硫磺制酸裝置余熱利用及尾氣脫硫生產實踐

舒仕濤，張應虎

（1.云南磷化集團?？诹讟I(yè)有限公司，云南昆明 650113；2.云南云天化股份有限公司，云南昆明 650228）

經過多年發(fā)展，國內硫磺制酸裝置規(guī)模由小到大，從最初的單系列規(guī)模不到100 kt/a 到現(xiàn)在的1 000 kt/a，從技術引進到完全國產化，硫磺制酸技術在我國得到了長足發(fā)展。但在去產能的背景下，節(jié)能減排已成為硫酸生產裝置的核心競爭力，熱能的回收利用和環(huán)保排放是企業(yè)賴以生存的兩個重要環(huán)節(jié)。各設計單位和生產企業(yè)圍繞硫酸裝置的節(jié)能減排做了大量的技術改進和創(chuàng)新工作，在節(jié)能減排方面日臻完善。

云南云天化股份有限公司（以下簡稱云天化）下屬的分（子）公司擁有6 套800 kt/a、2 套600 kt/a、6 套300 kt/a 和3 套200 kt/a 硫磺制酸裝置。上述裝置均為“3+1”二轉二吸流程，其中有2 套800 kt/a 在建設時配套低溫位熱能回收系統(tǒng)，其余的裝置均沒有對低溫位熱能進行回收，余熱利用率只能達到75%左右，熱能損失的同時還增加了水、電消耗。在尾氣減排方面，除建設較早的200 kt/a 裝置外，其余各裝置在建設之初均沒有尾氣吸收系統(tǒng)，排放尾氣ρ(SO2)控制在860 mg/m3以內。GB 26132—2010《硫酸工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定硫酸生產企業(yè)排放尾氣ρ(SO2)限值為400 mg/m3，為達到新的尾氣排放標準，同時降低硫酸生產成本，云天化在節(jié)能和減排兩個方面做了相應的改造工作。

1 節(jié)能方面

針對不同裝置狀況，云天化采取的節(jié)能技術主要包括：配套蒸汽發(fā)電機，對蒸汽梯級利用；增設低溫位熱能回收裝置；對鍋爐除氧和排污產生的乏汽進行回收；取消開車鍋爐。

1.1 配套蒸汽發(fā)電機

硫酸生產過程中硫磺燃燒、SO2轉化為SO3產生的中高位熱能，通過余熱鍋爐轉變成3.8 MPa、430 ℃的中壓過熱蒸汽，云天化配套建成汽輪發(fā)電機，中壓蒸汽通過發(fā)電后變?yōu)榈蛪赫羝筝斔偷搅姿釢饪s使用，蒸汽得到梯級利用。

1.2 低溫位熱能回收

硫酸行業(yè)低溫位熱能回收技術日趨完善，在節(jié)能增效的思想指導下，云天化有計劃地對各硫酸裝置進行了技術改造，增設了低溫位熱能回收系統(tǒng)回收一吸塔吸收SO3產生的熱量。改造后，1 t 硫酸可以多生產低壓飽和蒸汽約0.5 t，使得硫酸裝置的余熱回收率從之前的約70%提高到90%以上。增產的蒸汽可以直接用于磷酸濃縮、特肥生產等用汽單元，也可以用于發(fā)電，經濟效益顯著。目前，云天化已有9 套硫酸裝置配套了低溫位熱能回收系統(tǒng)，運行較為穩(wěn)定。

1.3 除氧器及排污膨脹器乏汽回收

硫酸裝置在運行過程中，鍋爐除氧器和排污膨脹器連續(xù)排放一定量的乏汽，為減少熱量損失，改善現(xiàn)場環(huán)境，可使用乏汽回收裝置回收上述蒸汽。乏汽回收裝置工藝流程見圖1。

乏汽回收裝置設置動力頭、氣液分離罐和冷凝水泵。用除氧器上水調節(jié)閥前的脫鹽水作為工作介質，當脫鹽水高速流過動力頭噴嘴時，其對來自除氧器和鍋爐排污膨脹器的乏汽產生射吸，兩種介質的傳熱與傳質瞬間混合，脫鹽水流經擴壓段時被迅速加熱，同時將乏汽進行冷凝，汽水混合物進入氣液分離罐，在氣液分離罐內水汽全部凝結為冷卻水，用冷凝水泵打回除氧器，與輸送到鍋爐的脫鹽水混合后供給鍋爐系統(tǒng)使用；水中溶解的氧氣、二氧化碳等不凝性氣體從設備頂部排出。

圖1 乏汽回收裝置工藝流程

采用常溫脫鹽水將乏汽冷凝回收，外觀上消除了除氧器和排污膨脹器排放到大氣中的蒸汽，乏汽中的蒸汽回收率接近100%，一套600 kt/a 硫酸裝置可以回收約40 kt/a 的冷凝水。

1.4 取消開車鍋爐

硫磺制酸裝置一般都要配套燃煤鍋爐生產蒸汽，供硫磺熔化和液體硫磺保溫。該燃煤鍋爐也稱開車鍋爐，在制酸裝置建成投產和長期停車恢復開車時使用。制酸裝置正常運行時開車鍋爐停運保養(yǎng)，因此開車鍋爐的使用率很低，一年只運行幾天甚至幾個小時，但維護保養(yǎng)費用高昂，增加了企業(yè)的生產成本。針對此種狀況，結合硫磺制酸的工藝特點，在硫酸火管鍋爐汽包出口并網(wǎng)閥前增設1 根蒸汽管，長期停車或大修后恢復開車時，利用開車風機向焚硫爐內鼓入空氣，以燃燒柴油為熱源，產生飽和蒸汽直接輸送到熔硫裝置，如此可取消開車鍋爐，對于企業(yè)來說是一項低投入解決大問題的改造。云天化子公司云南磷化集團?？诹讟I(yè)有限公司已取消開車鍋爐多年，生產裝置運行正常。

2 減排方面

國家標準GB 26132—2010《硫酸工業(yè)污染物排放標準》規(guī)定，硫酸生產企業(yè)尾氣排放限值為ρ(SO2)≤400 mg/m3、酸霧(ρ)≤30 mg/m3。云天化為使尾氣達標排放，對全部硫磺制酸裝置均實施了減排改造。

云天化作為磷復肥企業(yè)，采用氨水作為尾氣脫硫吸收劑，氨與SO2反應生成的亞硫酸銨再經氧化生成硫酸銨，然后輸送到磷銨裝置回收養(yǎng)分氮和硫。氨法脫硫工藝流程見圖2。

圖2 氨法脫硫工藝流程

來自二吸塔的含SO2尾氣進入脫硫塔，由下而上與上部噴淋的氨水和亞硫酸銨混合溶液在脫硫塔內充分接觸，氣體中的SO2與吸收液反應生成亞硫酸銨從而被脫除，剩余少量的SO2經脫硫塔頂部除沫器除沫后由煙囪排放。脫硫過程中產生的亞硫酸銨母液由尾吸泵送入母液槽儲存，再由輸送泵輸送至氧化塔。在氧化塔內亞硫酸銨被氧化成硫酸銨，硫酸銨溶液輸送到磷銨裝置回收利用。

云天化有1 套200 kt/a 硫磺制酸裝置尾氣脫硫的SO2吸收設備采用超重力脫硫塔，其余制酸裝置均采用波紋填料塔。波紋填料塔傳質效率高，提高了SO2的吸收，且填料不易堵塞。超重力脫硫塔利用裝有金屬絲網(wǎng)填料的轉子高速旋轉，強化了氣相和液相之間的傳質效果。與傳統(tǒng)脫硫塔相比，超重力脫硫塔具有脫硫效率高、設備結構緊湊、占地面積及所用空間小、液體循環(huán)量少及投資省、運行成本低等優(yōu)勢。但對于產能較大的裝置來說，超重力脫硫塔轉子的平衡穩(wěn)定性有待驗證。波紋填料塔和超重力脫硫塔工藝流程及采用的吸收液均一樣，只是吸收塔的結構有區(qū)別。生產運行過程中，波紋填料塔和超重力脫硫塔在滿負荷、二吸塔出口尾氣ρ(SO2)＜1 200 mg/m3的條件下，經過脫硫塔吸收后，尾氣ρ(SO2)能穩(wěn)定控制在100 mg/m3以下，具有較高的脫硫效率和較好的操作彈性。

3 結論

目前硫酸行業(yè)長期處于低利潤狀況，硫酸企業(yè)若要持續(xù)發(fā)展，必須走低能耗、低排放的道路，從節(jié)能和減排兩個方面完善硫酸裝置的建設和改造是很有必要的。采用“3+1”二轉二吸流程的硫酸裝置，可采取以下措施進行節(jié)能減排改造：

1） 配備低溫位熱能回收裝置，余熱回收率由約70%提高至90%以上。

2） 配套蒸汽發(fā)電機，使蒸汽得到梯級利用。

3） 設置乏汽回收裝置，回收除氧器和排污膨脹器排出的蒸汽，回收熱量和水的同時減少環(huán)境的熱力污染。

4） 利用焚硫爐燃燒柴油，在火管鍋爐汽包出口并網(wǎng)閥前增設蒸汽管，生產飽和蒸汽替代燃煤鍋爐蒸汽，從而取消開車鍋爐，降低企業(yè)運行成本。

5） 對于磷復肥企業(yè)，增設尾氣吸收系統(tǒng)，采用氨水吸收尾氣中SO2，確保尾氣穩(wěn)定達標排放的同時還可回收脫硫液中的養(yǎng)分氮和硫，使資源得到最大化利用。