硫磺制酸余热回收及利用.doc

硫磺制酸余热回收及利用俞向东（中国石化集团南化设计院）[内容摘要]本文系统阐述了硫磺制酸生产过程中的余热回收方法，主要设备和提高热回收率的措施。为硫磺制酸装置节能降耗、降低生产成本、提高经济效益提供了依据。[关键词]余热回收，火管锅炉，水管锅炉，过热器，省煤器，热管，露点腐蚀概述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60%，干吸部分的低温余热约占40%。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。本文全面论述了硫磺制酸余热回收的途径，敬请同行专家批平指正。二．高中温余热回收（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：硫炉出口1050℃左右的高温炉气冷却到440℃左右进入一段转化。一段转化出口600℃左右的炉气冷却到440℃左右进入二段转化。三段转化出口冷热换热器后240℃左右的炉气冷却到180℃左右进入中间吸收塔。四段转化出口430℃左右的炉气冷却到160℃左右进入最终吸收塔。（二）高中温热回收系统如上所述，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．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。2．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．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。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：①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。②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。③热回率高，每吨酸可产中压过热蒸汽1.2吨以上。到目前为止，我院设计的五套20万吨/年及以上的硫磺制酸装置全部是采用这一热回收系统。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。（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。下面分别加以叙述。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