奥格利低温位余热回收介绍(终稿)20110506

1、低温位余热回收（DWHS技术的应用和发展上海奥格利环保工程有限公司（ 2011年 5 月）摘要奥格利公司近年来开发了各种适用于硫酸装置的低温位余热回收 （DWH）技术及耐高 温浓硫酸的耐蚀合金系列，其工业化应用已经成熟。本文介绍DWH技术的应用背景、技术特 点及其在工业化装置中的各种实际应用，并对 DWH技术的发展前景进行了阐述。关键词 低温位余热回收（ DWHS） 应用 发展1 DWHS 技术应用背景硫酸生产工艺包括含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化及三氧化硫的吸收三个过程，这些 过程均伴有大量的化学能释放出来。硫磺制酸工艺三个过程的理论反应热分别约占总反应热 的 56%、 19%和 25。大部

2、分硫酸生产装置对含硫原料燃烧和二氧化硫氧化产生的高、中温 位热能尽可能地进行了回收利用，而对于干燥和吸收系统中的低温位热能，长期以来除了少 数生产企业用于加热工业用水和生活用水外，一般都是用循环冷却水移走而白白浪费。传统的硫磺制酸装置，只回收了产生的总热量的 60%70%,而硫铁矿制酸装置，只回 收了产生的总热量的50%60%。低温位余热在硫酸生产过程中占有很大的比重，这里所称 的低温位余热是指常规硫酸生产装置中经转化工序回收高、中温位热能后，降级转入干吸工 序的热量，以及在干吸工序内产生的硫酸生成热、蒸汽冷凝热、硫酸稀释热的总和。除散热 损失、产品酸和放空尾气带走少量热量以外， 其它的低温位

3、余热都要尽可能地考虑回收利用。 现在硫酸生产中废热的回收利用程度已成为衡量硫酸工业技术的一项重要指标，将硫酸生产 装置视为不排放二氧化碳的绿色能源工厂已成为一种共识。在高、中温位热能普遍得到回收 利用的情况下，合理开发利用低温位余热，具有重大的现实意义。在常规的硫酸生产中，由于耐腐蚀材料和技术的限制，干吸工段循环酸温度一般控制在 110C以下，热能品位低，不利于热能的回收利用。奥格利开发的DWHS技术就是设法提高循环吸收酸的温度来提高热能品位，使其能够生产低压饱和蒸汽，达到有效利用这些热能的 目的。2 DWHS 技术简介利用硫酸装置低温位热能产生蒸汽，是热能利用的理想方法，但必须提高吸收循环酸

4、的温度。在传统的吸收酸浓度范围内，硫酸的腐蚀性随着其温度的上升而加剧，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。研究发现，当硫酸的w(H 2SO4)接近100%时，某些合金的腐蚀能力便降低。因此，奥格利公司一方面加紧研发了耐高温硫酸腐蚀 的 XDS 系列特种合金，另一方面对不同浓度和温度下的硫酸腐蚀特性进行了研究。 研究表明， 必须将整个循环酸系统中的硫酸严格控制在 w(H2SO4)> 99%,并配合XDS特种合金材料，才 能保证 DWHS 系统设备和管路的耐腐蚀性和长期稳定的运行。由于过高的吸收酸浓度将严重影响 SO3 的吸收效率，亦即影响低温位热能回收系统的热 回

5、收效率，因此必须保证进 DWHS吸收塔吸收酸的w(H2SO4)不宜过高。由于在高温、高吸 收酸浓度条件下三氧化硫的吸收率相对下降，经过高温吸收后的工艺气体必须再用温度和浓 度相对低一些的硫酸进一步吸收，以保证整个吸收过程的吸收效率。因此通常将该吸收过程 分为高温吸收和低温吸收两部分。高温吸收部分是通过提高循环酸温度，以蒸发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稀释器、锅炉给水加热器和脱盐水加热器等，从而大幅度提高硫酸生产 装置的热能回收率。DWHS系统采用约200C, 99%的高温高浓度硫酸作为循环吸收酸，采 用适合该工况条件的特种合金材料制作相应的塔、槽、泵、换热器等设备及

6、管道。从主装置 吸收塔循环酸系统引来的 w(H2SO4)98.5%的低温硫酸进入DWHS吸收塔上部的低温吸收部 分，或经高温吸收的工艺气体迅速进入主装置一吸塔，以实现较高的吸收率并有效减少酸雾 的形成。自 2000年初开始，宣达集团相继开发出主要应用于硫酸生产干吸工段的高温浓硫酸专用 XDS 系列特种合金板、带、丝、管等变形材，综合指标均达到国际先进水平。经过近十年来 的使用实践证明， XDS 系列特种合金材料以及制作的设备是可靠、先进和成功的。这为实现 硫酸低温位余热回收装置国产化奠定了坚实的基础，实践证明，XDS系列特种合金中的XDS-8 耐高温高浓硫酸合金在 w (H2SO4) 98.5

7、%99.9%、220C条件下的腐蚀速率低于 0.1mm/a,从 而为低温位余热回收系统的正常运行提供了保障。奥格利公司成立以来，始终坚持以技术为核心，不断发展和创新，在低温位余热回收技 术上取得了长足进展。 2008年通过浙江省级工业新技术鉴定、获得高温浓硫酸稀释器(实用 新型专利号ZL200520043014.8)、分酸器(实用新型专利号 ZL200520043257.1)、不锈钢干燥 吸收塔(发明专利号ZL200410041192.7)和多塔式硫酸低温位热能回收方法及装置(实用新 型专利ZL200720144132.7)等多项国家专利。在硫磺制酸装置中采用奥格利公司 DWHS技术，每吨硫酸

8、增产的蒸汽量为0.430.48t,从而使硫酸生产装置的余热回收率从传统的50%70%提高到93%以上DWHS 技术通过多次工业化实践验证， 并经过不断完善， 已经成熟，具有以下明显优势：(1) 研发并实施了多种不同流程的低温位余热回收工艺技术， 各种技术工艺流程各有其优势， 可适用于不同客户的多种要求，适用于新建、老厂改造。(2) 采用 XDS 系列耐高温浓硫酸特种合金材料制作酸系统的设备及管道、泵、阀门，该材 料腐蚀率指标和主要机械参数均达到世界先进水平，在低温回收装置投入使用时间已超过五 年，保证了系统长周期稳定运行。( 3)奥格利公司集工艺设计、材料研发、设备制造为一体，减少建设过程中的

9、中间环节，具 有高效率、高质量的特点。(4) DWHS 系统内所有设备均是国内制作或加工的，系统运行操作更符合国内生产管理的 习惯，技术服务便捷到位，价格更具市场竞争优势。(5) 奥格利公司采用EPC建设模式，DWHS装置可在67个月内建成投产。缩短建设周期， 以减短客户投资回收时间，并减少财务费用。(6) 奥格利公司具有完善的售后服务体系。3 DWHS 技术的应用自2007年第一套DWHS装置投产以来，奥格利公司设计和投产了十数套DWHS装置，以下是近年来奥格利公司 DWHS 在工业化装置上的实际应用：( 1)浙江忠盛化工有限公司 30 万吨硫磺制酸项目含低温位余热回收装置。 DWHS 装置

10、 2007 年 9 月投产。( 2)山东东佳集团改造 8万吨、10万吨、16万吨硫磺制酸装置配套“三合一多套式”低温位 余热回收装置。 2009年11月投产。(3) 无锡东沃化能有限公司 25万吨硫磺制酸改造项目配套低温位余热回收装置。2010年 3月投产。(4) 山东建龙 16万吨、18万吨硫磺制酸装置改造项目配套“二合一多套式”低温位余热回收 装置。 2010 年 4 月投产。(5) 厦门厦化实业有限公司 10万吨、14万吨硫磺制酸装置改造项目配套“二合一多套式”低 温位余热回收装置。 2010年12月投产。(6) 河南佰利联化学股份有限公司 35万吨硫磺制酸改造项目配套低温位余热回收装置

11、。 2010 年 12 月投产。(7) 四川吉龙化学建材有限公司新建 20万吨硫磺制酸项目含低温位余热回收装置。调试中， 计划 2011年 05 月投产。( 8)广西银亿科技化工有限公司新建 40 万吨硫磺制酸项目含低温位余热回收装置。调试中， 计划 2011年 05 月投产。( 9)河北旭隆化工有限公司新建 25 万吨硫磺制酸项目配套低温位余热回收装置。建设中，计 划 2011年 7 月投产。( 10)湖北丰利化工有限责任公司新建 25 万吨硫磺制酸配套低温位余热回收装置。 建设中，计 划 2011年 8 月投产。( 11)河南百利联化学股份有限公司新建 30 万吨硫磺制酸配套低温位余热回收

12、装置。设计中， 计划 2011年 11 月投产。( 12)山东金正大生态工程股份有限公司新建 40 万吨硫磺制酸项目含低温位余热回收装置。 设 计中，计划 2011年 12 月投产。( 13)山东东巨化工股份有限公司 700 吨/天硫磺制酸项目含低温位余热回收装置。设计中，计 划 2012年 02 月投产。(14) 山东东佳集团新建 40 万吨硫磺制酸项目配套低温位余热回收装置。设计中，计划 2011 年 12 月投产。奥格利公司在建设低温余热回收装置过程中以用户所需为出发点，不断总结和完善，研 发并实施了多种不同工艺的低温位余热回收工艺技术，各种技术工艺流程各有其优势，可适 用于不同客户的多

13、种要求，分别阐述如下。3.1一段式 DWHS 工艺奥格利公司早期开发的 DWHS 工艺是一段式吸收工艺， 即在一吸塔前增设一个仅有一段 填料层的高温吸收塔，烟气先经过高温吸收后再进入主装置一吸塔进行再次吸收，以保证吸 收率。除雾器设在一吸塔塔顶，高温回收塔出口至一吸塔气体管道采用 XDS-12 合金管道。 这种工艺流程简单，操作方便，投资小，其缺点是高温回收塔产生的酸雾偏高，对一吸塔除 雾器的要求很高。由于这种装置保留了原有一吸塔吸收系统， DWHS 装置的故障对制酸主装 置的影响小。一段式吸收工艺还可以在高温吸收塔后增设一个空气预热器，即经过高温吸收塔吸收后 的烟气在进入主装置一吸塔前先进入

14、空气预热器降温，将进入焚硫炉的空气预热后再进入一 吸塔。这种流程可充分利用高温吸收后的烟气热量，使中压余热锅炉蒸汽产量增加，热能回 收率更高。一段式 DWHS 工艺框图如下：3.2两段式DWHS工艺鉴于一段式DWHS工艺酸雾方面的局限性，奥格利公司又开发了两段式DWHS工艺技术。DWHS吸收塔的吸收分为两段，下部为高温吸收段，上部为低温吸收段。高温吸收段用 w(H2SO4)为99%的硫酸喷淋，低温吸收段用 w(H2SO4)为98.5%的低温浓硫酸喷淋，喷淋酸 汇集于塔底流入高温循环酸泵槽，由循环酸泵送入蒸汽发生器换热后，一部分经锅炉给水加 热器和脱盐水预热器降温后进入干吸塔酸循环槽，另一部分经

15、稀释器加水稀释至 W(H2SO4)为99%后进入热量回收塔中部进行喷淋。这种情况下典型的带DWRHS干吸工艺流程如下图所两段式DWHS工艺可提高吸收效率，可以最大程度利用S03反应热，且有效控制一段式 吸收酸雾量偏高的问题。该工艺适用于单套主装置的新厂建设和老厂改造。无论是新厂建设 和老厂改造，都有两种建设方案可以选择。第一种方案如上图所示，保留主装置的一吸塔， 除雾器设在一吸塔顶部， DWHS 吸收塔内不设除雾器，一吸塔在这种情况下不是作为低温吸 收段使用， 可以作为气体的通道。 这种方案最大的好处是一旦 DWHS 系统出现故障， 可以切 断 DWHS 系统而不影响主装置的正常运转， 对于老

16、厂改造项目， 一般都是采用这种方案。 第 二种方案就是建设一套两段式 DWHS 吸收系统， 将除雾器直接安装在顶部， 该系统用于取代 一吸塔系统，该方案工艺简单、占地面积小、投资节省，但其最大的缺点就是一旦 DWHS 系 统出现故障，整个硫酸装置必须停运。第二种方案一般只用在新建硫酸装置上。3.3 多套合一 DWHS 工艺多套合一 DWHS工艺是奥格利研发的专利（专利号：专利号为 ZL200720144132.7 ,重 点为多套小型硫酸装置合用一套经济规模的低温位余热回收装置。每套制酸装置都设有一个 高温吸收塔，但酸、水、汽系统合用。烟气从各制酸装置一吸塔前接出进入高温吸收塔，分 别经过各自的

17、高温吸收后再回到各自装置的一吸塔，气体回路独立操作，互不影响。多套合一系统中所有吸收塔吸收 S03后的高温高浓度硫酸汇集至酸循环槽，由单一酸循 环泵升压后送至单一蒸发器，在蒸发器内与除氧水换热降温后分为两路。一路进入稀释器调 节浓度后再分为多路，分别进入多个低温位余热回收吸收塔的高温吸收段，进入各个吸收塔 高温吸收段的硫酸流量由调节阀控制。出蒸发器后的另一路硫酸依次进入除氧水加热器和除 盐水预热器，与进入蒸发器的除氧水和进入除氧器的除盐水换热，降温后按照各个制酸装置 的规模和产量由阀门控制分别送入各个制酸装置。该工艺主要适用于多套小型制酸装置集中的工厂用于回收低温位余热，可减少投资，提 高热能

18、回收效率。其工艺流程简图如下：4 DWHS技术的发展和应用前景4.1DWHS技术在硫磺制酸装置上的应用前景对于硫磺制酸装置，DWHS技术的应用具有巨大的发展空间，仅需经过简单的技术经济 分析即可得出结论。以一套 400kt/a硫磺制酸装置为例，采用 DWHS技术，以回收0.8MPa 蒸汽计，DWHS系统每年增产低压蒸汽约18万吨，每吨蒸汽需耗脱盐水约1.4吨，耗工业用 电约10kW.h,直接生产成本投入与产出估算如下：(1) 直接生产成本除盐水：1.4X 18万吨/年X 6元/吨=150万元/年电：10X 18 万吨/年X 0.5 元/kWh=90 万元 /年工资福利：1人/班 X 4班X 2

19、5000元/年/人=10万元/年维修费用：20万元/年管理费用：20万元/年财务费用：100万元小计：150+90+10+20+20+100=390 万元。(2) 毛利润按每吨蒸汽120元计算，价值18万吨X 120元/吨=2160万元/年。毛利润： 2160390=1770 万元/年 同时由于回收了绝大部分低温位热能，循环冷却水的用量大大降低，总计减少循环冷却 水量约15Mt/a （进、出水温差 t=8C）,若循环水价格以0.2元/吨计，每年节省的循环冷却 水收益约为 300万元。因此， DWHS 系统一次性投资后，在很短的时间内即可回收投资。从 节能方面来说，回收的低压蒸汽折合标准煤约18

20、.5kt/a，节省的循环冷却水折合标准煤约2.0kt/a，总计节约标准煤约20.5kt/a。近年来国内低温位余热回收技术发展十分迅速，已建成及在建的低温位余热回收装置有 数十套，很多硫磺制酸企业根据自身的条件和需要，正在考虑建设低温位热能回收装置。低 温位热能回收（DWHS）国产化技术具有投资省、见效快的特点，该项技术的开发成功，在 能源供应越来越紧张的今天，有着极其广阔的前景，具有巨大的经济效益和社会效益。 4.2DWHS 技术在硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸装置上的开发应用目前 DWHS 技术在国内均是应用在硫磺制酸装置上， 在硫铁矿制酸和冶炼烟气制酸上由 于是受到水平衡和 SO2 浓度的限制还

21、处于探索阶段。硫磺制酸二氧化硫浓度高，并且空气带 入系统的水量少，因此，稀释器可以用水去稀释，并放出大量热量，而对于硫铁矿制酸或冶 炼烟气制酸来说，由于有净化系统的存在，进入干燥塔的二氧化硫气体是被水饱和的，整个 干吸系统的水平衡不能承受如硫磺制酸 DWHS 系统额外的加水量。 因此对于硫铁矿制酸或冶 炼烟气制酸来说， 欲利用低温位余热， 可以改变思路， 即利用低温位余热加热中压锅炉给水， 最终将低温位热能转变为高温位热能，实现热能由低级向高级转换，所增加的中压过热蒸汽 可全部用于发电。因此借鉴硫磺制酸的 DWHS 工艺技术， 为了维持酸系统的水平衡， 允许一部分 98%硫酸 进入高温吸收系统

22、，以替代稀释器的加水。这样热回收系统外送的高浓度硫酸量大大增加， 此时用酸冷器代替蒸发器，可以将中压锅炉给水温度预热到170180C。同硫磺制酸预热器的两级设置一样，首先将脱盐水经脱盐水预热器预热后进除氧器，再将104C的锅炉给水经锅炉给水加热器加热到170180C后进入锅炉。当然这种情况下，DWHS系统的其他操作条件基本和硫磺制酸差不多。其工艺流程简述如下：来自硫酸装置三段第三换热器出口的含SO3 的一次转化气体直接进入热回收系统的DWHS 吸收塔。三氧化硫气体向上经过第一级填料层，和自上而下经过填料的高温浓硫酸（99%,180C ）逆流接触，三氧化硫被吸收，吸收三氧化硫后的硫酸浓度约为99

23、.5%，流回 DWHS 吸收塔塔底。经过第一级吸收后的气体向上通过第二级填料层，和自上而下经过填料的来自硫酸装置 干吸工段的低温浓硫酸（98.3%）逆流接触，气体中的三氧化硫被进一步吸收， 并有效地控制 酸雾。槽内的高温循环酸泵将高温浓硫酸送入稀释器，和来自干燥塔循环酸泵出口的9395%硫酸混合后，浓度降至99%后进入热回收塔。高温循环泵出口的酸分成两部分，其中大部分进入稀释器经稀释后再回到 DWHS吸收塔 喷淋，此时酸温约180C，高温循环泵出口设一个旁路脱盐水预热器以调节循环酸温；系统 外送的酸从高温循环泵出口经除氧水预热器和除盐水预热器换热降温后串入干吸塔酸循环 槽，外串硫酸量与循环酸槽液位连锁。气体经DWHS吸收塔两级吸收后进入硫酸装置第一吸收塔入口，与在DWHS系统正常运行时，可以不开一吸塔循环酸泵，工艺气体直接通过一吸塔并经安装在塔顶的纤维除雾器 除去酸雾后