CN109668131A - 一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硫酸制备过程中废热利用领域，具体涉及一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统及工艺。该系统包括除氧器(1)，锅炉水预热器(2)，汽包(3)，废热锅炉(4)，工艺气冷却器(5)，转化器床间换热器(6)，工艺气加热器(7)，蒸汽过热器(8)；工艺气冷却器(5)设置在第一SO2转化器装置末端；上述转化器床间换热器(6)设置在SO2转化器中，具体分布在SO2转化器第一催化剂床层与第二催化剂床层之间；工艺气加热器(7)设置于第二SO2转化器前端；结合硫酸生产中的装置特点及其工艺需求，充分利用硫酸生产过程中产生的废热资源获得中压蒸汽新能源，并通过制中压蒸汽的过程进行合理分配，节能减排的同时，提高经济效益。

Description

一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统及工艺
技术领域
本发明涉及硫酸制备过程中废热利用领域，具体涉及一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统及工艺。
背景技术
废气制酸生产过程中，由于涉及到硫化氢气体燃烧，会放出大量的热，废热锅炉入口温度在1100℃左右，另外硫酸生产过程中，第一SO2转化器(将SO2转化成SO3)通常分为两个床层，工艺气SO2通过第一催化剂床层催化转化成SO3，该过程属于放热，通过第一催化剂床层后，工艺气温度达到550℃左右，存在较高温废热，为满足催化剂催化效果，进入第二催化剂床层工艺气温度需满足在430℃左右；经过第一SO2转化器形成的SO3进入WSA冷凝器(SO3与水冷凝形成硫酸过程)，该过程需要较低的温度，因此第一SO2转化器形成的SO3也存在大量的废热；进入WSA冷凝器的工艺气中还含有少量的SO2，这部分气体会进入第二SO2转化器进行进一步的转化(少量SO2转化成SO3)，第二SO2转化器中的反应需要一定的温度，但其进入工艺气SO2温度较低；综上可以看出在硫酸生产过程中各工段，以及各装置设备都有对应的温控指标，温控高低不一，这样就会存在只顾及设备工艺要求，废热利用不合理现象，造成能源浪费。
目前的硫酸生产过程中的废热利用一般都只涉及到废热锅炉的废热利用，其他的工段废热并没有合理利用和分配；为减少制酸生产过程中能源浪费，结合装置各设备工艺要求特点，合理利用废热能源，既能通过换热实现各关键设备工艺气温度控制，又能将生产过程中产生的废热充分利用，减少大气污染和资源浪费，具有可观经济效益及环保效益。
发明内容
为了克服目前存在的缺陷，达到废热充分利用的目的，本发明提供了一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统及工艺，结合硫酸生产中的装置特点及其工艺需求，充分利用硫酸生产过程中产生的废热资源获得中压蒸汽新能源，并通过制中压蒸汽的过程进行合理分配，节能减排的同时，提高经济效益。
本发明解决其技术问题，首先设计了一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统：该系统包括除氧器、锅炉水预热器、汽包、废热锅炉、工艺气冷却器、转化器床间换热器、工艺气加热器、蒸汽过热器；
其中，除氧器连接锅炉水预热器然后连接到汽包进水口；汽包与废热锅炉通过出水管和回流管循环连接；汽包与工艺气冷却器之间也通过出水管和回流管循环连接；汽包的出汽管主线通过流量调节阀进行分支，出汽管主线末端连接蒸汽过热器，出汽管分支依次连接转化器床间换热器，工艺气加热器后连接到出汽管主线上，蒸汽过热器后设置有稳压自控系统及温度感应器。
优选的，所有出水管上设置有流量调节阀；
优选的，汽包上设置有压力及温度感应器。
上述锅炉水预热器是利用WSA冷凝器中的废热，冷空气在WSA冷凝器中通过换热升温后，通过热空气管线引入到锅炉水换热器中，与来自除氧器的除氧水进行换热。
上述工艺气冷却器设置在第一SO2转化器装置末端，其作用一方面是对形成的SO3工艺气(具有较高的温度，一般为450-460℃)进行降温，使其达到进入WSA冷凝器(即SO3与水冷凝形成硫酸过程)的温度条件；另一方面利用SO3工艺气较高的温度将来自汽包的水汽(大部分为液态水)进行加热气化后返回汽包储存。
上述转化器床间换热器设置在SO2转化器中，具体分布在SO2转化器第一催化剂床层与第二催化剂床层之间；其中的SO2气体通过第一催化剂床层催化转化成SO3，该过程属于放热反应，通过第一催化剂床层后，工艺气温度达到550℃左右，为满足催化剂催化效果，进入第二催化剂床层工艺气温度需满足在430℃左右，因此其中存在较高温废热，在此处设置换热器，不但可以使工艺气达到温度需求，还能利用该废热使来自汽包的蒸汽温度由270℃-275℃提升至500℃-510℃。
上述工艺气加热器设置于第二SO2转化器前端，进入第二SO2转化器的工艺气(少部分SO2气体)温度较低，不能满足反应需求，在进入第二SO2转化器前通过工艺气加热器中来自转化器床间换热器的蒸汽对其进行加热，以满足工艺需求；该过程实现了中压蒸汽制备与硫酸生产中的热源合理分配，避免了更多热源的介入，简化了工艺的同时方便操作，另外蒸汽温度由500℃-510℃降低至390℃-400℃，使该蒸汽温度与出汽管主线中的蒸汽温差处于合适的范围内，一方面能够提高两股蒸汽汇流后的温度更接近中压蒸汽，降低蒸汽过热器出的能源消耗，另一方面保证了两股蒸汽汇流时的安全性。
利用上述系统制中压蒸汽的工艺具体为：
工业除盐水经过除氧器处理后进入锅炉水预热器中进行加热后(预热温度100℃-105℃)，进入汽包，汽包中的水汽通过出水管分别进入到废热锅炉和工艺气冷却器进行换热后经过回流管返回汽包，汽包中的蒸汽通过出汽管主线输出，根据转化器床间换热器和工艺气加热器的需求使部分蒸汽通过出汽管支路进入转化器床间换热器，利用此处的废热进一步使蒸汽升温后，流向工艺气加热器换热降温后输出，与出汽管主线中的蒸汽混合后流向蒸汽过热器进一步加热后通过稳压自控系统及温度感应器控制输出中压蒸汽；
优选的，出汽管支路的蒸汽通过转化器床间换热器升温至500-510℃；
优选的，通过出水管上的流量调节阀调节汽包与废热锅炉和工艺冷凝器间的水汽流量控制汽包的压力和温度；
优选的，汽包压力在5.6-6.5MPa，温度在270-275℃，在5.6-6.5MPa条件下，水的饱和温度大于270℃，流向废热锅炉和工艺气冷却器的出水管中以液态水为主，在废热锅炉和工艺气冷却器处进行换热，利用废热进行相变，即由液态吸热后转化为气态，并且水蒸汽温度在270℃-275℃，经回流管返回汽包中；此过程中将废热锅炉处和工艺气SO3的废热再利用，也通过工艺气冷却器的换热降低工艺气SO3的温度，使其能够满足进入WSA冷凝器的温度条件，减少了其他资源的浪费。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
其中，1为除氧器，2为锅炉水预热器，3为汽包，4为废热锅炉，5为工艺气冷却器，6为转化器床间换热器，7为工艺气加热器，8为蒸汽过热器，9、10均为出水管，11,12均为回流管，13为出汽管主线，14为出汽管支路，15为压力及温度感应器，16为压力自控系统及温度感应器，9-1、10-1、13-1均为流量调节阀。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统：该系统包括除氧器1、锅炉水预热器2、汽包3、废热锅炉4、工艺气冷却器5、转化器床间换热器6、工艺气加热器7、蒸汽过热器8；工艺气冷却器5设置在第一SO2转化器装置末端；上述转化器床间换热器6设置在SO2转化器中，具体分布在SO2转化器第一催化剂床层与第二催化剂床层之间；工艺气加热器7设置于第二SO2转化器前端。
其中，除氧器1连接锅炉水预热器2然后连接到汽包3进水口；汽包3与废热锅炉4通过出水管9和回流管11连接；汽包3与工艺气冷却器5之间也通过出水管10和回流管12连接；汽包3的出汽管主线13通过流量调节阀13-1进行分支，出汽管主线13末端连接蒸汽过热器8，出汽管分支14依次连接转化器床间换热器6，工艺气加热器7后连接到出汽管主线13上，蒸汽过热器8后设置有稳压自控系统及温度感应器16。
出水管9上设置有流量调节阀9-1；出水管10上设置有流量调节阀10-1
汽包3上设置有压力及温度感应器15。
利用上述系统制中压蒸汽的工艺具体为：
工业除盐水经过除氧器1除氧后进入锅炉水预热器2中进行加热后(预热后温度范围：100℃-105℃)，进入汽包3，汽包3中的水汽(主要为水)通过出水管9和10分别进入到废热锅炉4和工艺气冷却器5进行换热后经过回流管11和12返回汽包3，汽包3中的蒸汽通过出汽管主线13输出，根据转化器床间换热器6和工艺气加热器7的需求使部分蒸汽通过出汽管支路14进入转化器床间换热器6，利用此处的废热进一步使蒸汽升温至500-510℃后，流向工艺气加热器7换热降温后输出，与出汽管主线13中的蒸汽混合后流向蒸汽过热器8进一步加热后通过稳压自控系统及温度感应器16控制输出中压蒸汽(压力3.2MPa-3.8MPa，温度330-450℃)；
通过出水管9和10上的流量调节阀9-1和10-1调节汽包3与废热锅炉4以及工艺冷却器5间的水汽流量控制汽包3的压力在5.6-6.5MPa，温度在270-275℃。

Claims (10)

1.一种硫酸生产中废热利用制中压蒸汽的系统，其特征在于，该系统包括除氧器(1)，锅炉水预热器(2)，汽包(3)，废热锅炉(4)，工艺气冷却器(5)，转化器床间换热器(6)，工艺气加热器(7)，蒸汽过热器(8)；工艺气冷却器(5)设置在第一SO2转化器装置末端；上述转化器床间换热器(6)设置在SO2转化器中，具体分布在SO2转化器第一催化剂床层与第二催化剂床层之间；工艺气加热器(7)设置于第二SO2转化器前端；
其中，除氧器(1)连接锅炉水预热器(2)然后连接到汽包(3)进水口；汽包(3)与废热锅炉(4)通过出水管(9)和回流管(11)连接；汽包(3)与工艺气冷却器(5)之间也通过出水管(10)和回流管(12)连接；汽包(3)的出汽管主线(13)通过流量调节阀(13-1)进行分支，出汽管主线(13)末端连接蒸汽过热器(8)，出汽管分支(14)依次连接转化器床间换热器(6)，工艺气加热器(7)后连接到出汽管主线(13)上。
2.根据权利要求1所述的制中压蒸汽的系统，其特征在于，蒸汽过热器(8)后设置有稳压自控系统及温度感应器(16)。
3.根据权利要求1所述的制中压蒸汽的系统，其特征在于，出水管(9)和(10)上分别设置有流量调节阀(9-1)和(10-1)。
4.根据权利要求1所述的制中压蒸汽的系统，其特征在于，汽包(3)上设置有压力及温度感应器(15)。
5.利用权利要求1所述的系统制中压蒸汽的工艺，其特征在于，具体为：工业除盐水经过除氧器(1)除氧后进入锅炉水预热器(2)中进行加热后，进入汽包(3)，汽包(3)中的水通过出水管(9)和(10)分别进入到废热锅炉(4)和工艺气冷却器(5)进行换热后经过回流管(11)和(12)返回汽包(3)，汽包(3)中的蒸汽通过出汽管主线(13)输出，根据转化器床间换热器(6)和工艺气加热器(7)的需求使部分蒸汽通过出汽管支路(14)进入转化器床间换热器(6)，利用此处的废热进一步使蒸汽升温后，流向工艺气加热器(7)换热降温后输出，与出汽管主线(13)中的蒸汽混合后流向蒸汽过热器(8)进一步加热后通过稳压自控系统及温度感应器(16)控制输出中压蒸汽。
6.根据权利要求5所述的制中压蒸汽的工艺，其特征在于，除盐水在锅炉水预热器(2)预热后温度为：100℃-105℃。
7.根据权利要求5所述的制中压蒸汽的工艺，其特征在于，汽包(3)的压力在5.6-6.5MPa，温度在270-275℃。
8.根据权利要求7所述的制中压蒸汽的工艺，其特征在于，通过出水管(9)和(10)上的流量调节阀(9-1)和(10-1)调节汽包(3)与废热锅炉(4)以及工艺冷却器(5)间的水汽流量控制汽包(3)的压力和温度。
9.根据权利要求5所述的制中压蒸汽的工艺，其特征在于，出汽管支路(14)的蒸汽通过转化器床间换热器(6)升温至500-510℃。
10.根据权利要求5所述的制中压蒸汽的工艺，其特征在于，上述锅炉水预热器是利用WSA冷凝器中的废热，冷空气在WSA冷凝器中通过换热升温后，通过热空气管线引入到锅炉水换热器中，与来自除氧器的除氧水进行换热。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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