北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站250Kt/a硫磺制酸装置工艺设计设计者： 学 号： 班 级： 指导老师： 2009年5月16日 毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：250KT/a 硫磺制酸装置工艺设计 函授站： 北京化工大学 专业：化学工程与工艺 班级： 黔化本041班 学生姓名：邹 旋 指导教师（含职称）： 刘珍贤 1．设计（论文）的主要任务及目标设计的主要任务：根据毕业设计课题要求，结合设计条件，主要完成250KT/a硫磺制酸装置设计说明书、气体流量及组成计算、液体流量及组成计算、气体热量计算、循环酸温计算、主要设备尺寸核算、主要管道尺寸核算设计目标：采用先进成熟的工艺设备，节能措施和环保措施，达到高效、节能、环保的要求，取得好的经济效益。
2．设计（论文）的基本要求和内容硫磺制酸装置的物料衡算和热量衡算，及主要设备的尺寸计算、定型型号的选择，原辅材料的消耗计算，和带工艺控制点的工艺流程图和设备装备图的绘制，设计说明书的编制3．主要参考文献（1）南京化学工业（集团）公司设计院编写、化工部硫酸工业信息站出版的《硫酸工艺设计手册之工艺计算篇》； （2）南京化学工业（集团）公司设计院编写、化工部硫酸工业信息站出版的《硫酸工艺设计手册之物化数据篇》；（3）南化公司设计院一室供稿、南化公司研究院《硫酸工业》编辑部编印的《接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编之试用稿第三分册》；（4）汤桂华主编，《化肥工学丛书、硫酸》，化学工业出版社出版发行4．进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1设计安排查询资料和参观考察2009年1-2月份2设计实施阶段2009年3月1日-25日3设计中期检查209年3月28日4设计完善阶段2009年4月1日-5月15日5设计毕业答辩2009年5月16日设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的设计是本人独立完成，设计中有关资料和数据是实事求是的尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本设计不包含其他人已经发表或撰写的成果。
若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任作者签名： 邹 旋 日期：2009 年 5 月 16 日250Kt/a硫磺制酸装置工艺设计摘 要硫酸是一种重要的基本化工原料在我国，硫酸产品有20%、75%、93%和98%等不同规格硫酸主要用于生产磷肥，其消费量占硫酸的总消耗量的60%以上硫酸还用于生产还广泛的用于冶金、印染、医药等行业本设计主要介绍了年产25万吨硫磺制酸的工艺计算（主要原物料的物料衡算和热量衡算）、主要设备的尺寸计算及选型、工艺流程的配置、安全生产、环境保护等熔硫工段采用了液硫过滤器和液硫储罐；转化工段采用了硫酸工业中技术成熟的“两转两吸”3+2五段转化工艺，并采用了开车间接升温系统、全不锈钢转化器及国产优质钒触媒催化剂，确保一转转化率达到93%、二转转化率达到98%，使之总转化率达到99.7%；吸收工段采用大开孔球拱和新型填料、蝶形底、带阳极保护的不锈钢酸冷器和管槽式分酸器、一二吸采用国产纤维除雾器，并增设尾气碱液吸收装置（用于开停车和事故性排放），确保吸收率达到99.99%；锅炉工段采用热管省煤器、火管锅炉、反渗透脱盐水、热力除氧、蒸汽透平风机，确保余热的充分合理的利用。
在技术经济方面确保技术先进成熟，节省建设投资，为投产后获得好的经济指标打下基础，环境指标上则达到国家最新的污染物排放标准由此证明本设计在工艺计算、工艺流程的配置、设备的选用上是合理的成功的关键词：硫磺；硫酸；工艺；设备；设计目 录1、总 论 71.1概述 71.2研究结论 72、市场需求预测 92.1 国内外近期、远期需求量预测 92.2 产品的销售预测、竞争能力和进入国际市场的前景 93、产品方案及生产规模 103.1 产品方案的选择 103.2 生产规模 103.3 产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标 103.4 催化剂的选择 104、工艺技术方案 134.1 工艺技术方案的选择 134.2 工艺流程简述、余热回收系统方案的选择和消耗定额 154.4 全厂主要物料平衡 184.5 自控技术方案 184.6主要设备的选择 224.7 标准化 265、主要原料、辅助材料及燃料的供应 265.1原料供应 265.2辅助材料供应 266、建厂条件和厂址方案 276.1建厂条件 276.2厂址方案 287、公用工程和辅助设施方案 287.1总图运输 287.2给水排水 307.3供电及电讯 317.4供热 327.5 贮运设施 357.6 空压站 367.7 机、电、仪修 377.8 化验室 377.9 土建 378、环境保护 388.1 厂址与环境现状 388.2 执行环境质量标准及排放标准 388.3 建设项目的主要污染源及污染物 398.4 环境保护与综合利用论述 408.5 环境保护费用 409、劳动保护与安全卫生 419.1劳动安全与安全卫生 419.2消防 4410、工厂组织和劳动定员 4510.1工厂体制及组织机构 4510.2生产班制和定员 4510.3人员来源及培训 4511、项目实施规划 4611.1 建设工期规划 4611.2各阶段实施进度规划 4612、研究结论 4712.1综合评价 4712.2问题及建议 4713、设计条件……………………………………………………………4814、气体流量及组成计算………………………………………………4915、液体流量及组成计算………………………………………………5216、气体热量计算………………………………………………………5417、循环酸温计算………………………………………………………5818、主要设备尺寸核算…………………………………………………6019、主要管道尺寸核算…………………………………………………65 参考文献 65 制谢 66附件：1、相关图纸1、总 论1.1概述1.1.1项目名称（1）项目名称：250Kt/a硫磺制酸工程1.1.2设计概况（1）大力加强工艺流程与设备配套开发的工作，在充分吸取国内外科技成果的基础上，通过设计方案的比较和选择，提高装置的技术水平，完全实现设备国产化，以节约工程建设投资。
确保装置技术先进、工程投资省、运行费用低，装置运行可靠性高做出高水平、高质量、高效益的“三高”设计2）在做好主装置设计的同时，要注重节能、环保、安全、消防、抗震、劳动安全及工业卫生的配套设计三废”排放必须符合国家的有关标准和本项目环评报告的要求生产操作的环境条件必须符合国家劳动安全及工业卫生的要求贯彻执行国家有关环境保护和职业安全卫生的政策和法规3）认真贯彻“五化”的设计原则，尽量提高“工厂布置一体化、生产装置露天化、（建）构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化”的程度贯彻“安全生产，预防为主”的方针，确保本工程投产后符合职业安全卫生的要求，保证职工的安全和健康4）在确保工程质量的前提下，尽量降低工程造价，使项目综合技术经济指标达到先进水平 1.1.3项目提出的背景、投资的必要性和经济意义（略）1.2可研的简要综合结论（1）本项目所产硫酸，作为下游磷化工产品的原料，符合企业产业链的需要，装置建成后具有较好的经济效益2）本项目采用生产技术先进、成熟、可靠，设备全部实现国产化，既降低了工程投资，又为装置长周期稳定运行提供了保障3）本项目“三废”治理措施有效，项目建设满足环保要求4）本项目财务评价结果良好：项目总投资预计6000万元。
综上所述，本项目是可行的，投资是必要的附：主要技术经济指标序号指标名称单位数量备注一生产规模及产品方案1硫酸98%kt/a255.1折100%为250 kt/a2蒸汽3.82MPakt/a3001.2吨蒸汽/吨酸二年操作日天3338000小时1日产量吨750.12小时产量吨31.2三主要原材料、燃料用量1硫磺kt/a83250×332÷10002钒触媒吨新工厂一次添加146吨，之后每年消耗17.5吨.224.64×0.65t/ M33柴油t/a55开车升温用五公用工程消耗量1供水（补充新鲜水）m3/h15631.2×5吨水/吨酸2用电负荷380V（总装机容量）KW1193.485度/吨×31.2吨×45%10KV（总装机容量）KW1458.685度/吨×31.2吨×55%年用电量（上透平风机）万kw.h57525万吨×23度/吨3供汽低压蒸汽（≤0.6MPa）t/h37.4431.2吨×1.2六“三废”排放量1废气Nm3/h572962废渣t/a1568七运输量kt/a10.1产品硫酸自产自用，不外卖1运入量：kt/a8.52运出量：kt/a1.6八全厂定员人501其中：生产工人人442非生产人员人6九厂内占地面积亩30十全厂建筑面积m2599430亩×666×30%十一工程项目总投资（估计）万元60002、市场需求预测2.1 国内外近期、远期需求量预测国际上硫酸生产主要以硫磺为原料，上个世纪九十年代,由于国际硫磺市场持续低迷、国内冶炼技术的不断发展，我国硫酸生产的原料结构发生了深刻变化，硫磺制酸与冶炼气制酸得到了飞速发展，改变了过去依赖硫铁矿的单一格局。
2004年中央紧抓三农问题，出台一系列对化肥企业的利好政策，促进了磷复肥特别是高浓度磷复肥生产，磷复肥每月以同比20%以上的速度增长；二是国民经济的快速增长，增加对硫酸的需求2005-2007年全国硫酸产量（单位：万吨）制酸品种2005年产量占总产量比例%2006年产量占总产量比例%2007年产量占总产量比例%全国产量（万吨）462510050441005700100其中：硫磺制酸197443223344265547其中：冶炼烟气制酸98121116323131523其中：硫铁矿制酸162135159332167829其中：其他原料制酸5815515212.2 产品的销售预测、竞争能力和进入国际市场的前景本项目所产硫酸全部公司自用，不需外售3、产品方案及生产规模3.1 产品方案的选择 3.1.1 产品方案的选择的依据随着企业的下游磷化工产品投产后，硫酸总需求量将达到250kt/a，为了节省造价，降低成本及规避风险，本项目硫酸产量确定为250kt/a, 副产蒸汽可供浓缩磷酸、自身熔硫及生活取暖使用3.1.2 产品方案的确定本项目最终产品为：98%硫酸副产品：0.6MPa饱和蒸汽3.2 生产规模98%硫酸硫酸：255kt/a。
0.6MPa饱和蒸汽：31.2t/h3.3 产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标 3.3.1产品和副产品的品种和数量本项目建成后，其产品和副产品品种见下表：序号产品新增产量备注1硫酸98%255kt/a2饱和蒸汽0.6MPa31.2t/h小时产量×1.23.3.2产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标(1) 硫酸：产品执行国家标准GB/T534-2002表中浓硫酸一等品标准项 目指 标（一等品）硫酸（H2SO4），%≥98.0灰分的质量分数, %≤0.03铁（Fe），%≤0.01砷（As），%≤0.005汞（Hg），%≤0.01铅（Pb），%≤0.02透明度 ，mm≤50色度，≤2.0(2)、工业硫磺：产品执行国家标准GB/2449-81表中二级品标准H2SO4算指标名称一级二级三级测定方法硫% ≥99.9099.5098.50GB2451-81灰分%≤0.040.200.40GB2453-81酸度（以H2SO4计）%≤0.0050.010.03GB2454-81砷（As）%≤0.0010.020.05GB2456-81铁（Fe）% ≤0.0030.005不规定GB2457-81有机物 % ≤0.050.300.80GB2455-81水分% ≤0.100.501.00GB2452-81100目筛（孔径0.149mm）筛余物%≤无无不规定GB2458-81200目筛（孔径0.074mm）筛余物%≤0.51.0不规定机械杂质（木、砂、纸）不允许 (3) 饱和蒸汽：执行企业标准P(a)=0.6Mpa3.3.3 催化剂的选用SO2的转化反应是一个放热、可逆、体积缩小的氧化反应，是硫酸生产的重点工段，SO2的转化完全与否，关系到原料硫磺的利用率、环境保护和经济效益等，所以对SO2氧化用催化剂的选择提出了更高要求。
SO2氧化反应所用催化剂要求满足以下条件：①有较高的转化率，目的是提高硫的利用率和减少二氧化硫排放量②有较低的起燃温度、较高的耐热性能，以降低能耗，缩短开车预热时间，并适应气浓、气量的变化③使用寿命长，以保证系统的长期开工率现在硫酸生产中的二氧化硫氧化主要用的是钒催化剂钒催化剂是以五氧化二钒（V2O5）为主要活性成分，其组成为V2O55~9%、SO310~20%、SiO250~70%，并含有少量Fe2O3、CaO、MgO及水份等以碱金属盐类（硫酸盐）作助催化剂，以硅胶、硅藻土、硅酸盐作为载体而引起钒催化剂中毒的主要物质是砷、氟、酸雾以及矿尘等除了矿尘覆盖催化剂表面降低催化剂活性外，其它3种有毒物质是以化学中毒形式来使催化剂中毒失去活性的现在国内广泛采用的是S101-2H型、S107-1H型和S108-H型三种催化剂，这三种催化剂为环状催化剂比较先进的有S101-2H(Y) 型和S107-1H(Y)型，它们是菊花环钒催化剂，床层阻力降比前者小，抗堵能力比前者强：堆密度小、强度高这两个指标已达到国际先进水平S107-1H型和S107-1H(Y)型，起燃温度为360℃～370℃，正常使用温度为420℃～580℃；S101-2H型和S101-2H(Y)型的起燃温度为380℃～390℃，正常的使用温度为420℃～630℃，因此比较可得S107型催化剂要优于S101型催化。
S107型催化剂和S101型催化反应速度常数见表2.2和表2.3表2.2 S101型钒催化剂反应速度常数：温度，℃K1温度，℃K1K1*秒-1大气压-1秒-1大气压-1秒-1大气压-160010.74901.79——5909.654801.58——5808.664701.351.355707.744601.100.805606.604500.850.475505.604400.710.315404.754300.560.195304.054200.440.115203.264100.36——5102.654000.28——5002.10——————说明：在转化率小于60%，温度小于470℃时用K1*值S107型催化剂的主要物理和化学性质：含V2O55.5~6.5%，颗粒尺寸Φ5×（10～15）mm圆柱形；堆积密度0.50～0.60kg/L；孔隙率0.50%～0.60%；机械强度﹥15kgf/cm2；表2.3 S107型或S105型钒催化剂反应速度常数温度，℃温度，℃秒-1大气压-1秒-1大气压-1秒-1大气压-16008.154801.58——5907.254701.36——5806.404601.201.205706.054501.020.815605.054400.850.555504.604300.700.375404.054200.580.255303.504100.490.165202.924000.410.115102.453900.320.0725002.133800.260.0464901.86—————说明：在转化率小于60%，温度低于460℃是用K1*值。
所以综合考虑，选择国产S107型钒催化剂作为SO2 氧化用催化剂4、工艺技术方案4.1 工艺技术方案的选择4.1.1 国内外工艺技术概况 （1）国外工艺技术概况 （a）国外硫酸生产的原料主要是硫磺，其生产规模正向大型化发展，最大单系列能力为美国MEC公司在澳大利亚Murrin承建的4400吨/日，带低温余热回收（HRS）系统的硫酸装置一般新建装置规模≥3000吨/日，由于装置大型化，对节约投资，提高劳动生产率，降低生产成本等方面效果显著b）随着环保法日趋严格，生产技术趋向采用“3+1”或“3+2”两转两吸流程，总转化率在99.7～99.9％，尾气SO2含量低于300PPM，酸雾含量低于45mg/m3c）采用先进技术，强化设备能力，不断采用结构先进、效率高、节能耐用的机泵设备，从而使硫酸装置的生产稳定，开工率高，安全可靠，先进硫酸厂年开工率达到99％以上d）注重硫酸生产中的热能回收和转换，最大限度回收高、中、低位热能2）国内工艺技术状况近几年我国硫磺制酸工业有较快的发展，生产技术水平不断提高，其液体硫磺精制大多采用沉降法，转化工艺为“3+1”和“3+2”两转两吸工艺，转化触媒多采用国产触媒，转化率在99.5～99.7％，干吸塔、换热器、转化器等都采用一些新设备、新材料。
热力系统一般只回收利用高、中位热能，副产中、低压蒸汽自用或副产中压蒸汽用于发电或驱动透平主风机与国外相比存在单系列能力小、设计余量偏大、热利用水平偏低等缺点4.1.2 工艺技术方案的选择本项目选择工艺技术方案为：固体硫磺皮带输送，快速熔硫、液硫过滤器过滤精制液硫，机械雾化焚硫，“3+2”两转两吸流程，其主要特点： （1）结合中国国情，采用引进技术消化吸收的国內领先的硫磺制酸转化、干吸技术，进行工程设计具有技术先进，操作稳妥可靠，投资合理，综合经济效益好的特点2）采用“3+2”两转两吸流程，采用国产大颗粒环型触媒，提高转化器气速，减少压降，延长触媒使用寿命，总转化率保证达到99.7％以上，采用全不锈钢转化器，确保其安全运行3）转化工段的换热器选用列管换热器，进气扩散管，使气体均匀分布，设备直径小，占地面积小4）干吸塔采用大开孔球拱和新型填料，蝶形底，采用带阳极保护的不锈钢管槽式分酸器，加大淋洒密度，降低填料高度，提高干吸塔生产强度，一二采用国产纤维除雾器，提高除雾效率，保护后续设备及环境5）采用火管锅炉、蒸汽过热器、省煤器合理组成热力系统，回收高中位热能，产生450℃、3.82MPa蒸汽，用于推动透平风机，乏汽供熔硫、浓缩磷酸及生活取暖，热利用率高。
6）采用高低温交叉配酸吸收技术和干吸塔低位配置，减少酸冷却器换热面积，降低设备投资7）干吸塔上、下酸管采用阳极保护304L不锈钢管，安装维修方便，使用寿命长,减少酸的跑冒滴漏8）采用新型不锈钢转化器，高温下（≤620℃）不会发生蠕变，使用寿命长，维修量小触媒层设置从上至下依次为3、4、5、2、1，便于更换触媒，减少烟气管长度，消除热应力9）为了保证转化率，保护转化触媒，配置有间接升温系统4.1.3 本工艺技术可达到的工艺指标为：SO2浓度 10.5％硫酸产量: 31.2吨/时（100％ H2SO4）SO2转化率: ≥99.7％SO3吸收率: 99.99％尾气排放SO2 ≤960mg/Nm34.2 工艺流程简述、余热回收系统方案的选择和消耗定额4.2.1 工艺流程简述A、熔硫工段：固体硫磺经汽车直接运入硫磺仓库后，采用人工上料，固体硫磺经过下料斗，再经过大倾角皮带运输机送入快熔槽，快熔槽设蒸汽盘管间接加热到135℃—145℃，并设有搅拌桨搅拌加快硫磺熔化，液体硫磺溢流进入粗硫槽，加入石灰中和液体硫磺中的酸度，粗硫经粗硫泵打到液硫过滤器过滤，过滤后的液硫流入精硫槽，再由精硫泵打入液硫大罐贮存待用。
另设有硅藻土预涂层槽及泵，用于液硫过滤器预涂过滤层用B、焚硫工段：开车前将储存在液硫大罐中的液体硫磺用屏蔽泵打到焚硫炉前槽，液硫再经过硫磺泵加压后送入液硫喷枪，经过液硫喷枪雾化后进入焚硫炉，与从干燥塔来的干燥空气在800℃以上的温度下混合燃烧，借助焚硫炉前设置的旋风导流装置和炉尾的二次风让液体硫磺沫迅速的汽化、燃烧和扩散，生成我们想要的二氧化硫气体，温度高达1050℃送去余热锅炉降温之前采用柴油经过油泵和喷枪对焚硫炉进行升温到800℃以上C、转化工段：从焚硫炉来经过余热锅炉降温到420℃的二氧化硫气体，送到转化器的一段，二氧化硫气体在转化器五段催化剂床层间经过五氧化二钒的催化氧化下生成三氧化硫气体，经过每段转化床层后其温度上升，二氧化硫气体量减少而三氧化硫气体的量在增加，转化一段出口气体温度达600℃，经过高温过热器降温到442℃后进入转化二段，转化二段出来的气体温度达506℃，再经过从一吸塔来的330℃的低温气体在热热换热器内降温到430℃进入转化三段，转化二段出来的气体温度达459℃，再经过从一吸塔来的70℃低温气体在冷热换热器内降温到240℃后，进入空气预热器进一步的降温到170℃后去一吸塔，从一吸塔回来的70℃的低温气体依次经过2台冷热和1台热热换热器加温到425℃后去转化四段，从转化四段出来的气体温度达440℃，再经过2#省煤器降温到430℃后进入转化五段，从转化五段出来的气体温度达432℃，最后经过低温过热器和1#省煤器降温到160℃后进入二吸塔。
为了在升温过程中保护触媒不受柴油燃烧产生的水汽损害，本系统还设置了转化工段间接升温系统，干燥空气经升温炉加热后直接送入转化器一段、四段对转化器升温D、干吸工段：空气经过空气鼓风机加压后进入干燥塔干燥，再经过塔顶的金属丝网除雾器除沫后进入焚硫炉从转化三、五段段来的含大量三氧化硫的气体分别在第一和第二吸收塔内，借助异鞍瓷质填料，利用98%硫酸中的水吸收三氧化硫气体，生产我们想要的硫酸，硫酸浓度升高后不利于吸收进行完全，因此通过串酸或加工艺水来调整到98%的浓度恒定不变，吸收是放热反应，酸温升高后经过阳极保护管壳式换热器中的水间接冷却到60℃合适的硫酸温度，第一和第二吸收塔顶都设置了纤维除雾器，带液的气体经过纤维除雾器有效的除去酸雾以后分别去转化四段或经过高烟囱排放，开车或事故性的排放难免会造成尾气二氧化硫和酸雾超标，为此，在高烟囱前设置了尾气处理装置，利用纯碱液吸收，一般正常情况下尾气装置不用干燥、一吸循环酸共用一格循环酸槽，二吸单独用一格循环酸槽，干燥、一吸、二吸所需的98％循环酸分别由干燥、一吸、二吸循环酸泵打入干燥、一吸、二吸酸冷却器与循环冷却水进行换热冷却后，送入塔内槽管式分酸器喷淋与气体进行传质、传热后，流回循环酸槽。
98％成品硫酸由成品酸泵经成品酸冷却器冷却到40℃后进入硫酸计量槽，最后输送到成品酸贮槽贮存4.2.2 余热回收系统方案的选择(a) 余热回收系统设计原则（1）采用先进、可靠的余热回收技术，确保硫酸装置长期连续稳定运行；（2）立足热力系统国产化，精心设计，合理选材，用最少的投资，获取尽可能大的热回收效果；（3）积极采用先进成熟的技术成果，如焚硫炉后设置火管锅炉，转化一段、五段设置高低温过热器产3.82MPa过热蒸汽推动透平主鼓风机，乏汽供熔硫、磷酸、生活等使用b) 余热回收系统选择（1）蒸汽系统参数按我国蒸汽锅炉和汽轮发电机组系列，选用蒸汽参数如下： 锅炉汽包操作压力：3.82MPa(饱和温度为245℃) 中压过热蒸汽：3.82MPa 450℃（2）余热回收系统组成装置中的各台余热回收设备串成一个热力系统，生产中压过热蒸汽热力系统由热管省煤器2台、火管锅炉1台、蒸汽过热器2台组成三类设备在工艺系统中配置方式的不同，组成不同的余热回收系统，常用系统见下表：序号设备设置位置方案1方案2备注1余热回收系统设备台数562设备设置2.1焚硫炉后设置火管锅炉火管锅炉2.2一段出口设置过热器2#过热器2.3三段出口设置1#省煤器空气预热器2.4四段出口设置2#省煤器1#省煤器2.5五段出口设置低压锅炉1#过热器+2#省煤器3方案简称2锅+1过+2省1锅+2省+2过+1空两种方案都能达到预期效果，但考虑到在开车时减少升温柴油用量，考虑使用空气预热器，同时也为了避免一吸塔进口低温段SO3气体的低温露点腐蚀，本设计推荐方案2，预期产汽率1.2t/t酸，产汽量37.4t/时，产汽压力3.82MPa 450℃。
3）热力系统流程经除氧的合格锅炉给水（脱盐水）送来本装置后，经1#省煤器加热到约170℃左右进入2#省煤器进一步加热到210℃再进入中压火管锅炉，锅炉产生的3.82MPa，245℃饱和蒸汽依次经过1#过热器→2#过热器，加热到额定的450℃后送去驱动蒸汽透平主风机蒸汽透平风机采用背压式，将3.43MPa，435℃蒸汽经透平后背压为0.68MPa，送往全厂蒸汽管网供熔化硫磺、磷酸工段及生活取暖使用c) 热力系统技术特点（1）用最少的投资，获取尽可能大的热回收效果硫磺制酸装置的余热回收应包括高温、中温和低温三部分余热，其中高温和中温余热回收技术成熟，设备可靠，热能回收已大于65％，有效能回收率大于95％若回收低温热能，需设置HRS系统，须增加投资2500～3000万元，可增加1.0MPa蒸汽产量0.5t/t酸考虑到减少建设投资，本项目不上HRS系统2）余热回收系统主体设备100％国产化硫磺制酸装置余热回收系统的主体设备：中压火管锅炉、翅片管过热器和水平夹套式热管省煤器，热管空气预热器都已在许多生产装置中得到应用3）热力系统流程（见附图）4.2.3 原材料、辅助材料和动力消耗定额序号名称及规格单位消耗定额（吨酸单耗）小时每年备注一原材料及动力消耗1硫磺:S≥99.5％t0.33210.375吨8.3万吨2工艺水m30.206.24 m35万3循环水m3762371m31897万4脱盐水m31.3542.12m333.75万5电KWh23717.6度575万上透平风机6蒸汽0.6MPa饱和t0.226.87吨5.5万吨熔化硫磺用7钒触媒kg0.072.184 kg17.5吨正常消耗8柴油kg0.226.87kg55吨升温用9仪表空气Nm3263 Nm350万气动仪表用10硅藻土kg0.113.43 kg27.5吨液硫过滤用11石灰kg0.134.06 kg32.5吨中和硫磺酸度二副产品1蒸汽0.6MPa t1.237.44吨30万吨2硫磺渣t0.006270.1956吨1568吨4.4 全厂主要物料平衡蒸汽30万吨硫酸25万吨硫磺制酸硫磺8.3万吨硫磺渣1568吨 4.5 自控技术方案4.5.1自动化水平一般而言，生产过程连续性强或者工艺操控要求较高的装置的控制系统选用技术先进，操控可靠而且易于操作和维护的分散型控制系统（简称DCS）；次要装置或者工艺技术要求不高的装置可以根据实际情况选用小型分散型控制系统（DCS）或者计算机监控和数据采集系统（简称SCADA）,可编程逻辑控制系统（简称PLC）；工艺流程和设备布置较为分散，且操控性和连续性不强的生产装置采用一般模拟仪表和就地仪表实现过程控制。
本项目硫酸主装置采用DCS控制系统化学水站采用PLC控制系统仪表空压站、循环水站等辅助配套装置采用模拟仪表控制系统4.5.2 自动化系统设置原则（1）DCS和PLC控制系统采用的DCS控制系统和PLC控制系统基本集合回路控制，显示，记录，逻辑等各项功能，并具有报警管理，数据历史趋势，数据实时记录，动态流程画面，数据报表等功能系统的控制，通讯和电源部分应该具有教好的冗余性，较高的可靠性采集的过程信号制式为4～20 mA DC标准信号或者总线数字信号，标准数字量信号；操作信号为4～20 mA DC标准信号或者总线数字信号，标准数字量信号控制系统应具有较好的可扩张性，升级性，并部分采用国际标准总线控制系统的人机接口界面应有良好的操作环境，易于操控和管理系统网络结构不少两级，并应有解决接入全厂综合信息网络或者工业以太网的能力和关口对DCS和PLC设置的最基本要求为，控制器1：1冗余，电源和通讯网络1：1冗余系统在硬件发生故障时，仍能继续正常工作控制系统按控制要求分可以很灵活的组成数据采集系统（DAS），模拟量调节系统（MCS），顺序控制系统（SCS）三大子系统，或者集成于整个系统中（2）模拟仪表控制系统简单的数据采集和控制系统采用模拟仪表，来完成简单的过程控制和检测要求，控制器使用单回路数字控制仪，其他显示和记录的仪表使用数字显示仪，无纸记录仪等常规仪表。
4.5.3环境特征和仪表选型 25万吨/年硫磺制酸技改工程建设项目所处的环境和条件各自不同，工艺介质腐蚀性强，对过程中设备和管道的密闭要求较高，部分的物质泄漏对人体有较强的刺激和毒害作用硫酸余热利用系统的汽水系统大部为高温高压仪表选型一般按HG/T20507-2000《自动化仪表选型规定》执行4.5.3.1仪表的防护和防爆（1）现场一次仪表根据现场情况分别采用防腐型、防水型等防护类型根据工艺介质情况，仪表材质选用了钽、哈氏合金、蒙乃尔合金等贵重金属，以满足抗腐蚀性能的要求2）所有现场安装的仪表是全天候型的，可以满足现场使用环境和气候条件，并符合相应防护等级的要求3）安装在火灾和爆炸危险场合的仪表设备符合危险区域等级划分的要求4）仪表防电磁干扰措施采用带屏蔽层的双绞型计算机专用电缆或者屏蔽电缆并可靠接地；各类现场仪表的防护等级最低为IP54重要的精密仪表安装于仪表保护箱内，防止日晒和腐蚀4.5.3.2主要仪表的选型（1）温度仪表就地温度检测选用双金属温度计集中温度检测一般选用一体化温度变送器、Pt100热电阻、镍铬－铜镍热电偶温度开关等就地温度调节选用自力式温度调节阀2）压力仪表就地压力检测一般选用不锈钢压力表，有脉动的场合选用耐震压力表，有腐蚀、粘稠、结晶的场所选用隔膜压力表或隔膜耐震压力表。
集中的压力检测点选用智能压力变送器重要压力报警、联锁点选用压力开关，一般报警选用电接点压力表就地压力调节选用自力式压力调节阀3）流量仪表流量就地检测：小口径一般选用金属管转子流量计，大口径选用椭圆齿轮流量计或流量开关；简单场合可选用水表集中流量检测优先选用节流装置和智能差压变送器，对精度要求较高的选用椭圆齿轮流量计、涡轮流量计等根据工艺介质条件还选用电磁流量计、称重装置等4）物位仪表就地液位计一般采用玻璃管、玻璃板液位计或磁式液位计需要集中检测的液位点一般采用智能液位变送器和差压变送器、远传磁式液位计、超声波料位计、雷达料位计、磁致伸缩液位计等，超声波液位计等液位开关一般选用浮子或电容式特殊的场合也可选用吹气或冲洗法测液位5）分析仪表采用工业式水质分析仪，如PH计，电导率测量仪，酸碱浓度分析仪，式紫外SO2分析仪6）执行器一般调节阀采用气动执行机构，配电/气阀门定位器和空气过滤减压阀一般选用柱塞式单座、套筒调节阀、偏芯旋转阀、蝶阀，球阀，旋塞阀等二位控制阀选用气动执行机构一般采用O型球阀，当口径≥DN50mm时可选用蝶阀，配有电磁阀、空气过滤减压阀和限位开关等就地调节分别选用自力式压力调节阀、自力式温度调节阀。
硫酸装置转化工段的大口紧气路调节力矩要求较大，执行机构采用角行程电动执行机构来驱动原则上，所有调节阀的执行机构都配备有阀门定位和保护装置控制阀配有先导机构和限位开关，用于安全联锁的控制阀的执行机构在气源故障时可使阀门处于安全位置4.5.4 动力供应4.5.4.1仪表用压缩空气根据各装置仪表用气量计算，本设计经计算须用100NmЗ/h（最大用量）仪用压缩空气，考虑上两台每台3 NmЗ/min的螺杆式空压机（一开一备）气源要求：压力：0.6～0.7MPa(表压) 温度：30℃露点：气源在操作压力下比环境温度低10℃含尘量：净化后气体含尘粒直径小于3μm，含尘量小于1mg/mЗ含油量：干燥净化后的气体含油量小于3ppm仪表用气量表用气装置用气量（NmЗ/h）备用时间（分）备 注硫磺制酸装置7030化学水站20（间断）30其他装置1030合 计1004.5.4.2 仪表用电源按各装置控制室的设置和控制系统的要求，仪表用电原则上是由电气专业送至各控制室的控制柜的仪表用电总开关电气专业从低压配电盘的专用开关接出，所有仪表电源按重要负荷考虑，电源应是双回路自动切换的独立供电回路控制室内设有专用的仪表用电分配开关，由分开关引出送至各用电单元，如UPS，CRT，打印机，电动阀，控制仪表等。
总开关和分开关设有过流，短路等保护措施仪表用电输入按380V 50Hz.或者220V 50Hz设计主要仪表用电量表用 户输入电压等级容 量电源要求备 注硫磺制酸主控制室380V6KVA重要负荷化学水站控制室380V4KVA重要负荷其他～～按具体要求仪表用电的可靠性保证，仪表用电设计按重要负荷考虑，为保证电源不畸变和受到电磁干扰，在电源进线加设防雷击和抗浪涌装置，所有用电开关均有过流，过负载，短路保护4.6主要设备的选择4.6.1 主要定型设备的选择 （1）液体硫磺泵在生产装置中，液体硫磺输送，拟选用屏蔽泵，液体硫磺输送时液硫温度在135℃左右，采用屏蔽泵型式，避免了主轴密封渗油现象，泵体夹套蒸汽加热，配有耐高温绝缘线绕制的耐腐蚀的哈氏合金转子并备有轴承易损报警器，泵内自动温度装置，结构紧凑，使用寿命长2）液体硫磺过滤器采用卧式叶片液体硫磺过滤器液体硫磺加入硅藻土送入卧式叶片过滤器，在叶片过滤网面上结成硅藻土滤饼层，经过滤后的合格液体硫磺在叶片框架内流动，经汇总后输出当定期清理硅藻土滤饼层时，设备端顶盖自动液压开放，叶片框架自动液压移出设备外，进行清理硅藻土硫磺尘滤饼，清理完毕，自动放进设备和顶盖关闭。
该设备结构紧凑，过滤效果好3）硫酸泵国内已有生产，泵的流量400m3/h、38m硫酸柱，电机功率110KW98%，99℃高温浓硫酸循环泵，泵体采用合金球墨铸铁4）酸冷却器由于采用高温吸收技术，一吸塔出塔酸温较高，因此采用带阳极保护管壳式酸冷却器，目前国内80万吨/年、60万吨/年、40万吨/年、30万吨/年大型硫磺制酸装置均采用此种酸冷器，操作可靠，冷却效果好4.6.2 主要非标准设备的设计（1）快速熔硫槽大型快速熔硫槽，直筒体内加盘式换热器，锥体加蒸汽夹套，为了防止界面腐蚀，筒体内衬耐酸防腐材料，盘式换热器进出管端气液界面部分用外包热塑四氟套管防腐，二层搅拌桨采用自卸式结构快开式人工放渣孔，设备下部设放渣口2）焚硫炉焚硫炉钢壳内衬硅酸铝纤维，二层隔热砖，二层耐火砖，炉体内设有三道隔墙，炉进口异形接管采用耐热混凝土浇注炉内硫磺喷枪采用高压喷嘴型式，设空气导流装置加强雾化效果雾化的焚硫炉进口干燥空气与液体硫磺同方向进入炉内，炉子中部设有二次空气作进一步燃烧，炉体上部设有遮雨棚，防止大量散热，支座为鞍型支座，设固定支座和活动支座3）转化器转化器采用304材质，底部设有径向膨胀设施，进气口考虑均匀分气措施，触媒层的分段从上至下为3、4、5、2、1。
各段触媒层壳体内衬耐火砖，衬砖高度为触媒层的高度转化器外包复合硅酸盐保温材料触媒采用国产大颗粒环状钒触媒4）气体换热器气体换热器采用传统的列管换热器，进气扩散管，使气体均匀分布，传热系数高，设备直径小，设备占地面积少5）干吸塔干吸塔为立式园筒形结构，钢壳体内衬耐酸砖，支承填料层为球拱结构，开孔率大于50%，填料为5.6米Φ76异鞍座环，0.8米Φ38阶梯环，塔底为蝶形底，出酸口处装有防涡流装置分酸装置采用阳极保护槽管式分酸器，每平方米喷头有43个，而国产高效管式分酸器喷头只有21-27个/m26）液体硫磺贮槽大型液体硫磺贮槽为碳钢壳体，底部加热元件，顶盖上设有保温盘管，蒸汽灭火管，蒸汽夹套放空管及蒸汽夹套进料管4.6.3 主要热力系统设备（1）火管锅炉火管锅炉为卧式双锅筒自然循环火管锅炉，露天布置上锅筒为汽包，下锅筒为锅壳，烟管固定在锅筒两端的管板上烟气由进口烟箱分流，纵向通过烟管，在出口烟箱内汇流引出给水送入汽包，汽包内的脱盐水通过下降管侧向进入锅壳的壳程空间，炉水受热后形成的汽水混合物再通过上升管进入汽包，形成自然循环回路上升管和下降管同时作为汽包在锅筒上方的支撑结构，使汽包与锅壳连成一体。
整台锅炉由鞍式支座支承，锅筒前部支座为固定支座，用地脚螺栓锚固在基础上，其余为滑动支座，使锅炉的各部分在运行时均能按设计预定方向自由膨胀2）过热器转化一段、五段出口蒸汽过热器为全合金钢制立式矩形箱体结构，露天布置自上而下布置有高温和低温两段过热器管束，蒸汽与烟气呈逆向流动在两段过热器之间设有喷水减温器，以调节出口蒸汽温度减温器和连接管道均在合金钢箱壳外面两段过热器均由进出口联箱和带螺旋翅片的蛇形管组成，蛇形管的直段带翅片，弯头部分是光管，直段翅片管位于箱体通道箱内，进出口联箱和弯头则放置在两端的弯头箱内，以方便安装与检修蛇形管基管和进出口联箱采用321(1Cr18Ni9Ti)，螺旋片采用304(0Cr19Ni9)，外壳采用304(0Cr19Ni9)；（3）水平夹套式热管省煤器水平夹套式热管省煤器应用于硫磺制酸装置，它不仅能有效地防止低温腐蚀产生，而且结构简单，无现场维修工作量运行实践已表明，热管省煤器能确保长期安全运行4）蒸汽透平驱动的空气鼓风机大型透平鼓风机在国内已有成熟的制造技术和丰富的使用经验，推荐使用辽宁沈阳鼓风机厂或陕西鼓风机厂生产的较为可靠国内主要鼓风机制造厂商等都有很好的透平鼓风机供货业绩，并均可根据客户特殊要求订制。
本项目空气鼓风机技术参数如下：a、鼓风机进口风量Q=1800m3/min；风机进口压力：-1KPa当地大气压89.17kPa)出口压力：43Kpa(表)b、蒸汽透平机型式：背压式，进汽压力3.43MPa，进汽温度435℃，排汽压力0.6MPa主要工艺设备规格及技术参数序号名 称规 格主要技术参数备 注1快速熔硫槽φ3500X3000带搅拌桨，加热面积 F＝2 X 60m22台，锥底2液体硫磺过滤器WYB-YL-50采用卧式叶片液体硫磺过滤器2台（1开、1备）3焚硫炉φ内3800×15000带二支机械雾化磺枪，燃烧容积168 m31台钢衬耐火砖4转化器φ内 8200五段催化剂共224.64m31台不锈钢5热热换热器φ5000换热面积 F＝1326m21台，列管式6冷热换热器φ5000换热面积 F＝2290m22台，列管式7空气鼓风机S1800-45流量Q＝1800m3/min△P＝45kPa2台（1台电风机、1台汽风机）8干燥塔φ内5300 扬酸量400 m2/h，喷淋密度 L＝16m3/m2.h，填料层高6.4米1台钢衬耐酸砖9第一吸收塔φ内5300扬酸量360 m2/h，喷淋密度 L＝18m3/m2.h，填料层高6.4米1台钢衬耐酸砖10第二吸收塔φ内5300 扬酸量360 m2/h，喷淋密度 L＝16m3/m2.h，填料层高6.4米1台钢衬耐酸砖11干燥塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积 F＝321m21台12一吸塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积 F＝357m21台13二吸塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积 F＝164m21台14成品酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积 F＝32m21台15干吸酸循环槽φ内3500×12000容积为100m31台钢衬耐酸砖16尾气烟囱φ1600×60000钢架结构，中心筒采用PP材质1台4.7 标准化4.7.1化工工艺设计采用相应的国家和行业标准、规范（略） 4.7.2 设备、主要设计标准和规范（略）4.7.3 电气、本工程电力设计所使用的设计标准或规定（略）4.7.4 自控、设计采用的标准及规范（略）4.7.4.2设计采用工程单位设计使用国际标准工程单位，如下表：测量参数单位刻度备 注流量液体m3/hDirect气体Nm3/hDirect蒸汽Kg/h or t/hDirect5、主要原料、辅助材料及燃料的供应5.1原料供应5.1.1主要原料品种、规格、年需用量、来源及运输条件序号名称主要规格年需用量（万吨）来源供应方式1硫磺S≥99.5%8.3进口火车到站，汽车转运5.1.2 原料资源的储量、品位、开采及生产规模本装置所用硫磺主要从国外进口。
a、由于硫磺价格的下降，一部分原来改为硫铁矿制酸的装置重新恢复采用硫磺制酸；b、由于有色金属工业的发展，特别是电解铜、电解锌行业的发展，使冶炼烟气制酸的比例逐年上升，从而间接地抑制了硫磺制酸的过度发展，使硫磺价格能够得以保持稳定c、目前世界硫磺主要来自石油冶炼的副产物，其价格与世界石油价格密切关联目前世界石油价格已在低位，短期内价格再出现大幅上涨的可能性很小，因此，硫磺价格大幅上涨的可能性已较小综上所述，硫磺的供应及价格都将有保障5.2辅助材料供应本项目辅助材料供应如下表：序号名称规格单位年需用量来源供应方式1钒触媒S107、S101吨17.5外购汽车2柴油0#吨55外购汽车3硅藻土吨27.5外购汽车6、建厂条件和厂址方案6.1建厂条件6.1.1 厂址的地理位置、地形、地貌6.1.2 工程地质、水文地质和地震烈度6.1.2.1 工程地质6.1.2.2 水文地质6.1.2.3 地震烈度6.1.3 当地气象条件A、年平均温度 14.8℃B、最热月平均温度 23.4℃C、最冷月平均温度 4.8℃D、风压值 34N/m2E、年平均风速 1.9m/sF、年平均相对湿度 79%G、最热月平均相对湿度 79%H、最冷月平均相对湿度 78%I、 当地平均大气压 669mmHg（合89.17KPa）6.1.4 地区和城镇社会经济现状及发展规划（略）6.1.5 交通运输条件的现状及发展规划（略）6.1.6 水源、供排水工程项目所需生产用水和生活用水来自公司供水站，本工程不考虑供水设施。
为满足厂区的防排洪要求，设计计划在厂区修筑一条排洪沟，以防暴雨时山洪影响工厂的正常生产厂内雨水经有组织汇集后排出。