CN107720708A - 一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置及方法；该装置包括依次设置的熔硫槽和焚硫炉，焚硫炉的烟气出口连接至废热锅炉，废热锅炉的烟气出口连接至转化器；焚硫炉的烟气出口连接有至少一套空气换热器，空气换热器的烟气出口进入转化器；空气换热器的加热空气出口连接至磷石膏综合利用区；废热锅炉的中压蒸汽出口连接至磷石膏综合利用区。其利用硫磺制酸系统提供热量，减去燃煤热风炉，减少用煤；实现磷石膏综合利用项目和配套硫磺制酸项目可持续发展，既符合安全环保要求,也符合企业发展和安全生产的需要。

Description

一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置及方法
技术领域
本发明涉及磷石膏及硫磺制酸技术领域，尤其涉及一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置及方法。
背景技术
磷石膏是我国磷化工生产中最主要的工业副产品，是磷肥企业在生产过程中排出的以二水硫酸钙为主要成分的沉淀物。每生产一吨P2O5就要排放4.5～5.5吨磷石膏，颜色呈灰色或微黄色，pH值在2至4之间，化学成分比较复杂。
目前，我国磷石膏年排放量5000万吨，基本采用堆存处理，目前累计堆存超2亿吨，综合利用率低于10％，目前绝大部分磷石膏露天堆置，侵占了大片土地，且可溶性P2O5和Fˉ等随雨水浸出.产生酸性废水，引起土壤、水系、大气的严重污染，给人类的生存环境造成了危害。
宜昌鄂中化工有限公司将磷石膏进行处理制备成建筑石膏板进行综合利用，主要工艺包括烘干、煅烧、粉磨制备建筑用石膏，另外还以建筑石膏为原料经配料、成型、干燥、切割等工序制备纸面石膏板。其热量需求大。项目原计划设计采用一台2000万大卡的燃煤的热风炉和1600万大卡的燃煤热风炉提供，但从环保的角度来说，其能耗高，而且燃料燃烧时也会产生相应的污染，加大环保治理压力。
发明内容
本发明的目的提供一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置及方法，利用硫磺制酸系统提供热量，减少燃煤热风炉，减少用煤3万吨/年，其主要产品蒸汽，副产硫酸；实现磷石膏综合利用项目和配套硫磺制酸项目可持续发展，既符合安全环保要求,也符合企业发展和安全生产的需要。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置，包括依次设置的熔硫槽和焚硫炉，焚硫炉的烟气出口连接至废热锅炉，废热锅炉的烟气出口连接至转化器，焚硫炉的烟气出口还连接有至少一套空气换热器，空气换热器的烟气出口进入转化器；空气换热器的加热空气出口连接至磷石膏综合利用区；废热锅炉的蒸汽出口连接至磷石膏综合利用区。
进一步地，所述空气换热器设置为2套，均与废热锅炉并联设置。
进一步地，所述空气换热器为干燥机空气换热器和煅烧器空气换热器，其中干燥机空气换热器的出风口连接至磷石膏粉料干燥装置送风口，磷石膏粉料干燥装置的回风口连接干燥机空气换热器的进风口，煅烧器空气换热器的出风口连接至磷石膏煅烧装置送风口，磷石膏煅烧装置回风口连接至煅烧器空气换热器的进风口。
进一步地，所述干燥机空气换热器的出风口与煅烧器空气换热器的出风口的温度在600-700℃，磷石膏粉料干燥装置的回风口温度为20-30℃，磷石膏煅烧装置回风口温度为180-220℃。
进一步地，所述磷石膏粉料干燥装置的回风口还设有干燥机空气预热器，其出风口连接至干燥机空气换热器的进风口，其出风口温度为180-220℃。
进一步地，所述废热锅炉的蒸汽出口的为过热蒸汽，温度在440℃以上；其连接至石膏制板干燥区，石膏制板干燥区的回风温度为90-150℃，送风温度为200-300℃。
进一步地，所述石膏制板干燥区设有多套空气预热器及空气干燥器。
硫磺制酸时，采用固体硫磺为原料,经熔硫炉液化，然后进行焚硫炉进行燃烧，生成二氧化硫，在经过转化器反应生成三氧化硫，最后经过吸收塔吸收成为硫酸。其以固体硫磺为原料，操作管理方便、低耗能的快速熔化和加压过滤精制，确保液体硫磺纯度，使装置长周期运行。而液体硫磺送入焚硫炉时，采用高压硫磺泵使液体硫磺机械雾化而充分焚烧。通过增加热烟气换热设备(空气换热器)，保证磷石膏项目需求热量。
在转化过程中，采用“3+2”式两次转化，能更好地调节反应速度和平衡转化率的矛盾,用同种触媒,最终转化率要高0.1～0.3％,并可确保尾气优于国家标准。采用国产S101、S108中、低温两种触媒,将总转化率提高到99.8％以上。触媒既可选用国产的,也可选用国外进口的孟山都触媒、托普索触媒等。采用两次中高温吸收,提高干燥效率并抑制雾粒的形成和增大雾粒粒径以便除雾。酸循环流程采用三塔、三槽、三器的干吸系统的循环流程,方便操作管理,并降低成品酸及排放尾气中的SO2含量。焚硫炉出口设置废热锅炉,转化一、四、五段出口设置高、中、低三台过热器,在转化第三段出口Ⅲ换后和转化第五段过热器后各设置热管省煤器，可将高、中温余热全部回收利用，产生中压过热蒸汽。
本发明还涉及采用该装置余热利用方法，具体是：
硫磺制酸过程中，从焚硫炉出来的高温烟气，经过废热锅炉及空气换热器进行换热降温，废热锅炉吸收的热量用来产生过热蒸汽用于磷石膏综合利用项目，空气换热器中吸收的热量在加热空气后用于磷石膏综合利用项目，取代传统磷石膏项目中的燃煤供热方式。
本发明具有以下有益效果：
硫磺制酸热量系统与磷石膏综合利用热源方案经多方计算，配套工程满足能够满足磷石膏综合项目需求，硫磺制酸系统产生热量经换热器产生650度的高温气体供磷石膏煅烧和烘干使用，废热锅炉余热回收系统所产过热蒸汽供磷石膏纸面石膏板干燥使用，其他部分的余热及余热发电装置所产电能和用于熔硫槽熔硫、复合肥生产等。
本发明提供的装置及方法通过硫磺制酸余热为磷石膏综合利用项目提供热源蒸汽、高温空气,同时也为企业减少用煤、扩大企业规模、扩展市场、提供了有利条件；也能为公司形成新的经济增长点,同时还可以解决地方部分人员的就业问题，不但对企业的发展既具有积极的经济意义,同时也具有一定的社会意义。
附图说明
图1为本发明提供装置的结构示意图。
图2为实施例1中磷石膏制板区的换热器结构布置图。
图3为硫磺制酸的简易流程图。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置，包括依次设置的熔硫槽和焚硫炉，焚硫炉的烟气出口连接至废热锅炉，废热锅炉的烟气出口连接至转化器，焚硫炉的烟气出口还连接有至少一套空气换热器，空气换热器的烟气出口连接至转化器；空气换热器的加热空气出口连接至磷石膏综合利用区；废热锅炉的蒸汽出口连接至磷石膏综合利用区。
进一步地，所述空气换热器设置为2套，均与废热锅炉并联设置。
进一步地，所述空气换热器为干燥机空气换热器和煅烧器空气换热器，其中干燥机空气换热器的出风口连接至磷石膏粉料干燥装置送风口，磷石膏粉料干燥装置的回风口连接干燥机空气换热器的进风口，煅烧器空气换热器的出风口连接至磷石膏煅烧装置送风口，磷石膏煅烧装置回风口连接至煅烧器空气换热器的进风口。
进一步地，所述干燥机空气换热器的出风口与煅烧器空气换热器的出风口的温度在600-700℃，磷石膏粉料干燥装置的回风口温度为20-30℃，磷石膏煅烧装置回风口温度为180-220℃。
进一步地，所述磷石膏粉料干燥装置的回风口还设有干燥机空气预热器，其出风口连接至干燥机空气换热器的进风口，其出风口温度为180-220℃。
进一步地，所述废热锅炉的蒸汽出口的为过热蒸汽，温度在440℃以上；其连接至石膏制板干燥区，石膏制板干燥区的回风温度为90-150℃，送风温度为200-300℃。
进一步地，所述石膏制板干燥区设有多套空气预热器及空气干燥器。
所述装置余热利用方法，硫磺制酸过程中，从焚硫炉出来的高温烟气，经过废热锅炉及空气换热器进行换热降温，废热锅炉吸收的热量用来产生过热蒸汽用于磷石膏综合利用项目，空气换热器中吸收的热量在加热空气后用于磷石膏综合利用项目，取代传统磷石膏项目中的燃煤供热方式。
实施例1：
如图1-3所示。磷石膏综合利用项目原计划通过一台2000万大卡的燃煤的热风炉和1600万大卡的燃煤热风炉燃烧煤提供热量，预计一年用煤3万吨。现改为配套建设400kt/a硫磺制酸项目，利用硫磺系统提供热量，减少燃煤热风炉，避免烧煤，且其主要产品蒸汽及热风，副产硫酸，生产的硫酸公司可自用，也可对外销售。
为了配套磷石膏综合利用项目，新增5套空气换热器，其中二套换热器为磷石膏干燥和煅烧空气换热器，另三套换热器用于纸面石膏板干燥。为了便于表述将磷石膏纸面石膏板三套换热器、磷石膏干燥和煅烧的二套空气换热器分别命名为I类空气换热器和II类空气换热器，基础信息见下表1。
表1
项目 换热介质 换热量(kcal/h) 数量 进风温度(℃) 出风温度(℃)
I类空气换热器 过热蒸汽 1600×104 3台 95、135、150 200、300
II类空气换热器 高温烟气 1200×104 2台 20、200 650
以下对I类空气换热器的设置进一步分析，磷石膏纸面石膏板干燥工艺设置3个区域，每个区域具体情况如下表2。
表2
按照工艺技术需求，计算空气换热器面积件表3：
表3
II类空气换热器的热源为对高温烟气，换热器出来的热风用于高温干燥和煅烧磷石膏粉。
正常40万吨/年硫磺制酸系统焚硫炉出口烟气移出热量～2000×104kcal/h，而II类空气换热器需要热量1200×104kcal/h，所以热量足够；进口烟气温度～1050℃、出口烟气温度≥420℃，进口空气温度≤150℃、出口空气温度≤720℃，所以烟气温度温压足够。可以在焚硫炉出口与废热锅炉并联配置该空气换热器，理论上是可以实现的。
本发明控制空气换热器的烟气侧阻力小于废热锅炉阻力，空气换热器出口烟管引入废热锅炉后烟箱，在2台空气换热器出口管道均设置烟气调节阀，废热锅炉正常配置的烟气旁路和烟气调节阀照常设置。当空气换热器不投运时将其烟气调节阀关断，通过正常的烟气旁路调节出口烟温；当空气换热器投运时通过3路烟气调节阀控制废热锅炉出口烟箱内的烟气温度和空气换热器出口的空气温度。
另外，所述磷石膏粉料干燥装置的回风口还设有干燥机空气预热器，其出风口连接至干燥机空气换热器的进风口，通过低温热回收来的低压蒸汽进行预热，将出风口温度提升到180-220℃，再进入烟气加热的空气换热器，低压蒸汽带进的热量～200×104kcal/h，使废热锅炉少移出热量，废热锅炉可多产一部分蒸汽。
II类空气换热器的具体数据见下表4，其中空气换热器I为煅烧器空气换热器，空气换热器II中的烟气换热器为干燥机空气换热器，其线路内还设有蒸汽预热器。
表4
采用硫磺制酸的具体的工艺流程如下：
将硫磺经熔融、焚烧产生二氧化硫气体，经换热器、废热锅炉、过滤器，再经通入空气氧化转化为三氧化硫,再经冷却、酸吸收,制得硫酸成品。副产蒸汽企业自身消耗使用。
其化学反应方程式如下:
(1)2S+2O2→2SO2
(2)2SO2+O2→2SO3
(3)SO3+H2O→H2SO4
本项目硫酸生产可分为如下几个工段:
(1)硫酸储运工段
装置所用的固体硫磺均由船运到码头,再用汽车运到厂区硫磺库,然后由胶带输送机送到熔硫槽。
(2)熔硫工段
经快速熔硫槽熔化后的液体硫磺自溢流口溢流至助滤槽中,由粗硫泵送入第一级叶片式过滤器,经过第一级过滤后的硫磺进入硫磺中间槽,再通过中间硫磺泵送入第二级叶片式过滤器进行精滤,经过第二级过滤后的精制硫磺进入精硫槽或送入液硫贮罐贮存待用。快速熔硫槽、助滤槽、液硫过滤器、中间槽、精硫槽及液硫贮罐等设备内均设有蒸汽加热管,用蒸汽压力约0.5MPa蒸汽间接加热或保温,使硫磺始终保持液态。
(3)焚硫转化工段
空气通过空气过滤器进入系统,经过主风机,进入干燥塔,由干燥塔中的循环酸吸收空气中的水分,干燥后的空气进入卧式焚硫炉,在焚硫炉中硫磺燃烧形成含二氧化硫的气体。
焚硫炉的含二氧化硫气体的温度高于进转化系统的温度,该气体需通过一台换热器、废热锅炉冷却以次高压饱和蒸汽的形式回收余热,出废热锅炉的烟气温度由烟气侧的调节副线调节,锅炉蒸汽的温度取决于锅炉蒸汽的压力。离开废热锅炉后的烟气进入转化器第一层,在钒催化剂的作用下部分转化为三氧化硫,反应也同时产生热量,因此,烟气须经冷却后才能提高在下一催化剂层中的转化率。烟气离开第一层进入高温过热器,通过进一步加热过热次高压蒸汽得到冷却,蒸汽的温度和烟气第二层进口温度通过在过热器周围旁路部分蒸汽在一定范围内控制；冷却后的烟气自过热器进入转化器第二层,二氧化硫继续反应产生三氧化硫同时伴随产生额外的热量；热气体离开第二层通过热中间热交换器进行冷却以提高在下一层中的转化率,出口气体温度由旁路控制经冷却的气体离开热中间热交换器进入转化器第三层继续进行反应,热气体离开第三层进入冷中间热交换器和3B省煤器进行冷却。为了利用硫酸蒸汽形成时所产生的额外热量,气体离开省煤器3B时在其中注入低压蒸汽,采用这种方法可以获得在气体增湿时产生的额外热量,并转化成低压蒸汽使总产气量提高；气体离开蒸汽喷射管后进入二级的热回收系统(HRS)。热回收系统(HRS)的用途是从气体中吸收三氧化硫和冷凝硫酸,同时回收吸收和冷凝过程中的热量并将其转换成低压蒸汽。通过HRS塔后,工艺气体进入安装在HRS塔顶部的孟山都ES型除雾器,除雾器去除了塔内形成的酸雾直到和传统的第一吸收塔一样,以保护下游冷中间热交换器。冷却后的气体包括未反应的二氧化硫离开热回收塔,进入冷中间热交换器后由离开第三层的热气体加热,再进入热热交换器由离开第二层的热气体进一步加热。气体出热中间热交换器后进入转化器第四层,进第四层温度通过冷间热交换器周围旁路部分气体来控制。气体离开第四层后在过热器4A冷却并加热次高压蒸汽,该气体最终的冷却在省煤器4C/4A内加热锅炉给水来完成。
空气换热器产生的高温气体一部分用作磷石膏干燥，一部分用于磷石膏煅烧。废热锅炉产蒸汽经换热器后产生气体去纸面石膏板的烘干，低压蒸气再去复合肥装置消化。
(4)干吸工段
气体离开省煤器4C/4A进入最终吸收塔后通过烟囱向大气排放；在最终吸收塔内,气体中的三氧化硫和浓度为98.5％循环酸中的水反应,通过最终吸收塔的循环酸温度由于反应热和气体带入塔内的热量而提高。
最终吸收塔底部的循环酸进入共用泵槽中最终吸收塔的区域,部分从干燥塔返回的脱析了二氧化硫的循环酸和来自最终吸收塔的热循环酸混合用来控制最终吸收塔的循环酸温度,所需的循环酸量被泵回最终吸收塔,这样有助于降低烟囱二氧化硫排放量；余留的循环酸通过共用泵槽分割板的底部进入共用泵槽的主要区域,并和干燥塔的其它部分循环酸一起进入干燥酸冷器,通过干燥酸冷器后,部分98.5％的酸进入产品酸冷器冷却至40℃后送至成品酸储槽。
(5)热回收工段
从硫磺制酸装置省煤器3B来的炉气,进入HRS热回收塔底部,自下而上通过填料层,炉气中的SO3被HRS稀释器来的酸吸收。离开塔第一级的热气体,在第二级里冷却并且回收炉气中剩余的SO3。HRS酸循环泵将HRS塔泵槽中的酸送往HRS锅炉,在HRS锅炉中与锅炉给水换热,产生蒸汽(1.0MPa,200℃)。HRS热回收塔泵槽的酸,由HRS酸循环泵送到HRS锅炉,从HRS锅炉出来的酸分成二股。一股到HRS稀释器并返回到HRS热回收塔第1级进行循环。另一股到HRS加热器,将热传送给HRS锅炉给水。从HRS加热器出来的酸,流到HRS预热器,将热传送给除盐水。来自HRS预热器的酸流到硫酸装置的二吸泵槽。
综上，焚硫炉出口烟气的热量能够合理分配。

Claims (8)

1.一种硫磺制酸余热用于磷石膏综合利用的装置，包括依次设置的熔硫槽和焚硫炉，焚硫炉的烟气出口连接至废热锅炉，废热锅炉的烟气出口连接至转化器，其特征在于：焚硫炉的烟气出口还连接有至少一套空气换热器，空气换热器的烟气出口进入至转化器；空气换热器的加热空气出口连接至磷石膏综合利用区；废热锅炉的蒸汽出口连接至磷石膏综合利用区。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空气换热器设置为2套，均与废热锅炉并联设置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述空气换热器为干燥机空气换热器和煅烧器空气换热器，其中干燥机空气换热器的出风口连接至磷石膏粉料干燥装置送风口，磷石膏粉料干燥装置的回风口连接干燥机空气换热器的进风口，煅烧器空气换热器的出风口连接至磷石膏煅烧装置送风口，磷石膏煅烧装置回风口连接至煅烧器空气换热器的进风口。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述干燥机空气换热器的出风口与煅烧器空气换热器的出风口的温度在600-700℃，磷石膏粉料干燥装置的回风口温度为20-30℃，磷石膏煅烧装置回风口温度为180-220℃。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：所述磷石膏粉料干燥装置的回风口还设有干燥机空气预热器，其出风口连接至干燥机空气换热器的进风口，其出风口温度为180-220℃。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述废热锅炉的蒸汽出口的为过热蒸汽，温度在440℃以上；其连接至石膏制板干燥区，石膏制板干燥区的回风温度为90-150℃，送风温度为200-300℃。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述石膏制板干燥区设有多套空气预热器及空气换热器。
8.权利要求1-7任意一项所述的装置余热利用方法，其特征在于：
硫磺制酸过程中，从焚硫炉出来的高温烟气，经过废热锅炉及空气换热器进行换热降温，废热锅炉吸收的热量用来产生过热蒸汽用于磷石膏综合利用项目，空气换热器中吸收的热量在加热空气后用于磷石膏综合利用项目，取代传统磷石膏项目中的燃煤供热方式。
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