沙業(yè)汪

(中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100)

節(jié)能與余熱回收

硫酸工程設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)探討

沙業(yè)汪

(中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100)

對(duì)硫酸工程設(shè)計(jì)的主要節(jié)能技術(shù)作了深入的探討。硫酸工程設(shè)計(jì)要貫徹和執(zhí)行節(jié)能法規(guī)和政策，工藝技術(shù)需采用成熟可靠、先進(jìn)適用、效能高、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益好的低壓降指標(biāo)，裝備選型采用安全可靠、結(jié)構(gòu)合理、壓降低、能耗低、效率高、維修方便及兩次維修間隔期長、經(jīng)濟(jì)上合理的裝備、配件和材料，設(shè)備布置緊湊合理。節(jié)約用水、回收和利用能源，提高熱的回收率，投資費(fèi)用較高的節(jié)能措施需根據(jù)綜合評(píng)估決定。

硫酸工程 節(jié)能技術(shù) 節(jié)能法規(guī) 節(jié)能降耗 先進(jìn)工藝設(shè)備 低壓降

我國硫酸行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)形勢廹在眉捷，“十三五”期間，新增產(chǎn)能受到嚴(yán)格控制，硫酸低溫位熱回收技術(shù)將繼續(xù)推廣，而且在節(jié)能和清潔生產(chǎn)方面的準(zhǔn)入門檻提高?！笆濉绷蛩嵝袠I(yè)回收和利用的熱能生產(chǎn)蒸汽及發(fā)電，雖然取得了很好的成果，也為企業(yè)帶來豐厚的回報(bào)，但是今后對(duì)硫酸企業(yè)，特別是對(duì)新建硫酸工程的節(jié)能要求越來越高，還需繼續(xù)努力創(chuàng)建新紀(jì)錄。硫酸工程項(xiàng)目建設(shè)的全過程中，設(shè)計(jì)階段是貫徹和執(zhí)行國家有關(guān)節(jié)能政策的先行及關(guān)鍵時(shí)期，節(jié)能措施通過設(shè)計(jì)可充分落實(shí)到工程中，如果硫酸工程建成后再考慮節(jié)能，是很被動(dòng)和費(fèi)勁的。所以，硫酸工程的設(shè)計(jì)應(yīng)把好節(jié)能關(guān)、做出好的節(jié)能設(shè)計(jì)。就硫酸工程設(shè)計(jì)的主要節(jié)能技術(shù)措施進(jìn)行探討和交流。

1 政策導(dǎo)向

硫酸工程設(shè)計(jì)需全面貫徹和執(zhí)行國家有關(guān)節(jié)能的政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。近幾年國家有關(guān)部門公布的節(jié)能新政如下：

2016年6月30日，開始執(zhí)行工業(yè)和信息化部公布的《工業(yè)節(jié)能管理辦法》(以下簡稱《辦法》)?！掇k法》鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造，鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)創(chuàng)建“綠色工廠”。《辦法》提出，重點(diǎn)用能的工業(yè)企業(yè)應(yīng)開展能效水平對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)活動(dòng)，爭創(chuàng)能效“領(lǐng)跑者”。鼓勵(lì)重點(diǎn)用能的工業(yè)企業(yè)利用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，提高企業(yè)能源利用效率和管理水平。

2012年12月31 日發(fā)布GB 29141—2012 《工業(yè)硫酸單位產(chǎn)品能源消耗限額的規(guī)定》。該《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)現(xiàn)有工業(yè)硫酸企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限定值和先進(jìn)值作了規(guī)定，還對(duì)新建工業(yè)硫酸裝置單位產(chǎn)品能耗準(zhǔn)入值作了規(guī)定。提出企業(yè)應(yīng)建立健全能源管理組織機(jī)構(gòu)，對(duì)節(jié)能工作進(jìn)行組織、管理、監(jiān)督、考核和評(píng)價(jià)?！稑?biāo)準(zhǔn)》要求：生產(chǎn)設(shè)備達(dá)到高效率低能耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)余熱和余壓，加強(qiáng)回收和利用；開發(fā)利用高效節(jié)能的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備；推進(jìn)清潔生產(chǎn)，提高資源利用效率，減少污染物排放量； 推廣熱電聯(lián)產(chǎn)，提高熱電機(jī)組的利用率；推廣“三廢”綜合利用技術(shù)； 淘汰高能耗、高污染的工藝和設(shè)備。

由中國硫酸工業(yè)協(xié)會(huì)組織起草、新編的《工業(yè)硫酸取水定額》，已于2015年底上報(bào)國家標(biāo)委會(huì)，待審批后發(fā)布。新編的《工業(yè)硫酸取水定額》比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)HG/T 4186—2011《硫酸取水定額》，提高了對(duì)現(xiàn)有企業(yè)取水限額值的要求，并增加了新建項(xiàng)目取水準(zhǔn)入值。

2013年3月國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于調(diào)整銷售電階分類結(jié)構(gòu)有關(guān)向題的通知》，國家逐步將現(xiàn)行銷售電價(jià)歸并為居民生活用電、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電和工商業(yè)及其它用電。在5年調(diào)整過渡期內(nèi)，將黃磷、中小化肥等用電逐步歸并于大工業(yè)用電類。中小化肥用電系指300 kt/a以下(不含300 kt/a)的單系列合成氨、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥料生產(chǎn)企業(yè)中化肥生產(chǎn)用電。2016年4 月起化肥企業(yè)優(yōu)惠電價(jià)已全部取消。

2013年12月31日工信部發(fā)布《石化和化學(xué)工業(yè)節(jié)能減排指導(dǎo)意見》，該指導(dǎo)意見確定到2017年底，石化和化學(xué)工業(yè)萬元工業(yè)増加值能源消耗比2012年下降18%，單位工業(yè)增加值用水量降低30%，水的重復(fù)利用率提高到93%以上?？刂频?、磷肥、“三酸兩堿”等高耗能、大宗基礎(chǔ)化學(xué)品的總量，淘汰或改造其中部分能耗高、污染重的產(chǎn)能和裝置，提高新建項(xiàng)目的能效和環(huán)保門檻。重點(diǎn)研發(fā)和推廣硫磺制酸的低溫位熱回收技術(shù)及硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸中、低溫位熱能回收技術(shù)。

2 業(yè)主意向

硫酸工程設(shè)計(jì)需達(dá)到業(yè)主的期望，需要業(yè)主的理解和支持。目前，我國大、中型硫酸企業(yè)單位產(chǎn)品的實(shí)際耗電量，差別相當(dāng)懸殊，原因較多，除特殊情況外，一般而言與企業(yè)的環(huán)境和狀況、設(shè)計(jì)和管理的水平有關(guān)。完善的工程設(shè)計(jì)，給設(shè)備采購、施工和安裝、試車和投入正常運(yùn)行等后續(xù)階段的工作，打下良好的基礎(chǔ)；而節(jié)能措施合理和有效的工程設(shè)計(jì)，又能為企業(yè)節(jié)能降耗、降低企業(yè)管理費(fèi)用和產(chǎn)品成本等帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。硫酸工程設(shè)計(jì)落實(shí)工程的節(jié)能措施應(yīng)達(dá)到業(yè)主的期望，也需要業(yè)主的理解和支持。業(yè)主對(duì)有關(guān)節(jié)能問題，做好調(diào)查研究，審查有關(guān)設(shè)計(jì)文件，從嚴(yán)把關(guān)，落實(shí)措施，向節(jié)能要效益，提升項(xiàng)目的市場競爭能力，爭創(chuàng)成為能效“領(lǐng)跑者”。

3 節(jié)能方向

硫酸工程設(shè)計(jì)需采用先進(jìn)工藝和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能耗最小化，效益最大化。節(jié)能問題在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，政策性很強(qiáng)、很重要，是設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。節(jié)能的標(biāo)志之一，是單位產(chǎn)品能的消耗量。新建工業(yè)硫酸裝置按GB 29141—2012 《工業(yè)硫酸單位產(chǎn)品能源消耗限額》及有關(guān)工業(yè)硫酸取水定額執(zhí)行。GB 29141—2012中對(duì)新建工業(yè)硫酸裝置工業(yè)硫酸單位產(chǎn)品能耗準(zhǔn)入值、現(xiàn)有工業(yè)硫酸企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限定值、先進(jìn)值，綜合列于表1。

表1 新建工業(yè)硫酸裝置單位產(chǎn)品能耗準(zhǔn)入值、先進(jìn)值及現(xiàn)有企業(yè)限定值

據(jù)報(bào)導(dǎo)，我國有些大型化企業(yè)的電耗控制得很好，超過對(duì)現(xiàn)有企業(yè)限定值，達(dá)到先進(jìn)值的要求。2012年，云南三環(huán)、云南祥豐、湖北三寧、云南云峰、云南富瑞等硫磺制酸企業(yè)單位產(chǎn)品電耗 30～42 kWh；湖北鄂中、云浮寶利等硫鐵礦制酸企業(yè)單位產(chǎn)品電耗也僅 82～83 kWh；“雙閃”銅冶煉煙氣制酸單位產(chǎn)品電耗，廣西金川有色45 kWh[1]、銅陵金冠銅業(yè)冬季62 kWh、夏季73 kWh[2]。據(jù)新發(fā)布的2016年度石油和化工行業(yè)重點(diǎn)耗能產(chǎn)品能效“領(lǐng)跑者”數(shù)據(jù)，硫磺制酸企業(yè)單位產(chǎn)品電耗宜都興發(fā)28 kWh、云南天安36 kWh、湖北三寧36 kWh，硫鐵礦制酸企業(yè)單位產(chǎn)品電耗貴州甕福72 kWh、銅陵華興115 kWh、浙江巨化134 kWh。因此，新建硫酸工程設(shè)計(jì)，有這些先進(jìn)企業(yè)所采用的工藝技術(shù)和裝備、節(jié)能措施等經(jīng)驗(yàn)借鑒，能耗指標(biāo)達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的準(zhǔn)入值要求，一般應(yīng)該有信心有把握的。下面就主要的節(jié)能技術(shù)措施進(jìn)行探討。

3.1 工藝參數(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

目前，我國硫酸工程設(shè)計(jì)，尤其是大型化裝置，采用國產(chǎn)化技術(shù)越來越多，許多項(xiàng)目從實(shí)際出發(fā)，因地制宜，博采眾長，選擇先進(jìn)合適的低壓降工藝控制參數(shù)。在消化吸收國外某些指標(biāo)時(shí)，考慮了我國的能源狀況和能源政策、能源價(jià)格，工藝和裝備配套技術(shù)水平等與歐美國家不同的因素，結(jié)合具體情況處理管道和設(shè)備的工藝參數(shù)與投資、節(jié)能的關(guān)系。從整個(gè)工程全方位進(jìn)行評(píng)估，既考慮了投資費(fèi)用合適，又考慮了能耗低，兩者兼顧，達(dá)到了工藝指標(biāo)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上適度、較低的能耗，處理得非常恰當(dāng)，可供新建硫酸工程設(shè)計(jì)借鑒。

投資費(fèi)用與能耗的平衡，達(dá)到投資最小化、節(jié)能最大化的目的。在技術(shù)和設(shè)備的選擇中，工藝技術(shù)參數(shù)定得高，設(shè)備和管道的尺寸減少，大型化的設(shè)計(jì)、制造、安裝的復(fù)雜性降低，投資費(fèi)用相應(yīng)降低，但能耗卻增加較多，硫酸的生產(chǎn)成本也隨之增加。反之，為了降低能耗而選擇較低的工藝參數(shù)，所需的設(shè)備尺寸龐大、增加了投資費(fèi)用也是不適宜的。所以，投資費(fèi)用與能耗平衡的尺度，可簡單表述如下：一般情況下，在投資貸款償還期內(nèi)所節(jié)約或增加的能量價(jià)值，應(yīng)相當(dāng)于設(shè)備和管道尺寸大小的增加或減少所需的投資費(fèi)用。有些文獻(xiàn)曾介紹了這方面的原理和應(yīng)用，很有實(shí)用價(jià)值。例如，孟山都公司曾經(jīng)提出的投資當(dāng)量法，是一個(gè)比較簡單的節(jié)能經(jīng)濟(jì)評(píng)估方法之一。

3.2 開發(fā)或采用先進(jìn)工藝技術(shù)提高爐氣SO2濃度

開發(fā)或采用先進(jìn)工藝技術(shù)提高爐氣 SO2濃度是很有效地節(jié)省能源的措施，并有很多成功的經(jīng)驗(yàn)可供硫酸項(xiàng)目設(shè)計(jì)參考。硫磺制酸工程設(shè)計(jì)中，進(jìn)轉(zhuǎn)化器的氣體中φ(SO2)9.5%～10.5%提高到 10.5%～11.5%，總氣體量減少 10.0%～13.0%，主鼔風(fēng)機(jī)所需的功率亦相應(yīng)降低，能耗下降；氣體量減少后全系統(tǒng)所需的設(shè)備和管道尺寸大小減少，降低了投資費(fèi)用，還略可降低單位產(chǎn)品的能耗，節(jié)能效益顯著。不過，提高SO2濃度，對(duì)催化劑的性能要求高，轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)和材料需要適應(yīng)更高的工況，需采取應(yīng)對(duì)措施。銅冶煉煙氣制酸工程設(shè)計(jì)中，由于采用“雙閃”冶煉工藝，產(chǎn)生的高濃度SO2煙氣制酸，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能效益均很好，文獻(xiàn)[3]介紹φ(SO2)18%～20%的冶煉煙氣預(yù)轉(zhuǎn)化工藝制酸，耗電量可減少約22.8%。廣西金川有色1 600 kt/a“雙閃”銅冶煉煙氣制酸裝置采用該技術(shù)，據(jù)報(bào)道較常規(guī)技術(shù)節(jié)電22.48%，單位產(chǎn)品電耗量45 kWh，節(jié)省投資19.36%，增產(chǎn)蒸汽量較大；祥光銅業(yè)1 000 kt/a硫酸裝置采用LURECTM工藝，銅陵有色1 450 kt/a硫酸裝置采用非衡態(tài)轉(zhuǎn)化工藝，金隆700 kt/a硫酸裝置采用支路循環(huán)-預(yù)轉(zhuǎn)化預(yù)吸收工藝赤峰云銅400 kt/a硫酸裝置采用預(yù)轉(zhuǎn)化工藝等，均取得了顯著的節(jié)能效益。硫鐵礦制酸工程設(shè)計(jì)中，也可適當(dāng)提高爐氣中的SO2濃度，節(jié)能降耗。10多年前鹿寨化工400 kt/a硫鐵礦制酸裝置擴(kuò)產(chǎn)改造，就是采用提高爐氣中的SO2濃度方案實(shí)施的，達(dá)到了預(yù)期設(shè)想，現(xiàn)在該裝置仍按此措施正常運(yùn)行，產(chǎn)量一般在440～460 kt/a。2013年該裝置增設(shè)尾氣回收SO2設(shè)施，采取了減少進(jìn)入干燥塔的補(bǔ)充空氣量的措施，提高了爐氣的 SO2濃度，主鼔風(fēng)機(jī)輸送氣量降低，全系統(tǒng)的壓降減少3～4 kPa，電耗也下降了。

3.3 調(diào)整布置及改進(jìn)設(shè)備，降低壓降、節(jié)省能源

硫酸工程流程長、設(shè)備多、管道多、閥門多，設(shè)計(jì)中優(yōu)化調(diào)整工藝設(shè)備布置，在平面布置中，給操作和檢修留足位置和空間后，設(shè)備布置緊湊，連接的管道短、彎也少；豎向布置中，降低位差縮短距離，利用位能少用動(dòng)力。對(duì)有關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)適當(dāng)改造，使硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)壓降降低，例如改進(jìn)轉(zhuǎn)化器的設(shè)備結(jié)構(gòu)，把轉(zhuǎn)化器頂層的催化劑層改放在該設(shè)備的底部，縮短至頂層的管道，布置合理又節(jié)能。干吸工序有類似情況，就不多贅述了。當(dāng)然轉(zhuǎn)化器的改進(jìn)，主要還是工藝和結(jié)構(gòu)方面的需要來降低轉(zhuǎn)化器自身的壓降，改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)后在高溫下運(yùn)行更加合理和安全。選用強(qiáng)度高粉化少、活性高裝填量少(減薄了床層厚度)、空隙率大壓降低(催化劑的形狀從柱狀改為環(huán)狀/大環(huán)狀或菊形)、轉(zhuǎn)化率高的催化劑。

富瑞800 kt/a硫磺制酸裝置改造，把主鼔風(fēng)機(jī)從干燥塔后改為在塔前，產(chǎn)量增加了約9.0% ,噸酸電耗從27.2 kWh下降至18.81 kWh，噸酸發(fā)電量從48.2 kWh增加至52.9 kWh，工藝水消耗量略有增加，副產(chǎn)中圧蒸汽量略降[4]。主鼔風(fēng)機(jī)流程中的位置，在干燥塔前、塔后各有利弊，要具體分析評(píng)估，文獻(xiàn)[5]認(rèn)為主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)于干燥塔前，總體上是利大于弊。

3.4 采用穩(wěn)妥可靠、低壓降節(jié)能的先進(jìn)裝備

目前，有些硫酸生產(chǎn)企業(yè)選用了許多節(jié)能設(shè)備，效果很好。供應(yīng)啇推出一些先進(jìn)的節(jié)能裝備須達(dá)到業(yè)主的意向。例如主鼓風(fēng)機(jī)、酸泵就有多種節(jié)能機(jī)型可供選擇，有汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速鼓風(fēng)機(jī)，也有高壓電動(dòng)機(jī)配調(diào)節(jié)裝置(有液力耦合器、變頻調(diào)速、永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速及帶有導(dǎo)向葉輪等多種節(jié)能調(diào)節(jié)的裝備和配件) 的鼓風(fēng)機(jī)，又如，設(shè)有全數(shù)字微電腦PLC控制的智能化變頻系統(tǒng)的酸泵。各種節(jié)能及高效的塔器(洗滌塔、干吸塔、洗滌器、除霧器、換熱器、除沫器)，各種低能耗電器設(shè)備、元件、材料、其他電器產(chǎn)品(如高、低壓開關(guān)柜、變壓器、操作箱、燈具、各種電纜等)，可供評(píng)估選用?？紤]電力電容器的補(bǔ)償設(shè)施，確保供電系統(tǒng)有較高的功率因數(shù)，降低無功損耗。

3.5 適當(dāng)考慮主鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和升壓的余量

主鼓風(fēng)機(jī)作為整個(gè)氣相系統(tǒng)輸送爐氣的設(shè)備，爐氣通過各有關(guān)設(shè)備和連接設(shè)備的管道、閥門等，克服這些設(shè)備、管道，閥門的阻力，系由主鼓風(fēng)機(jī)壓頭承擔(dān)。主鼓風(fēng)機(jī)是全裝置的用能大戶，在硫磺制酸裝置中占總用能的60%～70%，在硫鐵礦制酸裝置中占總用能的35%～45%，是硫酸裝置的重要設(shè)備，對(duì)節(jié)能降耗有很大的影響。因此，主鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能降耗，除了降低爐氣所經(jīng)過各個(gè)設(shè)備和連接設(shè)備的管道、閥門等的壓降外，也要降低主鼔風(fēng)機(jī)本體運(yùn)行所消耗的能量。生產(chǎn)系統(tǒng)壓降的變化對(duì)主鼓風(fēng)機(jī)能耗十分敏感，例如1 200 t/d硫磺制酸裝置，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器爐氣φ(SO2)為10.5%，系統(tǒng)的壓降增加或降低100 Pa，鼓風(fēng)機(jī)的耗能量每年可增加或減少約22 000 kWh，如果以電價(jià)0.5元/kWh作基礎(chǔ)計(jì)算，硫酸生產(chǎn)費(fèi)用每年可增加或降低約11 000元，可見，系統(tǒng)壓降僅微量變動(dòng)100 Pa，累積的能量就跟可觀，不容輕視。

主鼓風(fēng)機(jī)的能力(風(fēng)量和升壓)除根據(jù)裝置的規(guī)模外，還取決于工藝過程和裝備的選型，以及設(shè)備和管道的參數(shù)，關(guān)系到能源的使用和消耗。隨著硫酸工業(yè)向大型化發(fā)展，主鼓風(fēng)機(jī)既要滿足大型化裝置為改善設(shè)備結(jié)構(gòu)和流體分布狀況、減小設(shè)備尺寸、降低投資費(fèi)用等所需的風(fēng)量和升壓，還要從主鼓風(fēng)機(jī)最終反映的能耗，從節(jié)能降耗的要求出發(fā)合理地考慮生產(chǎn)系統(tǒng)中設(shè)備和管道的壓降。根據(jù)我國的國情、企業(yè)的狀況、能源的供應(yīng)和價(jià)格來確定合適的主鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和升壓，并考慮留有一定的余量。一般情況下主鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的余量控制在5%～10%、升壓的余量控制在7.0～8.0 kPa是較為適宜的[5]。

升壓余量的控制，因設(shè)備使用日久，被灰塵和污垢堵塞或損壞而引起的壓降增加一般不會(huì)也不應(yīng)該超過允許的升壓余量限額。即在兩次大修間隔期間，系統(tǒng)連續(xù)滿負(fù)荷操作下，壓降上升的允許值應(yīng)控制在該限額之內(nèi)。留有較大的升壓余量主要是與大修的周期長短掛鉤，設(shè)備性能好、特別是管理到位，可以實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，直到升壓接近用足余量時(shí)停車。較高的開車率、維持?jǐn)?shù)年不停車檢修就是企業(yè)的效益。特別指出，對(duì)于新建裝置或大修后投入運(yùn)行的潔凈裝置有可能超負(fù)荷運(yùn)行，但不要因這種情況誤解為預(yù)留給裝置有超負(fù)荷(設(shè)計(jì)產(chǎn)能)的潛在能力。

主鼓風(fēng)機(jī)能力的余量過大，設(shè)備費(fèi)用高，鼓風(fēng)機(jī)長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，既不利于操作又增加電耗，還需設(shè)置調(diào)速裝備或調(diào)節(jié)閥門、導(dǎo)向葉片調(diào)控，這些設(shè)備亦引起能耗的增加；若是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，不但要配套設(shè)置大功率的電動(dòng)機(jī)，而且還需考慮適應(yīng)起動(dòng)增加的電器負(fù)荷和無功功率補(bǔ)償設(shè)施，亦使投資費(fèi)用增加。因此，余量愈大能耗愈多，僅考慮實(shí)際的需要和具備的條件，因地制宜確定便可。

3.6 塔器與除沫器的壓降亟需大幅度降低

目前，有些硫酸裝置中干燥、吸收三個(gè)塔和相關(guān)的除沫器、設(shè)備結(jié)構(gòu)及配套部件的壓降較大，亟需大幅度降低，既可節(jié)能，還能夠改善塔的運(yùn)行狀況。在新建硫酸工程的設(shè)計(jì)中，考慮選用合適的氣體流速、酸的淋灑密度來降低氣體帶沫量，減輕除沫器的負(fù)荷，有利于除沫器能長期保持較穩(wěn)定的除沫效果；采購壓降小、強(qiáng)度高的填料，降低填料層的高度；采用合適的、結(jié)構(gòu)簡單的、壓降小、效率高的分酸器及除沫器。例如云南三環(huán)600 kt/a硫磺制酸裝置技術(shù)改造[6]，干燥、吸收三個(gè)塔改用S流線型填料，3個(gè)塔(不包括除霧器)的壓降共計(jì)由10.7 kPa下降至 2.1 kPa，減少了 8.6 kPa，節(jié)省了 80.37% 的能量。經(jīng)改造后，各塔運(yùn)行的壓降均保持在0.8 kPa 以下。

3.7 尾氣回收與節(jié)能

為了降低放空煙氣中的 SO2量，許多企業(yè)和工程增設(shè)尾氣回收裝備，選用效率高、不產(chǎn)生二次污染、壓降較小的工藝裝備，回避風(fēng)險(xiǎn)，既可滿足正常運(yùn)行時(shí)放空煙氣中的 SO2量達(dá)標(biāo)的要求，又可用于開停車時(shí)處理放空廢氣。例如鹿寨化工減少干燥塔的補(bǔ)充空氣量，降低系統(tǒng)的壓降用以設(shè)置尾氣回收裝備，省去接力風(fēng)機(jī)，便是一個(gè)很好的方案[7]。

20世紀(jì)60年代，因硫酸企業(yè)尾氣排放污染嚴(yán)重，二轉(zhuǎn)二吸工藝的問世，幾乎以一邊倒的態(tài)勢獲得迅速的應(yīng)用和推廣，增加了許多設(shè)備,投資和電耗也相應(yīng)增加。在不很長的時(shí)間內(nèi)，許多硫酸企業(yè)采用二轉(zhuǎn)二吸工藝取代了一轉(zhuǎn)一吸工藝或一轉(zhuǎn)一吸+尾吸工藝。現(xiàn)在可供新建硫酸裝置選用高效和節(jié)能的尾氣回收工藝和催化劑品種較多，選擇余地較大，探索簡化工藝過程滿足環(huán)境和節(jié)能的要求，已具備一定條件。

3.8 采用次高壓參數(shù)的裝備

目前，已有個(gè)別硫酸企業(yè)的熱回收設(shè)施，采用次高壓參數(shù)的余熱鍋爐及其熱力系統(tǒng)生產(chǎn)5.6 MPa的蒸汽。在技術(shù)上次高壓是可行的，但余熱鍋爐及熱力系統(tǒng)需與發(fā)電及用戶的設(shè)施匹配。次高壓參數(shù)蒸汽的熱焓值比中壓參數(shù)蒸汽高，隨之節(jié)能及發(fā)電的收益較高，一般具有更好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，從節(jié)能角度考慮是合理的。在投資方面，采用次高壓高溫參數(shù)機(jī)組，比中壓機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)等裝備的費(fèi)用高，需要根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，分析論證確定余熱鍋爐、發(fā)電機(jī)組及其熱力系統(tǒng)的壓力等級(jí)。

3.9 節(jié)約用水

據(jù)了解，新編的《工業(yè)硫酸取水定額》較現(xiàn)行HG/T 4186—2011《硫酸取水定額》的要求提高，并增加了新建企業(yè)取水定額準(zhǔn)入值，設(shè)計(jì)須考慮應(yīng)對(duì)措施，節(jié)約用水，達(dá)到準(zhǔn)入值的要求。在考慮冷卻用水的供水設(shè)計(jì)方案中，大多推薦循環(huán)供水，該方案不但在經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢，在節(jié)能和節(jié)水方面效果顯著。冶煉煙氣和焙燒硫鐵礦爐氣凈化排出的污水經(jīng)處理合格后綜合利用，爭取不排出或少量排出廠區(qū)。硫酸工程界區(qū)內(nèi)所有的設(shè)備、機(jī)械的冷卻用水分類回收，按照污染程度的不同分別處理，然后循環(huán)使用。各種反應(yīng)熱盡可能回收和利用，可減少移去這些反應(yīng)熱的冷卻用水量。蒸汽的冷凝液回收利用，余熱鍋爐排出的污水經(jīng)處理后回收利用。

3.10 加強(qiáng)保溫，減少散熱損失

生產(chǎn)中熱量的散失是不可避免的，但應(yīng)盡可能減少。散失的熱量大部分是高、中溫?zé)?，其品質(zhì)好、價(jià)值高、數(shù)量可觀。例如規(guī)模300～400 kt/a 硫磺制酸裝置，高、中溫?zé)嵘崃窟_(dá)6.3%，其中焚硫爐、余熱鍋爐及熱力系統(tǒng)、連接的管道的散熱量占50%～60%，其余是轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的設(shè)備和管道的散熱量[8]。因此，應(yīng)把保溫設(shè)計(jì)做好，采用絕熱性能良好的保溫材料和先進(jìn)的保溫結(jié)構(gòu)，確保施工質(zhì)量和竣工驗(yàn)收，減少散熱損失，特別是減少高、中溫?zé)岬膿p失，提高熱的回收率，多產(chǎn)蒸汽。此外，充分利用各種中、低溫?zé)犷A(yù)熱余熱鍋爐給水，既可回收和利用這些熱量，又可節(jié)省使用其他能源。

3.11 利用裝置產(chǎn)生的蒸汽干燥硫精礦

以硫精礦為原料的制酸裝置，利用回收的反應(yīng)熱生產(chǎn)蒸汽取代煤或其他燃料干燥硫精礦，既省煤或其他燃料、節(jié)電、節(jié)水，又不產(chǎn)生廢氣和廢渣污染環(huán)境，投資費(fèi)用也較低。

4 結(jié)語

對(duì)硫酸工程設(shè)計(jì)主要節(jié)能技術(shù)的探討小結(jié)如下：

1)有關(guān)節(jié)能的新政相繼公布，說明了節(jié)能的緊迫和重要性。新増產(chǎn)能準(zhǔn)入門檻的提高，意味嚴(yán)格要求實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。新建硫酸工程設(shè)計(jì)須貫徹和執(zhí)行節(jié)能有關(guān)法規(guī)和政策，做出符合規(guī)范要求的設(shè)計(jì)。節(jié)能措施方案，吸取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，通過調(diào)查研究評(píng)估制定。

2)工藝參數(shù)及技術(shù)方面，通過評(píng)估采用成熟可靠、先進(jìn)適用、效能高、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益好的低壓降技術(shù)。裝備選型方面，采用安全可靠、結(jié)構(gòu)合理、壓降低、能耗低、效率高、維修方便及兩次維修間隔期長、經(jīng)濟(jì)上合理的裝備和配件、材料。設(shè)備布置方面，布置緊湊合理，便于操作和檢修，管道要短及彎頭少，減少壓降。

3)節(jié)約用水、回收和利用能源。冷卻水采用循環(huán)供水較佳，回收利用凈化工序的洗滌水及各有關(guān)設(shè)備的冷卻水、冷凝水，盡最大的可能回收和利用化學(xué)反應(yīng)熱，減少設(shè)備和管道的散熱，提高熱的回收率。

4)投資費(fèi)用較高的節(jié)能措施，效果雖好但回收期較長，根據(jù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估決定。

[1] 肖萬平.1 600 kt/a銅冶煉煙氣制酸裝置介紹[J].硫酸工業(yè)，2014(3)： 8.

[2] 汪滿清.“非衡態(tài)”高濃度SO2轉(zhuǎn)化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用 [J].硫酸工業(yè)，2015 (3)：11.

[3] 丁華.孟莫克高濃度SO2預(yù)轉(zhuǎn)化工藝介紹[J].硫酸工業(yè)，2011(2)：16-19.

[4] 楊建銓. 800 kt/a 硫磺制酸裝置風(fēng)機(jī)塔后布置改為塔前布置的生產(chǎn)實(shí)踐[J].硫酸工業(yè)，2009(2)：27-30.

[5] 沙業(yè)汪.硫酸工藝和設(shè)備選擇中的節(jié)能問題[J].硫酸工業(yè)，2006(5)：5-11.

[6] 陳進(jìn)福.600 kt/a硫酸裝置穩(wěn)定與增產(chǎn)技術(shù)改造總結(jié)[J].硫酸工業(yè)，2016(2)：13-14.

[7] 覃煥章.400 kt/a硫酸裝置尾氣氨法脫硫的設(shè)計(jì)與運(yùn)行 [J].硫酸工業(yè)，2015(6)：28-30.

[8] 沙業(yè)汪.硫酸工程熱回收和利用的探討[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2008(2)：1-5.

Discussion on energy-saving technology of sulphuric acid engineering design

SHAYewang

(SINOPEC Nanjing Engineering Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu, 211100,China)

The major energy-saving technologies of sulphuric acid engineering design has been reviewed extensively. The sulphuric acid engineering design has to comply with energy-saving act, regulations, and policies. The technology should be fully developed and reliable, advanced and suitable, highly efficient, energy-saving, cost-effective, and low pressure drop. Equipment selection should take consideration of safety and reliability, reasonable configuration, low pressure drop, low energy consumption, high efficiency, easy maintenance and long intervals between two maintenances, economically reasonable equipment, accessories and materials, and reasonable and compact equipment layout. Heat recovery should be improved via saving water consumption, energy recovery and reutilization. Integrated assessment should be conducted for selecting an energy-saving technology with high-cost investment.

sulphuric acid engineering;energy-saving technology;energy efficiency act; energy saving;advanced technology and equipment; low pressure drop

2016-12-22。

沙業(yè)汪，男，中石化南京工程有限公司教授級(jí)高工(己退休)，從事硫酸工程設(shè)計(jì)、技術(shù)資詢等有關(guān)工作。電話：025-57794167；E-mail：shayewang@hotmail.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)03-0011-06