循环水泵 640kw，年节电 640kw8000h = 512 万 kwh；即每吨硫酸耗电量降低 17.1kwh。 5）循环水量由 2556 万吨减少到 510 万吨，*公司循环水浓水排放系数为 0.65%，因此循环水浓水年排放量也相应由 16.6 万吨减少到 3.3 万吨，减少废水 排放量 13.3 万吨。废气和废渣的产生量及污染物排放均不发生变化。 总之，项目建设是在转化三段与四段之间新增加入 hrs 系统，同时改造、优 化现有工艺，因改造而新增的 hrs 系统仅与原硫磺制酸装置发生能量的传递，不 改变硫酸产量及基本原料消耗。hrs 系统回收利用低温位热能副产蒸汽，同时节 约蒸汽、节电、节水。项目实施产生的产品、副产品及主要中间产品如下： 1 蒸汽（回收低位热能副产） 15.84 万吨 压力 0.6mpa 温度 170 2 蒸汽（降耗） 3.59 万吨 压力 0.5mpa 温度 160 3 电（节约） 512 万 kwh 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 18 电压 380v.ac. 频率 50hz 4 循环水（节约） 2.46 万吨 上水压力 0.35mpa 上水温度 32 下水温度 42 悬浮物 20ppm 固体可溶物 500ppm ph 7-9 5 循环水浓水（减排） 13.3 万吨 3.2.1.5工艺流程说明 硫磺制酸低温位热能回收系统（hrs 系统）主要包括 so3炉气热量回收系统、 hrs 蒸汽锅炉系统、酸循环动力系统； 1、so3炉气热量回收系统 so3炉气来源：精制液磺从精硫大贮槽流至精硫地下槽，由高压硫磺进料 泵连续送入焚硫炉，经过硫磺喷枪雾化后的液硫，与气体压缩机输送来的空气进 行燃烧反应产生高温的 so2炉气，炉气经废热锅炉回收热量降至 420温度后进 入转化器，在催化剂的作用下转化成 so3气体。s03炉气经过 monplex 冷热换热器、 monplex 热热换热器换热后进入省煤器 3b。 so3炉气热量回收系统工艺：来自省煤器 3b 的三氧化硫炉气进入 hrs 塔的 第一级，在此级中 so3自下而上经过填料与自上而下的 99%hrs 循环酸（由分酸器 均匀分布在塔中）相接触，so3被吸收。剩余的烟道气进入 hrs 塔的第二级，剩 余的 so3基本上都被循环酸（98.5%）所吸收，经过塔顶的高效除雾器，除去酸雾 后的炉气至冷换工段。在第二级中形成的酸直接流入第一级的填料两级间设有气 体分布器和液体储槽；第一级生成的酸流入 hrs 塔底，经位于 hrs 塔泵槽内的酸 泵进行酸循环。在 so3炉气热量回收系统中，so3气体与浓硫酸接触，so3气体与 酸中的水分反应生成硫酸并放出热量，由于吸收了 so3的硫酸浓度上升会产生浓 缩热，以上两部分热量都留在循环酸中。 2、hrs 蒸汽锅炉系统 hrs 塔底的高温硫酸先由 hrs 酸循环泵送至卧式的 hrs 锅炉，锅炉中的酸与 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 19 水进行换热，副产 0.6mpa 饱和蒸汽至外管。冷却的酸（199）大部分（90%） 进入 hrs 稀释器后回至 hrs 塔的第一级，剩余部分酸进入 hrs 加热器与 ip 给水 泵送来的除氧水进行换热，然后进入 hrs 预热器将额外的热传递至脱盐水，酸温 由 173降为 110 ，而水温由常温升高到 90 ，以提高进入除氧器脱盐水的 温度，更进一步节约蒸汽，而自 hrs 预热器的酸则流入共用泵槽，供干燥和吸收 系统酸循环。 3、酸循环动力系统 为了保证系统生产的连续性，需要给循环酸提供动力泵。本工程主要新 增各类泵包括 hrs 循环泵、干燥循环泵、二吸酸循环泵、hrs 排酸泵。拟采用美 国路易斯公司生产的路密特合金材质离心泵。 在酸循环系统中多个点上设置分析仪和腐蚀速率监测器，当由于酸浓度失控 导致腐蚀速率提高时，可以适时报警并自动紧急停车。 3.2.2 工艺流程方框图 在现有硫酸装置中新增低温位热能回收系统（hrs 系统） ，将三氧化硫吸收过 程中的热量加以回收生产低压蒸汽。其流程如图 4-1 所示： 除 氧 器 脱盐水 去串酸 冷脱盐水 hrs 塔 二级酸 hrs 循环酸泵 转化三段来炉气 炉气去转化四段 hrs 锅 炉 低压蒸汽 hrs 稀 释 器 hrs 加 热 器 hrs 预 热 器 脱盐水 一级酸 图 4-1 hrs 低位热能回收装置工艺流程方框图 3.2.3 蒸汽平衡 *有限公司热电车间现有 1 台 20t/h 的循环流化床锅炉和 1 台 45t/h 硫磺 制酸锅炉，配套设计有一台 6000kw 抽背机组,供热能力见表 3-5。本项目改造后， 硫磺制酸低位热能回收节能改造 项目可行性研究报告 20 可减少热电车间供汽 24.5t/h，可充分满足*公司现有装置满负荷生产的供汽需 求。 表 3-3 改造前*公司生产装置满负荷运行蒸汽消耗表 序 号 压力等级硫酸合成氨#锅炉磷铵合计 13.5 mpa75 t/h75t/h 21.3 mpa2t/h4t/h6t/h 30.6 mpa4.5t/h19t/h1t/h30t/h54.5t/h 40.2 mpa27t/h27t/h 表 3-4 改造后*公司生产装置满负荷运行蒸汽消耗表 序 号 压力等级硫酸合成氨#锅炉磷铵合计 13.5 mpa75 t/h75t/h 21.3 mpa2t/h4t/h6t/h 30.6 mpa19t/h1t/h30t/h50t/h 40.2 mpa27t/h27t/h 表 3-5 改造前后*公司蒸汽产量对比表 压力等级硫酸合成氨硫精砂制酸供汽锅炉磷铵合计 3.5 mpa47t/h25t/h3t/h75t/h 1.3 mpa11t/h11t/h 0.6 mpa54.5t/h54.5t/h 改 造 前 产 蒸 汽 0.2 mpa17t/h10t/h27t/h 产汽总量 47t/h53t/h57.5t/h10t/h 压力等级硫酸合成氨硫精砂制酸供汽锅炉磷铵合计 3.5 mpa47t/h25t/h3t/h75t/h 1.3 mpa11t/h11t/h 0.6 mpa20t/