年产30万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告.doc

年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 3030 万吨万吨 年硫磺制酸装置年硫磺制酸装置 低温热能回收项目低温热能回收项目 可行性研究报告可行性研究报告 1 第 页 目目 录录 第一章第一章 总总 论论 1 1 1 概述 1 1 2 研究的简要结论 3 第二章第二章 市场预测市场预测 7 2 1 市场情况预测 7 2 2 产品价格分析 8 第三章第三章 产品方案及生产规模产品方案及生产规模 9 3 1 产品方案 9 3 2 生产规模 9 3 3 产品的品种及规格 10 第四章第四章 工艺技术方案工艺技术方案 11 4 1 低温热回收技术原理 11 4 2 国内外工艺技术概况 12 4 3 工艺流程和消耗定额 13 4 4 自控技术方案 16 4 5 主要设备的选择 17 第五章第五章 建厂条件和厂址方案建厂条件和厂址方案 22 5 1 建厂条件和厂址方案 22 5 2 厂址方案 24 第六章第六章 公用工程和辅助设施方案公用工程和辅助设施方案 25 6 1 总图运输 25 6 2 给排水 26 6 3 供配电 27 6 4 维修 28 6 5 分析化验 28 6 6 土建工程 29 第七章第七章 节节 能能 31 7 1 能耗指标及分析 31 7 2 节能措施 32 第八章第八章 环境保护环境保护 33 8 1 编制依据 33 8 2 设计采用的环境质量标准和排放标准 33 8 3 工程概况 33 8 4 厂址与环境现状 33 8 5 建设项目的主要污染源及污染物 34 2 第 页 8 6 环境保护措施 35 第九章第九章 劳动安全与工业卫生劳动安全与工业卫生 37 9 1 设计采用主要标准规范 37 9 2 工程概况 37 9 3 生产过程的职业危害因素分析 38 9 4 职业安全卫生防护措施 39 9 5 预期效果及评价 42 9 6 劳动安全和工业卫生机构设置及人员配备 42 9 7 投资概算 42 9 8 消防 42 第十章第十章 工厂组织和劳动定员工厂组织和劳动定员 43 10 1 工厂体制及组织机构 43 10 2 工作制度与劳动定员 43 10 3 人员来源和培训 43 第十一章第十一章 项目实施规划项目实施规划 44 11 1 建设工期规划 44 11 2 项目实施进度表 45 第十二章第十二章 投资估算和资金筹措投资估算和资金筹措 46 12 1 总投资估算 46 12 2 资金筹措 47 项目总投资估算表项目总投资估算表 48 第十三章第十三章 财务分析财务分析 49 13 1 财务评价依据 基础数据与参数 49 13 2 成本和费用估算值 50 13 3 财务盈利能力分析 50 13 4 结论 50 第十五章第十五章 结结 论论 60 15 1 综合评价 60 15 2 结论 60 附图附图 1 设备平面布置图 NR0901 1 2 硫酸系统工艺流程图 NR0901 2 3 汽水系统工艺流程图 NR0901 3 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 1 页 第一章第一章 总总 论论 1 1 概述概述 1 1 1 项目名称 主办单位名称 企业性质及法人项目名称 主办单位名称 企业性质及法人 项目名称 某复合肥有限公司 30 万吨 年硫磺制酸装置低温热能回收项目 主办单位 某复合肥有限公司 法定地址 某火车站西 法 人 1 1 2 可行性研究报告编制的依据和原则可行性研究报告编制的依据和原则 1 1 2 11 1 2 1 编制依据编制依据 1 化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定 修订本 原化 学工业部化计发 1997 426 号文 2 某复合肥有限公司与某设计院签定的 某复合肥有限公司 30 万吨 年硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告编制合同 合同编 号 NHSC 09001 1 1 2 21 1 2 2 编制原则编制原则 本可研报告的编制将遵循下述原则 1 立足我院自身技术优势 选用技术先进 工艺成熟 运行可靠的 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 2 页 低温热能回收工艺技术 确保系统安全 可靠 稳定长周期运行 2 充分利用硫酸装置已有的公用设施 辅助设施 节约工程投资 降低运行费用 3 遵循持续发展的战略观念 严格执行环境保护法规 安全和工业 卫生法规 控制对环境的污染 建设清洁生产装置 4 充分利用现有场地 布置紧凑 布局合理 5 充分考虑热能回收系统施工时 不影响其他装置运行 热能回收 系统启停时 也不影响主装置的正常运行 6 充分利用硫酸装置的集散控制系统 DCS 进行扩能改造 对生产 过程进行监视和控制 方便生产管理和设备维护 7 全部采用可靠的国产化的技术和装备 节约工程投资 1 1 3 项目提出的背景项目提出的背景 某复合肥有限公司 始建于 1973 年 位于山东中部 市 东靠胶济铁 路线 西邻 205 国道 南接济青高速公路 国家 省磷肥 复合肥定点生 产厂家 现有职工 1018 人 工程技术人员 245 人 中高级职称 178 人 总资产 7 9 亿元 拥有 30 万吨硫酸钾复合肥 10 万吨磷肥 10 万吨磷铵 粉 10 万吨工业盐酸 12 万吨硫铁矿制酸装置配套 3000 千瓦余热发电系 统 30 万吨 年硫磺制酸装置配套 6000 千瓦余热发电系统 3 万吨 年干 法氟化铝 在建 6 万吨 年干法氟化铝等生产线 公司经过多年的生产实 践 培养了一批懂经济 善管理 开拓型的干部 近年来 企业的经营管 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 3 页 理和生产技术水平不断提高 经济实力不断增强 在各种含硫原料制取硫酸的生产过程中 含硫原料的燃烧 二氧化硫 的氧化及三氧化硫的吸收三个主要过程均伴有大量的化学能释放出来 含 硫原料的燃烧及二氧化硫的氧化过程中产生的高 中温余热利用均已有较 为成熟的工艺 在硫酸装置干燥和吸收过程中 伴有大量的反应热 冷凝 热和稀释热产生 这部分热量的利用由于高温浓硫酸的强腐蚀性而受到了 很大的限制 目前除了少量装置用于加热工业和生活用水外 一般都是用 循环冷却水移走而白白浪费 公司 30 万吨 年硫磺制酸装置配套 6000 千瓦余热发电系统 已实现高 温余热 中温余热这两部分的热量产生中压蒸汽发电的综合利用 自 2006 年 11 月至今 运转平稳 实现了资源的综合利用 取得了良好的经济效 益 但干吸部分的低温余热一直未得到有效的开发利用 国内已有一些企 业利用国外技术建设了低温热能回收装置 取得了一定的经济效益 在国 家积极倡导节能减排的形势下 开发利用 30 万吨 年硫磺制酸装置的低温 废热的时机已经成熟 1 1 4 投资的必要性及其意义投资的必要性及其意义 1 发展企业产业链 实现循环经济的需要 项目选定建于某复合肥有限公司 30 万吨 年硫磺制酸装置上 是公司 产业的延伸 最终产生的低压蒸汽可以供给公司 30 万吨 年硫酸钾复合肥 10 万吨 年磷铵 磷酸浓缩和氨加热使用 实现自产自用的整体生产循环 实现产销平衡 另外附近的 汇丰 有限公司生产需要大量的低压蒸汽 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 4 页 因此也可以在必要时考虑外供 2 企业实现资源综合利用的需要 因为低温热能回收项目是利用 30 万吨 年硫磺制酸装置上干吸工段的 低温余热生产低压蒸汽 除消耗少量的电力外 不存在其他能源的消耗 完全符合国家产业链的要求 即节能又实现有效资源的综合利用 3 企业增加经济利润 降低生产成本的需要 因低温热能回收项目选定在公司原有装置上建设 区位优势明显 各 项配套功能齐全 在交通运输 供水 供电等方面为本工程提供了良好的 条件 因此 考虑公司内的各项有利条件 即节省投资 又可加快工程建 设进度实现投资向效益的尽快转变 对提高企业的经济效益具有重要的意 义 某复合肥有限公司是一个已有悠久历史的硫酸生产企业 有一整套生 产 维修和管理的经验 为本项目的顺利实施创造了极为有利的条件 利 用 30 万吨 年硫磺制酸装置低温废热产生低压蒸汽 一方面可以提高企业 的经济效益 另一方面在能源供应日趋紧张的今天 具有深远的社会意义 因此 本项目的建设是必要的 合理的 1 1 5 可行性研究的范围可行性研究的范围 30 万吨 年硫酸装置低温热能回收项目设计范围包括 1 主要生产设施 低温热能回收装置 2 公用工程设施 总图布置 界区内供排水管网 装置配电及照明 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 5 页 装置自控 含 DCS 扩能改造 等 本可行性研究探求硫酸装置技术和设备的先进性 可靠性和适用性以 及经济上的合理性 并作出评价 1 2 研究的简要结论研究的简要结论 1 2 1 研究的简要结论研究的简要结论 1 本项目利用 30 万吨 年硫磺制酸装置低温废热产生低压蒸汽 符 合国家节能减排的产业政策 2 低温热能回收所产低压蒸汽可以满足公司其他产品对蒸汽的需求 实现废热的综合利用 蒸汽出路有保证 市场前景好 3 本项目采用国产化的工艺技术 技术先进 可靠 适用 4 充分利用干燥和吸收过程中产生低温热能产低压蒸汽 余热回收 利用率高 5 本装置无 三废 排放 无环境污染问题 具有显著的环境效益 6 从全部投资现金流量表 见表 8 上分析 本项目税前 后 主要经 济指标 财务净现值达 4652 16 万元 财务内部收益率达 30 24 投资回 收期为 4 08 年 含建设期 财务内部收益率大于行业基准收益率 说明 盈利能力满足了最基本要求 投资回收期均低 这表明项目投资能按时收 回 财务净现值均大于零 该项目在财务上是可行的 因此 本项目可行性研究认为 项目建成后经济效益明显 同时环境 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 6 页 效益和社会效益显著 在技术上和经济上都是可行的 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 7 页 1 2 2 主要技术经济指标主要技术经济指标 主要技术经济指标表 序号项 目 名 称单位数量备 注 一 硫酸生产规模与产品 方案 1 原硫酸装置生产规模万吨 年 30 以 100 H2SO4计 2 产品方案 0 8MPa 蒸汽万吨 年 13 6 二 年操作日天 333 3 以每年 8000 小时计 三 公用动力消耗量 1 供 水 脱盐水吨 年 14 104 2 供 电 总装机容量千瓦114 2 需要容量千瓦74 8 年耗电量万度45 四 三废排放量无正常生产无三废排放 五 运 输 量 运 出万吨 年 13 6 产品蒸汽用管道运输 六 定 员人 0 利用原硫酸车间人员 七 装置占地面积平方米 180 八 建设总投资万元5115 80 其中 建设投资万元5048 77 建设期利息万元67 03 流动资金万元 十年平均销售收入万元2040 00正常年份 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 8 页 序号项 目 名 称单位数量备 注 十一 年平均总成本万元906 31正常年份 十二 年平均利润总额万元1133 69所得税前 十三 年平均销售税金及附 加 万元0 00正常年份 十四 企业财务评价指标 1 年平均投资利润率 22 16正常年份 2 年平均投资利税率 22 16正常年份 3 所得税前内部收益 率 30 24 4 所得税后内部收益 率 30 24 5 所得税前投资回收 期 年4 08包括建设期 6 所得税后投资回收 期 年4 08包括建设期 7 所得税前财务净现 值 万元4652 16基准收益率取 11 8 所得税后财务净现 值 万元4652 16基准收益率取 11 9 盈亏平衡点 36 20用生产能力利用率表 示 10 贷款偿还期年2 63包括建设期 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 9 页 第二章第二章 市场预测市场预测 2 1 市场情况预测市场情况预测 我国当前正处于工业化与城市化快速推进的阶段 能源需求正以前所 未有的速度增长 从 2000 年到 2006 年 我国能源消费增长了 14 6 达到 24 6 亿吨标煤 随着我国经济的发展 能源需求还会进一步增长 在某种程度上可以说 我国是能源资源总量丰富的国度 但是 由于我国 人口众多 人均能源可采储量远低于世界平均水平 2000 年 我国人均石 油可采储量只有 2 6 吨 人均天然气可采储量 1 074 立方米 人均煤炭 可采储量 90 吨 分别为世界平均值的 11 1 4 3 和 55 4 因 此 从人均能源资源占有量看 我国是世界上能源较为贫乏的国家 能源 资源禀赋条件并不优越 为了满足能源需求 我国能源生产不断扩大 即使如此 我国能源供 需矛盾仍然没有根本解决 我国能源供需缺口将随着经济发展而不断扩大 能源消耗与环境恶化是直接相关的 能源等自然资源的开发利用不可避免 地会对生态环境造成一定程度的破坏 过度的能源消耗 一方面加剧了我 国能源资源供需紧张的矛盾 另一方面加重了生态恶化和环境污染 无论 是从国家能源安全和可持续发展的角度 还是根据能源供需平衡与提高经 济运行效率的需要 提高能源利用效率是我国解决能源贫乏 能源过度消 耗与环境恶化的重要途径 能源是发展工农业生产和提高人民生活水平不可缺少的重要物质条件 经济要发展 能源需先行 一方面 随着现代化社会的发展 能源需求量 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 10 页 不断增加 另一方面 我国提出了 十一五 期间万元 GDP 能耗降低 20 的目标 因此 在开发新能源 调整能源结构的同时 努力提高能源利用 效率 开发新的节能技术是当前需要解决的重要课题 硫酸是重要的基本化工原料 是世界上生产量最大的化工产品 广泛 应用于各行各业 随着中国现代化建设的需要 各行业对硫酸的需求量均 呈上升趋势 硫酸的生产原料主要有硫磺 硫铁矿 天然石膏 磷石膏以 及含 SO2的冶炼烟气 在各种含硫原料制取硫酸的生产过程中 含硫原料 的燃烧 二氧化硫的氧化及三氧化硫的吸收三个主要过程均伴有大量的化 学能释放出来 国内大部分硫酸装置均回收了生产过程中产生的高 中温 余热 并用于产汽或发电 但对于干燥和吸收过程中产生的大量低温热能 一般都没有利用 随着能源价格的上涨 愈来愈需要回收硫酸生产过程中 的低温位热能产生蒸汽 以提高企业的经济效益 增加市场竞争的筹码 国内现有硫酸装置五百多套 硫酸产量居世界首位 到 2007 年底 我国 已形成硫酸生产能力约 6500 万吨 因此低温热能技术的推广在能源越来 越紧张的今天 有着极其广阔的前景 某复合肥有限公司蒸汽需求量较大 30 万吨 年硫酸钾复合肥 10 万 吨 年磷铵 30 万吨 年硫磺制酸和 12 万吨 年硫铁矿制酸装置锅炉给水除 氧 磷酸浓缩和氨加热等均需要使用大量的蒸汽 本项目建成后 将为公 司每年提供 13 6 万吨 即 17t h 0 8MPa 低压蒸汽 所产蒸汽全部供公 司内部使用 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 11 页 2 2 产品价格分析产品价格分析 本项目的建设具有较多优越性 本项目是在现有硫酸装置基础上废热 回收项目 除了消耗少量电力外 无需外加其他能源 即可产生大量低压 蒸汽 以满足公司其他产品对蒸汽需求 实现废热的综合利用 本项目采 用国产化的工艺技术 技术先进 可靠 适用 工艺流程简洁 投资省 建设条件良好 建设周期短 余热回收利用率高 本项目的建设极大地降 低了企业成本 提高了企业的经济效益 能够有效增强企业的竞争力 根据国内能源价格的现状 结合当地目前的蒸汽市场价格 取 0 8MPa 低压蒸汽价格 130 元 吨作为本项目经济评价的价格基础 与近几年蒸汽 价格相比较 该价格定位是比较适中的 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 12 页 第三章第三章 产品方案及生产规模产品方案及生产规模 3 1 产品方案产品方案 由于硫酸装置配套的低温热能回收装置只能产生 1 0MPa 以下的低压蒸 汽 而某复合肥有限公司其他生产过程只需要 0 8MPa 的低压蒸汽 另外 附近的 汇丰 有限公司生产也需要大量的 0 8MPa 低压蒸汽 因此确定 低温热能回收装置产生的蒸汽为 0 8MPa 饱和蒸汽 3 2 生产规模生产规模 建设规模的确定 要考虑到产品需求 资金的筹措 企业经济效益以 及厂址的建设条件等诸多方面的因素 装置的规模还要涉及技术来源 工 程设计 设备制造 施工建设以及操作管理等工程技术因素 1 1 适应公司需要适应公司需要 某复合肥有限公司现有 30 万吨 年硫酸钾复合肥 10 万吨 年磷铵 及磷酸装置等 利用 30 万吨 年硫酸装置的低温热能产生低压蒸汽 可以 满足上述装置的用汽要求 实现自产自用的整体生产循环 实现产销平衡 为了满足公司用汽的需要 并达到一定的经济规模 选择兴建一套 30 万吨 年硫磺制酸装置完全配套的低温热能回收装置较为合理 即年产 0 8MPa 低压蒸汽 13 6 万吨 2 2 充分利用公司的有利条件充分利用公司的有利条件 某复合肥有限公司在供电 供水以及其它公用工程等方面为本工程提 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 13 页 供了良好的基础条件 将有利于降低建设投资 加快建设进度 提高整个 企业的经济效益 3 3 技术的可靠性技术的可靠性 本硫酸生产装置所有技术装备 除了第一吸收塔顶改造需要进口除雾 器外 均可实现国产化 以下就技术的可靠性方面加以说明 a a 关于技术的来源关于技术的来源 低温热回收技术在国际上开发应用已有二十年 较为成熟的有美国孟 山都 德国鲁奇公司 其原理都是通过大幅度提高吸收循环酸温度 用吸 收反应热来产生低压蒸汽 而其中只有美国孟莫克公司的 HRS 技术得到推 广应用 已有 20 多套装置投产 运行时间最长已有 20 年左右 目前在国 内已有三套装置建成投产 另有数套装置正在建设过程中 目前某设计院已完成了前期研究工作 并已在南化集团公司硫酸车间 建成了一套低温热能回收试验装置 目前运行状况良好 我院自主研发的 低温热回收系统 完全利用国产新型材料和技术手段 投资省 特别适于 现有硫酸装置的改造 综上所述 该装置所拟定的规模 是有可靠的技术来源的 b b 关于设备的设计和制造关于设备的设计和制造 某设计院在硫酸装置设计方面具有丰富的经验 这些经验为低温热能 回收装置的设计奠定了可靠的基础 低温热能回收装置的设备不多 高温 酸循环泵及蒸汽发生器等 国内已有成熟的制造经验 完全可以实现国产 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 14 页 化 由于高温吸收带来较多的酸雾 原第一吸收塔配套的除雾器需要更换 由于国内的除雾器在质量上与国外产品差距较大 需要进口 c c 关于装置的生产管理关于装置的生产管理 某复合肥有限公司有多年的硫酸生产经验 为低温热能回收装置的正 常运行打下了坚实的基础 在生产操作和管理方面 硫酸装置干吸工段的 操作与低温热能回收装置有很大的相似性 只要稍加培训 理解了低温热 回收的原理 掌握了其主要操作方法 就完全可以保证装置的正常生产 以上分析表明 在技术的可靠性方面 30 万吨 年硫磺制酸装置低温 热能回收装置的规模是可行的 3 3 产品的品种及规格产品的品种及规格 30 万吨 年硫酸装置配套的低温热能回收系统的产品及规格如下 年产蒸汽能力 13 6 万吨 产品规格 0 8MPa 低压饱和蒸汽 日操作时间 24 小时 年操作时间 8000 小时 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 15 页 第四章第四章 工艺技术方案工艺技术方案 4 1 低温热回收技术原理低温热回收技术原理 通常的硫酸装置吸收过程是这样的 SO2气体经过转化工段转化成 SO3 气体后 进入的硫酸装置的吸收塔底部 塔上部利用高浓度硫酸 98 进行喷淋 浓硫酸中的水分与气体中的 SO3反应生成硫酸 即被浓硫酸吸 收 使得喷淋的浓硫酸浓度增大 同时由于这一反应是放热反应 浓硫 酸的酸温也要升高 吸收气体中 SO3的浓硫酸自塔底排至酸循环槽中 槽 内加适当水将硫酸稀释到进入吸收塔前的浓度 再用循环酸泵送入酸冷却 器中冷却 冷却后的浓硫酸 酸温一般低于 80 再进入吸收塔顶进行喷 淋 在这一循环过程中 吸收 SO3产生的反应热是通过酸冷却器中的循环 水带走而白白浪费掉 本技术要利用 SO3吸收过程的反应热来产生蒸汽 因此必须提高循环 酸的温度在 200 左右 由于硫酸的腐蚀性一般随着其温度的增加而加强 这也是限制低温热能回收产生中压蒸汽的最重要的因素 但某些金属材料 在一定的硫酸浓度范围内 即使在 200 左右甚至更高的温度下 也具有 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 16 页 较强的耐腐蚀性能 这是低温热能回收技术的一个基础 因此耐高温浓硫 酸腐蚀的材料的选择是本项目的一个关键 这些材料包括塔体 泵槽 酸 管道 阀门 泵体和蒸汽发生器等所采用的材料 我院采用的合金材料在 试验装置中经过长期使用证明是合适的 是完全能适应低温热回收的操作 环境的 应该重视的是 必须将整个循环酸系统中的酸浓严格控制在 99 这样才能保证系统的耐腐蚀性和长期稳定的运行 同时也要保证进高温吸 收塔的硫酸浓度在 99 因为过高的吸收酸浓将严重影响 SO3的吸收效率 亦即严重影响低温热能回收系统的热回收效率 我院低温热能回收技术是在硫酸装置传统的第一吸收塔前串联的一台 具有一段填料层的高温吸收塔 这样整个吸收过程分为高温吸收部分和低 温吸收部分 高温吸收部分是通过大幅度提高吸收循环酸温度 以蒸汽发 生器代替酸冷却器产低压蒸汽 并在蒸汽发生器出口增设了浓硫酸混合器 锅炉给水加热器 脱盐水加热器等 即利用吸收过程反应热来产生低压蒸 汽 从而大幅度提高硫酸装置的热能回收率 低温吸收部分与传统的低温 吸收过程相同 经过高温吸收塔吸收后的工艺气体再进入传统的第一吸收 塔进行进一步的吸收 以保证维持较高的吸收率 同时第一吸收塔中除去 产生的酸雾 在蒸汽发生器后专门设置了硫酸混合器 以使加入的水与高温浓硫酸 充分地混合 由于水加入浓硫酸的过程非常激烈 并放出大量热量 另外 此处因水的加入腐蚀性特别严重 因此混合器的设计和材料的选择要求十 分严格 既要保证加入的水能够分散均匀 又要求在高温下有很好的耐腐 蚀性能 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 17 页 蒸汽发生器是本项目的一个关键设备 汽水循环系统采用自然循环方 式 要求设备既要有锅炉本身具有的高效率和良好的结构设计 也要求具 有极高的耐腐蚀性能 同时设计可靠的安全保护及连锁系统 以确保装置 长期 可靠 稳定地运行 4 2 国内外工艺技术概况国内外工艺技术概况 硫酸装置低温余热的利用大体来说有三种形式 1 加热其它物料 如预热锅炉给水 加热生活用水和工业用水 还 有许多具体应用 例如加热造纸液 浓缩硫酸和磷酸 用于磷矿的浮选 铀矿的浸取 铜精炼的电解槽加热 锌精炼的溶液预热 磷铵生产过程中 生产磷酸一铵 MAP 及磷酸二铵 DAP 前氨与磷酸的加热 也可用于钛 白粉生产过程的加热及海水淡化生产等等 2 采用高温吸收 生产中低压蒸汽 3 以低沸点物料作载体 带动透平发电机组发电 自从七十年代在工业上推广使用氟塑料冷却器 板式换热器和阳极保 护管壳式酸冷却器以来 吸收塔循环酸的热量已可用来生产 80 95 的热 水 然而由于热水的温度较低 又只能利用其显热 使这部分热量的利用 受到很大限制 如果利用低温热能生产蒸汽 是理想的解决办法 利用低温余热产生蒸汽 就必须进一步提高循环酸的温度 然而现有 的耐浓硫酸腐蚀的不锈钢和合金似乎都不能适应如此高的酸温 研究人员 发现 当硫酸浓度接近 100 时 对不锈钢和合金的腐蚀能力便降低 即使 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 18 页 温度升高 腐蚀速率也不一定增加 例如 304L 不锈钢 在硫酸浓度为 98 5 100 的范围内 温度在 143 227 时 其年腐蚀率在 0 03 0 43 毫米之间 有些合金的耐腐蚀性能比 304L 不锈钢更好 因此 只需选择 和控制适宜的硫酸浓度 就可以用不锈钢或合金制造设备和管道等 并用 于工业生产 基于上述发现 使得利用低温余热产生蒸汽成为可能 低温热回收技术在国际上开发应用已有二十年左右 美国孟山都 德 国鲁奇 加拿大凯米迪公司都开发成功该技术 其原理都是通过提高吸收 循环酸温度 用吸收反应热来产生低压蒸汽 而其中只有美国孟莫克公司 的 HRS 技术得到推广应用 目前已有 20 多套装置投产 运行时间最长已 有 20 年左右 近两年国内的大型硫磺制酸装置中已有三套装置引进了美 国孟莫克公司的 HRS 还有个别装置正在建设中 某设计院作为中国化工的硫酸 磷肥设计技术中心 在硫酸装置设计 方面具有丰富的工程经验 某设计院具有很强的技术开发能力 软硬件装 备齐全 有关技术人员已做了相当长时间充分的技术准备 自 2005 年开 始我院已经投入了大量的力量对低温位热能回收技术进行了研究开发 集 中了我院科研 设计人员的力量 形成一个具有较强实力的工作组 确定 了技术攻关要点 掌握了工艺流程 设备和工艺材料 2007 年 9 月 我院 在中 化学工业有限公司硫酸车间 依托现有的硫酸装置 建成了一套低 温位热能回收试验装置 目前运行状况良好 我院借助于在硫酸工程设计方面的丰富经验 对低温热能回收技术的 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 19 页 研究已经取得了较大成果并且取得了国家专利局授权的硫酸蒸汽发生器的 专利 专利证书号 ZL2006 20125513 6 我院无论在工艺参数的选取还 是在工艺设备方面如高温吸收塔 蒸汽发生器 混合器 高温浓硫酸泵的 结构设计方面都有其自身的特点 4 3 工艺流程和消耗定额工艺流程和消耗定额 4 3 1 工艺设计特点工艺设计特点 我院自主研发的低温热能回收 DWRHS 技术 立足于我院五十年来在 硫酸设计领域形成的雄厚的技术实力和丰富的工程经验 将理论探索 技 术研发和工程实践紧密结合 努力实现材料和设备的全部国产化 我院自 主研发的低温热能回收 DWRHS 技术具有以下特点 1 立足我院自身技术优势 选用运行可靠的低温热能回收工艺技 术 确保系统安全 可靠 稳定长周期运行 2 遵循可持续发展的战略观念 严格执行环境保护法规 安全和 工业卫生法规 建设清洁生产装置 3 完全利用国产新型材料和技术手段 所有设备 材料实现国产 化 投资省 适于国内硫酸装置的新建或改造 4 采用两塔吸收 高 低温吸收分开 可根据生产厂的实际情况 灵活操作 同时有利于保证吸收效率和和控制酸雾指标 确保整套硫酸装 置的安全运行 对于老厂改造 可只建高温吸收塔系统 原一吸塔循环系 统可用作低温吸收塔系统 高温吸收塔系统采用高温吸收工艺 将系统的 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 20 页 酸浓控制在 99 99 9 进高温吸收塔的循环酸温提高到 190 C 以上 并在系统中以蒸汽发生器代替传统的酸冷却器产生低压蒸汽 5 本技术特别适用于老厂技术改造 做到尽量使布置紧凑 并适 应现有场地条件 可充分利用硫酸装置已有的公用设施 辅助设施 节约 工程投资 降低运行费用 6 充分考虑热能回收系统施工时 不影响其他装置运行 热能回 收系统启停时 也不影响主装置的正常运行 7 采用先进的检测 控制技术 装置正常运行时操作全部自动化 不仅有利于装置的操作管理 更有利于装置的安全 稳定 对于老厂改造 可充分利用硫酸装置的集散控制系统 DCS 进行扩能 对生产过程进行 监视和控制 方便生产管理和设备维护 4 3 2 工艺流程叙述工艺流程叙述 低温热能回收装置的硫酸系统工艺流程图详见 NR0901 2 经原有 30 万吨 年硫磺制酸装置一次转化的 SO3气体进入高温吸收塔 底部 与塔上部喷淋的浓硫酸 99 逆流接触 吸收了 SO3的硫酸浓 度为 99 5 99 9 温度为 200 210 吸收后的硫酸自塔底流入高温 循环泵槽 槽内设有高温循环酸泵 由高温循环酸泵将高温浓硫酸送入蒸 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 21 页 汽发生器换热 产低压蒸汽 0 8MPa 同时酸温降低到 190 后再经混 合器稀释到 99 的浓度后进入高温吸收塔上部喷淋 高温吸收部分多余 的硫酸从蒸汽发生器出口先后经锅炉给水加热器和脱盐水预热器冷却后串 入硫酸系统的第一吸收塔循环槽 经过高温吸收塔 SO3被吸收后的气体进 入硫酸装置的第一吸收塔底部进行进一步吸收 该塔内用低温浓硫酸 98 5 吸收 以确保较高的吸收率 吸收了 SO3的气体经过塔顶的纤 维除雾器除去硫酸雾后再进入转化工段进行第二次转化 由于高温吸收产 生的酸雾量较大 需要将第一吸收塔顶的除雾器进行改造 装置停车或检修时 利用排酸泵将系统剩余的硫酸排出 我院开发的低温热回收技术特别适用于对老厂的改造 只要在原硫酸 装置第一吸收塔系统附近再串联一台具有一段填料层的高温吸收塔 采用 高温浓硫酸吸收 原硫酸系统的第一吸收塔仍用 98 98 5 左右的低温浓 硫酸喷淋 以确保较高的吸收率 当不需要产低压时 可以很方便地关闭 热回收系统 而不会影响硫酸装置的正常运行 4 3 3 热力系统热力系统 利用高温循环硫酸的热量产生 0 8MPa 左右的低压蒸汽约 17t h 利用 高温吸收循环系统外送硫酸加热脱盐水和锅炉给水 低温热能回收装置的 汽水系统工艺流程图详见 NR0901 3 为保证系统安全稳定运行 设计中考虑了锅炉汽包液位自动调整装置 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 22 页 给水流量 蒸汽流量及汽包液位三冲量调节 1 除氧给水系统 除氧给水系统 来自原硫酸装置脱盐水站的脱盐水首先送至本低温热能回收装置的脱 盐水预热器内进行预热 预热后的脱盐水进入本装置的除氧器用低压蒸汽 除氧 经除氧器除氧后的 104 锅炉给水 由低压锅炉给水泵送至低温热 能回收系统的锅炉给水加热器加热 即用 190 外送至硫磺制酸系统的 硫酸加热到约 165 后送入蒸汽发生器 同时外送的硫酸自蒸汽发生器后 被冷却到约 120 120 的硫酸再用脱盐水进一步冷却到 70 左右送到 原来的干吸塔酸循环槽 同时可将常温 20 脱盐水加热到约 60 后送 入除氧器 2 汽水系统 汽水系统 蒸发器内高温 208 循环浓硫酸的通过换热管束加热锅炉水并使 其气化 硫酸被冷却到 190 左右 产生 0 8MPa 的低压饱和蒸汽流量约 17t h 其中约 1 5t h 用于除氧 15 5t h 外供 外供的蒸汽送入硫酸车间低 压蒸汽管网 送入蒸汽发生器的给水量经过给水调节阀通过汽包液位来调 节 以保持汽包液位的稳定 3 冷却水系统 冷却水系统 取样冷却器用冷却水为直流水 4 排污疏水系统排污疏水系统 低压锅炉定期排污 连续排污及紧急放水汇集至排污总管后进入定期 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 23 页 排污膨胀器 闪蒸后蒸汽放空 污水排入排污井 5 加药系统 加药系统 磷酸三钠溶液由组合式加药装置经管道送入低压锅炉汽包 6 给水控制指标 给水控制指标 序号指标名称单 位控制范围 1给水硬度 mol L 3 2给水含氧量mg L 0 05 3给水 PH 值 7 4炉水磷酸根mg L10 30 5炉水 PH 值10 12 6炉水总碱度mmol L 12 7 饱和蒸汽 SiO2 含 量 g kg 20 4 3 3 原材料和燃料 动力消耗定额原材料和燃料 动力消耗定额 4 3 3 14 3 3 1 原材料原材料 本项目是利用某复合肥有限公司 30 万吨 年硫磺制酸装置干燥和吸收工 段的低温废热产生低压蒸汽的项目 其原料即硫酸装置硫酸生产过程中的 工艺气体 即含约 10 三氧化硫的一次转化气体 无需外加原材料 装置 产生 13 6 万吨 年的低压蒸汽 需要业主提供约 14 万吨 年的合格的脱盐水 4 3 4 24 3 4 2 装置的生产能力和操作制度装置的生产能力和操作制度 装置的生产能力 年产蒸汽 13 6 万吨 0 8MPa 低压饱和蒸汽 操作制度 四班三运转 每班工作 8 小时 年运行时间 8000 小时 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 24 页 333 3 天 4 3 4 34 3 4 3 原材料及动力消耗定额原材料及动力消耗定额 原材料及动力消耗定额 以每吨 0 8MPa 低压饱和蒸汽计 序 号 名称 规 格 单 位 消耗 定额 小时 耗量 年耗量备 注 1 电 kWh3 3156 2545 104 2 脱盐水 t1 02917 514 104 3 低压蒸 汽 0 8MP a t0 0881 5 1 2 10 4 除氧用 汽 4 4 自控技术方案自控技术方案 4 4 1 设计范围设计范围 本设计为硫酸装置的低温热能回收系统的自控设计 4 4 2 设计标准设计标准 1 过程检测和控制系统用文字代号和图形符号 HG T 20505 2000 2 石油化工自动化仪表选型设计规范 SH 3005 1999 3 石油化工自动控制设计手册 4 石油化工仪表安装设计规范 SH T 3104 2000 4 4 3 自动化水平自动化水平 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 25 页 本设计依据某复合肥有限公司提供的工程设计条件和相关资料 根据 工厂的实际情况 本着实用 稳妥 可靠的原则 确定该项目设计的自动 化设计要求 低温热回收系统依托业主已有的硫酸控制室 包括操作控制室 机柜 室等 利用原有分散控制系统 DCS 增加部分 I O 卡件 对低温热回收 系统的主要参数温度 压力 流量 物位 成份等分别进行显示 记录 累计 报警和联锁 并通过键盘或鼠标对低温热回收系统进行操作和控制 有关的电气参数 电流 运行状态 故障状态等 都可在 DCS 中显示 并在 DCS 中实现主要电机的停机 4 4 4 仪表选型仪表选型 考虑到硫酸装置低温热能回收生产的特点 以及安全生产的要求 所 有仪表选型力求做到好用 实用 够用 涉及到高温浓硫酸等特殊工况 或要求较高的场合 选用部分进口仪表 根据装置的环境特征和物料特性 现场仪表考虑具有防腐功能 1 温度仪表 温度集中显示的一次测温元件为热电阻 就地显示采用双金属温度计 2 压力仪表 就地压力表一般为弹簧管压力表 用于压力集中显示的一次仪表采用 电容式压力或差压变送器 输出信号为 4 20mA DC 带就地液晶显示表头 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 26 页 3 液位仪表 液位测量 蒸发器等液位采用差压变送器 其他介质的液位选用雷达 液位计 4 流量仪表 蒸汽的流量测量采用一体化德尔塔巴流量计 硫酸介质流量选用电磁 流量计 5 分析仪表 本设计的在线分析仪表为进口仪表 为硫酸分析仪 6 调节阀 所有调节阀选用电动调节阀 一般流量小 口径小的管道采用单座调 节阀 4 5 主要设备的选择主要设备的选择 4 5 1 概述概述 低温热能回收装置非标设备的设计立足于国产化 根据国内的制造能 力和标准 进一步完善各项技术的论证 在稳妥可靠的前提下进行改进和 提高 优化设备设计 4 5 2 标准和规范标准和规范 本工程非标设备设计应遵循以下的标准规范 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 27 页 国家质量技术监督局 1999 压力容器安全技术监察规程 GB150 1998 钢制压力容器 GB151 1999 管壳式换热器 JB T4735 1997 钢制焊接常压容器 JB4710 2000 钢制塔式容器 SH3046 1992 石油化工立式圆筒形钢制焊接贮罐设 计规范 HG20580 1998 钢制化工容器设计基础规定 HG20581 1998 钢制化工容器材料选用规定 HG20582 1998 钢制化工容器强度计算规定 HG20583 1998 钢制化工容器结构设计规定 HG20584 1998 钢制化工容器制造技术要求 HG20592 20635 1997 钢制管法兰 垫片 紧固件 HG21514 21535 1995 碳素钢 低合金钢人孔和手孔 JB T4712 13 4724 25 1992 容器支座 4 5 3 主要设备选择主要设备选择 4 5 3 1 设计原则设计原则 1 工程设计以设计合同为依据进行优化设计 技术上应稳妥 性 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 28 页 能上应可靠 操作方便 投资节省 2 设备设计条件在工艺数据表和结构简图已有明确规定的 以设 计条件的内容为准 3 容器及封头的公称直径尽量选用标准系列 4 设备法兰按设计条件选用靠近压力等级或高一等级标准法兰 无标准直接选用时 进行非标设计 对既能选用板材也能使用锻件加工时 优先选用板材加工 5 设备上使用的人孔 手孔 检查孔 吊耳 支座 视镜等 尽 量按标准或选用标准图 螺栓 螺母按相应标准匹配使用 并尽量使用商 品级 4 5 3 24 5 3 2 主要设备说明主要设备说明 1 1 高温吸收塔 高温吸收塔 高温吸收塔是低温热回收的主要设备 来自硫酸装置第一次转化后的 气体在该塔内用高温浓硫酸吸收 并产生大量的低温热能 高温吸收塔为立式圆筒形结构 采用特种不锈钢材料制作 无需内衬 塔内填料支承也为钢结构 上铺规整填料 规整填料上乱堆 3 和 2 阶 梯环耐酸瓷填料 填料上部为槽管式分酸装置 设备上部不设除雾装置 槽管式酸分布器 它是由一根或两根分酸主管和多支分酸支槽组成 酸液由酸泵送入分酸主管 由分酸主管分配至各分酸支槽 再由各分酸支 槽上设置的降液支管分布至填料表面 整个酸分布器采用特种不锈钢材料 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 29 页 整个结构具有结构简单 重量轻 制造 安装及维修较方便等优点 单位 面积分酸点数达 40 个 m2以上 使用效果比较理想 高温吸收塔壳体上设有人孔 以便填料的安装和设备的检修 吸收三氧化硫后的工艺气体送往硫酸装置的第一吸收塔进一步吸收 由于高温吸收产生的酸雾较多 原第一吸收塔顶部的除雾器已不能满足要 求 为保护后面的换热设备 除雾器需要重新设计和购置 本设计采用进 口纤维除雾器设在第一吸收塔的塔顶 在保证一定的工艺参数的前提下 其除雾沫效率是令人满意的 因此 在本装置中引进该关键部件 无论是 对工艺指标的保证 还是对设备保护的要求 都是十分必要的 2 2 蒸汽发生器 蒸汽发生器 蒸汽发生器是本项目的一个关键设备 汽水循环系统采用自然循环方 式 要求设备既要有锅炉本身具有的高效率和良好的结构设计 也要求具 有极高的耐腐蚀性能 同时设计可靠的安全保护及连锁系统 以确保装置 长期 可靠 稳定地运行 蒸汽发生器是采用特殊材料制成的 U 形管换热器 管内走高温浓硫酸 管外为水 热量由管内硫酸传给管外锅炉水 使水蒸发产生蒸汽 蒸汽发生器由管箱 管板及管束 筒体和汽水分离装置组成 管箱设 有进出酸口 管箱与筒体之间用管板分隔 换热管与管板连接 设备内部 设有汽水分离装置 以完成蒸汽的汽水分离 3 混合器 混合器 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 30 页 本系统所有与高温浓硫酸接触的材料均为特殊合金 因此不能采用通 常硫酸装置向硫酸循环槽加水的方法 因为在如此高温下 加水混合不均 匀 局部硫酸浓度的降低意味着对材料的严重腐蚀 将会给系统带来灾难 性的后果 本技术在蒸汽发生器后设置了硫酸混合器 以使加入的水与高 温浓硫酸充分地混合 由于水加入浓硫酸的过程非常激烈 并放出大量热 量 另外此处因水的加入腐蚀性特别严重 因此混合器的设计和材料的选 择要求十分严格 既要保证加入的水能够分散均匀 又要求在高温下有很 好的耐腐蚀性能 本设计采用的混合器为特殊设计的卧式结构 为防止加 水激烈反应引起的震动 混合器底座设有固定设备的地脚螺栓 4 高温循环泵 高温循环泵 高温循环泵是本技术的一台关键设备 它的特点是流量大 功率大 输送的硫酸腐蚀性强 温度高 本设计选用的是立式泵 且是单泵在线运 行 因此要保证循环酸泵长期在高温浓硫酸下运行 必须采用结构和材料 可靠的酸泵 具体要求如下 1 应按照工艺参数 性能要求 操作状况来确定所采用的机型 级 数 密封和材料 要求泵的制造厂家必须具有丰富的设计和制造同类产品 的经验 2 泵本体 驱动电机 传动装置 和润滑油 如果有的话 应由泵制 造厂成套供应 3 泵的电动机的输出功率要大于泵的轴功率 并留有足够的余量 4 泵的过流部分材料应能防止输送介质的腐蚀及冲刷和磨蚀 材料 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 31 页 腐蚀率不得高于 0 25 毫米 年 4 5 3 34 5 3 3 主要设备一览表主要设备一览表 序号设备名称规格及型号单位数量备注 1 高温吸收塔 5500台 1 2 高温循环泵槽 2500 x2500台 1 3 高温循环泵Q 850m3 h H 20m台 1 4 蒸汽发生器蒸发量 Q 17t h台 1 5 混合器 500 x3500台 1 6 锅炉给水加热器 600 x3300台 1 7 脱盐水预热器 350 x3300台 1 8 排酸泵Q 35m3 h H 10m台 1 9 低压锅炉给水泵台 2 4 5 4 拟进口的设备拟进口的设备 由于低温热能装置的高温回收塔采用高温吸收工艺 将产生大量的酸 雾 需要在原硫酸装置的第一吸收塔内除去 因此为了保证装置操作的稳 定性及防止下游设备的腐蚀 需要将原第一吸收塔顶进行改造 其除雾器 需要更换 由于国内产品除雾效率低 酸雾带到后续设备会增加腐蚀 装 置需要考虑引进第一吸收塔纤维除雾器 年产 30 万吨硫磺制酸装置低温热能回收项目可行性研究报告 第 32 页 第五章第五章 建厂条件和厂址方案建厂条件和厂址方案 5 1 建厂条件建厂条件和厂址方案和厂址方案 5 1 1 厂址概况厂址概况 某复合肥有限公司位于 市 县城南 9 公里 西距 205 国道约 700 米 东临淄东铁路 地理位置为东经 118 10 40 北纬 36 51 50 30 万吨 年硫磺制酸装置建在 复合肥有限公司西南角 北侧和东侧都是 复 合肥有限公司的原厂区 西临 市新农基农药化工有限公司 南侧为山东 玻璃集团 拟建低温热能回收装置建设在 30 万吨 年硫磺制酸装置界区内 5 1 2 工程地质和水文地质资料工程地质和水文地质资料 本装置建在公司现有的 30 万吨 年硫磺制酸场地内 场地标高为 27 70m 该场地在地貌上属张 店 周 村 冲洪种带前缘 装置区的 地层为第四纪沉积的粘性土 该场地地层分布较为稳定 从上而下分为如 下六层 详见地质报告 1 表土 2 亚粘土 3 亚粘土混姜石 4 轻亚粘土 5 亚粘土 6 轻亚粘土 场地地下水埋深