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硫酸设备

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非稳态制酸全套硫酸设备工程

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非稳态制酸全套硫酸设备工程

详细介绍


河南栾川钼业非稳态制酸全套硫酸设备工程


非稳态制酸全套硫酸设备工程

硫酸设备介绍

硫酸设备主要用途 

化学工业上是制造化学肥料、无机盐、合成纤维、染料、医药和食品工业的原料;  7.2石油化工行业用于精制石油产品;  7.3国防工业上用于制造炸药、毒物、发烟剂等; 7.4冶炼工业上用于冶炼烟气酸洗; 7.5在纺织行业用于印染和漂白等。

硫酸设备工段流程及其控制特点 

采用的主要工段流程为:氧化焙烧、酸洗净化、―3+1‖两次转化、96%酸干燥、98%酸中温两次吸收、废热回收等工段,并采用DCS系统进行自动控制。主要特点如下:   (1) 采用氧化焙烧技术,提高硫的烧出率。  (2) 采用酸洗净化,以减少稀酸产出。   (3) 采用―3+1‖四段转化,使SO2总转化率大于99。7%,保证尾气中的SO2达标排放。   (4) 采用96%酸干燥炉气,98%酸吸收SO3。   (5) 采用中温吸收,以抑制雾粒的形成并增大雾粒粒径以便除雾。

(6) 沸腾炉出口设置废热锅炉,回收废热产中压过热蒸汽用于发电。 

1  硫酸设备原料  硫酸生产的原料主要有硫铁矿、硫磺、含SO2的冶炼烟气、天然石膏以及磷石膏等。  硫铁矿以及有色金属伴生副产的硫精砂是我国的主要硫资源,国内硫酸生产原来一直以硫铁矿为主。

2  硫酸设备焙烧工段  含硫48%、含水10%的硫铁矿由焙烧炉的加料斗,通过皮带给料机连续均匀地送至沸腾炉,采用氧表控制沸腾炉出口氧含量,根据其氧含量对沸腾炉的加矿量进行调节。  沸腾炉出口炉气SO2浓度~13%,温度约950℃。该炉气经废热锅炉后,温度降至~340℃,废热锅炉产生的中压过热蒸汽,供凝汽式汽轮发电机组发电。从废热锅炉出来的炉气进旋风除尘器、电除尘器进一步除尘,出电除尘器的炉气温度~320℃,含尘量<0.2g/Nm3,然后进入硫酸设备净化工段。  焙烧工序的主要流程为:―沸腾焙烧炉-废热锅炉-旋风除尘器-电除尘器‖流程。 

3  硫酸设备制酸工艺  由电除尘器来的炉气,温度约320℃,进入动力波,用浓度约15%的稀硫酸除去一部分矿尘,降温后进入气液分离塔,然后进入冷却塔,进一步除去矿尘、砷、氟等有害物质。气体温度降至42℃以下,再硫铁经一级、二级电除雾器除去酸雾,出口气体中酸雾含量<0.005g/Nm3。经净化后的气体进入硫酸设备干吸工段,在干燥塔前设有安全水封。  分离塔为塔、槽一体结构,采用绝热蒸发,循环酸系统不设冷却器,热量由后面的冷却塔稀酸冷却器带走。分离塔淋洒酸出塔后,经斜管沉降器沉降,清液回增湿塔塔底的循环槽,进入动力波循环系统循环使用,一部分循环液通过分离塔循环泵打入脱气塔,经脱吸后的清液通过脱气塔循环泵全部送入硫酸设备干吸工段作为工艺补充水。斜管沉降器沉降下来的污泥,排入酸沟,可用石灰中和处理后采用料浆泵送至硫酸设备焙烧工段增湿滚筒与热矿渣混合。  冷却塔也为塔、槽一体结构,淋洒酸从冷却塔塔底循环槽流出,通过冷却塔循环泵打入冷却塔循环使用。增多的循环酸串入增湿塔循环系统,整个净化系统热量由稀酸冷却器带走。 

在生产中,考虑到因突然停电造成高温炉气影响净化设备,本项目设计中在动力波上方设置了紧急事故用水阀,通过分离塔出口气温与动力波紧急事故用水阀联锁来保护下游设备和管道。  烟气净化采用稀酸洗涤绝热蒸发冷却,部分排放工艺,采用一级动力波洗涤,其烟气净化流程为:焙烧工序出口烟气—一级动力波洗涤器—填料冷却塔—一级电除雾器—二级电除雾器。净化系统热量由填料冷却塔循环酸泵出口设置的稀酸板式冷却器移走;为防止烟尘在洗涤循环酸中的富集,而影响烟气冷却净化效果,在一级动力波循环酸泵出口抽出部分循环酸进入斜板管沉降器,进行固液分离,上清液部分通过S02脱吸后送污水处理工序,部分返回一级动力波洗涤器循环使用。     

硫酸设备中动力波烟气净化工段的特点: 

(1)采用一级动力波设备可以获得比空塔设备更高的效率,而且 投资费用较空塔少。    

(2)允许入口烟尘量高:由于该洗涤器对粒子的捕集率与粒度的  关系曲线较其它洗涤器平坦,因此可有效地进行分级洗涤,故可以较低的能量费用获得较高的效率。    

(3)允许气量波动范围大,可在50~100%之间变化,对总的除尘效率不产生影响。    

(4)喷咀采用一个大开孔的喷咀将液体喷入气体之中,这样循环  液可在较高的含固量下运行喷咀不会被堵塞(据加拿大英坷冶炼厂介绍循环液中含固浓度达25%),由于循环液固体含量较高,故液体排放量可相应减少,这样污酸处理装置的负荷可以减轻。    

(5)开孔喷咀的另一优点是喷出的液体不发生雾化,因此排气中   就不含细小的液体。因为这种细小的液滴使得气一液难以分离,故杂质可随烟气排出。相应利用开孔喷咀喷液洗涤烟气的过程酸雾量的生成量较常规烟气净化流程少,这对电除雾器的负荷也可减少。     

由上可知这种洗涤原理的独特之处在于不但充分有效地利用了气 相能量,而且有效地利用了液相能量来形成接触界面,从而达到高效捕集细粒,同时达到传热传质的目的。离开填料气体冷却塔的气体依次通过第Ⅰ区和第Ⅱ区管式电除雾器。以除去气体中的酸雾、尘、砷等杂质。每一台电除雾器基本上由带气体进、出连接管的壳体,带支承的放电系统和收集管组成。放电系统借助于绝缘子在壳体的上部支承,绝缘子用热空气吹扫并放置在金属壳内以防止意外和偶然的接触。  

放电极悬挂于框架的上部,借助底框架分隔,底框架由侧向紧固的绝缘子固定。 在必要时清洗,所需的清洗液由消防水进行清洗。   废酸贮槽安装在地坑里,收集来自净化工段的废酸以及在净化工序的任何溢出酸、泄漏物或冲洗液。并用废酸输送泵送回到动力波系统或进行处理或进行回收利用。    

 硫酸设备干吸工段     

自硫酸设备净化工段来的含SO2炉气,补充一定量空气,控制SO2浓度为~8.5%进入干燥塔。气体经干燥后含水份0.1g/Nm3以下,进入二氧化硫鼓风机。  干燥塔系填料塔,塔顶装有金属丝网除雾器。塔内用96%硫酸淋洒,吸水稀释后自塔底流入干燥塔循环槽,槽内配入由吸收塔酸冷却器出口串来的98%硫酸,以维持循环酸的浓度。然后经干燥塔循环泵打入干燥塔酸冷却器冷却后,进入干燥塔循环使用。增多的96%酸全部通过干燥塔循环泵串入一吸塔。  经一次转化后的气体,温度大约为180℃,进入一吸塔,吸收其中的SO3,经塔顶的纤维除雾器除雾后,返回转化系统进行二次转化。经二次转化的转化气,温度大约为156℃,进入二吸塔,吸收其中的SO3,经塔顶的金属丝网除雾器除雾后,通过烟囱达标排放。  第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔,第一吸收塔和第二吸收塔共用一个酸循环槽,淋洒酸浓度为98%,吸收SO3后的酸自塔底流入吸收塔循环槽混合,加水调节酸浓至98%,然后经吸收塔循环泵打入吸收塔酸冷却器冷却后,进入吸收塔循环使用。增多的98%硫酸,一部分串入干燥塔循环槽,一部分作为成品酸经过成品酸冷却器冷却后直接输入成品酸贮罐。采用低位高效干吸工艺技术,采用一级干燥、二级吸收、循环酸泵后冷却工艺与双接触转化工艺相对应。     干燥塔采用96%硫酸干燥,单独设置循环槽,第一吸收塔,第二吸收塔采用98%硫酸吸收,共用一个循环槽,循环槽为卧式槽。     循环酸的冷却采用316L不锈钢管壳式阳极保护冷却器,干燥循环酸冷却设置一台,一吸收、二吸收循环酸冷却设置—台。    

硫酸设备干吸工段的主要特点:   

(1)低位高效  塔的操作气速、喷淋密度较国内生产数据提高,而填料高度比国内生产实际低 2-3m,设备配置相应比国内常规低2-3m,塔内分酸点增多,并设置高效捕沫器。    

(2)串酸方式的设计,省去了成品酸脱吸系统,同时减少了尾气 排放中的S02浓度。      即干燥向一吸串酸为:干燥泵出口的浓酸冷却器前一→一吸塔入酸管道。串酸量由干燥泵槽液位控制。      吸收向干燥串酸为:吸收泵出口浓酸冷却器后→干燥泵槽。串酸量由干燥酸浓度控制。     成品酸产出:二吸塔出酸管产酸→中间成品槽→泵→成品酸冷却器→酸库。    

(3)采用卧式泵槽与蝶型底干吸塔相配,出塔酸由泵槽封头底部进入槽内,正常生产时塔底不存酸,事故停车时可相应利用塔底贮存  部分酸,这样一则相配的泵槽容积可减少,二则槽底进酸不会冲击内衬磁砖,三则内衬磁砖受力均匀,四则节省造价。    

(4)泵槽加水型式的设计,使混酸更为均匀,减轻设备的腐蚀。   

(5)浓酸冷却器的设置设计,配置于泵后,提高了传热效果,使换热面积相应减少,酸管道可缩短,降低工程造价。    

(6)干吸塔分酸装置设计拟采用管式分酸装置,增加分酸点,使  酸分布均匀,进而提高干吸效果。    

(7)干吸塔捕沫器设计,为减少干吸塔酸沫的带出,减轻对S02主鼓风机及转化系统冷热交换器的腐蚀,减少最终吸收塔出口尾气酸雾量,干燥塔、二吸塔采用丝网除沫器,一吸收塔采用纤维除沫器。   

(8)干吸塔底及填料支承装置设计,为加强气体的分布,减少塔的阻力,尽量避免塔底存酸腐蚀,干吸塔的结构采用蝶型底球拱或者条梁的结构型式。

转化工序 

经干燥塔金属丝网除沫器除沫后,SO2浓度为~8.5%的炉气进入二氧化硫鼓风机升压后,经第III换热器和第I换热器换热至~430℃,进入转化器。第一次转化分别经一、二、三段催化剂层反应和I、II、III换热器换热,转化率达到95.5%,反应换热后的炉气经省煤器降温至180℃,进入第一吸收塔吸收SO3后,再分别经过第IV和第II换热器换热后,进入转化器四进行第二次转化,总转化率达到99.75%以上,二次转化气经第IV 换热器换热后,温度降至156℃进入第二吸收塔吸收SO3。  为了调节各段催化剂层的进口温度,设置了必要的副线和阀门。为了系统的升温预热方便,在转化器一段和四段进口设置了两台电炉。     

硫酸设备转化工段的主要特点:    

(1)为了提高总转化率,减少尾气排放的S02量,提高烟气中的  硫利用率,应用3+1式双接触转化,转化烟气换热流程采用Ⅲ I—ⅥII流程。    

(2)换热器采用空心环管壳式换热器,这比传统的单园缺型折流 板式换热器具有更高的传热系数和更低的阻力降。    

(3)转化工序生产和停产检修加热空气利用第二吸收塔出口的热 烟气循环使用,利用其中一部分余热,以利节省燃料。 

(4)转化工段配管设计,根据不同的情况,不同的部位设置伸缩节,支架、不同的管托和拉杆结构,使设备管道布置紧凑,管道系统弹性较好,不因热胀冷缩拉裂而漏气。 

(5)转化器内充填触媒,为确保S02的环保排放指标,二氧化硫转化率要控制在99.8%以上,从国外引进低温钒催化剂。 

(6)脱盐水及发电装置   脱盐水装置采用一级除盐系统。脱盐水出力为15t/h。 脱盐水流程为:  原水→原水箱→原水泵→机械过滤器→逆流再生阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→逆流再生阴离子交换器→脱盐水箱→脱盐水泵→除氧器(除氧器设置在发电厂房)。  再生剂采用盐酸及氢氧化钠溶液,酸碱废水排至硫酸装置外污水处理站。

脱盐水送至锅炉给水除氧器用低压蒸汽进一步加热到105℃进行除氧,由锅炉给水泵加压,一路经过省煤器后,给水温度升高到150℃左右,然后分别送至废热锅炉的汽包。另一路给水供给高温过热器两级之间的喷水减温器。  废热锅炉为单汽包横向冲刷式砖衬水管锅炉,受热面为垂直悬吊式蛇形结构,受热面包括几组蒸发区和高、低温过热器。给水经过和高温炉气换热后,在汽包主蒸汽口产出饱和蒸汽,饱和蒸汽在经过高、低温过热器最终产出3.82MPa 450℃中压过热蒸汽14t/h。  由锅炉产生的3.82MPa  450℃中压蒸汽14t/h经过主蒸汽管道送至发电厂房。由于其它装置没有用汽需求,所以采用3000kW凝汽式发电机组,14t/h中压过热蒸汽可发电2941kw.h。除氧器用汽由汽轮机供除氧器用汽抽汽口供给。   为了保护炉水和蒸汽的品质,本工段配备了一套炉水加药装置以控制水质。  

(7)  过程控制特点   整个硫酸厂主要采用集散控制系统(DCS)来实现集中管理,分散控制。系统结构上应使数据采集功能和控制功能分布在各个不同的模块上,以有效地分散各种由于意外发生而造成对整个系统的危害。PID参数应能够自动整定。该系统具有丰富的运算控制功能,逻辑运算功能,极高的控制品质,便于集中监视和操作,监视直观清晰,系统扩散性好,易于改善控制方案,具有诊断和相应的保护功能,控制站的硬件冗余,总体不小于1:10,重要控制回路应为1:1,与操作站的通讯冗余为1:1。通讯速率不低于1Mbps。动态元素更新时间≤1秒。DCS内部的通讯系统是充分冗余的。DCS供电要求设置不间断电源(UPS)。蓄电池容量按30分钟考虑。

 


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关键词:硫酸设备,制酸全套硫酸设备工程,非稳态制酸全套硫酸设备工程

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