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硫酸工业Sulphuric Acid Industry第 4 期2023 年 8 月No.4Aug.2023200 kt/a 硫黄制酸装置节能环保技术改造及运行实践黄涛（四川宏达股份有限公司，四川什邡 618401）摘要：四川宏达股份有限公司对 200 kt/a 硫黄制酸装置进行节能环保技术改造升级，实现w(H2SO4)98%硫酸产能 300 kt/a、0.7 MPa 低压蒸汽产量 396 kt/a。通过对硫酸生产的工艺和设备进行技术改造，并配套建设硫酸低温位余热回收系统、蒸汽高效综合梯级利用系统和自动化生产控制系统，2022年硫酸产量较 2021 年增加了 53.48%，工业硫酸单位产品综合能耗为-184.45 kgce/t，达行业先进水平；蒸汽产量得到大幅提升，燃煤和天然气的消耗量大幅降低，在产生显著经济效益的同时，推动公司能源消费向清洁化转型。通过建设生产控制中心，集成 DCS 控制系统、消防控制中心、GDS 系统等功能，提高了装置的自动化水平和本质安全水平。关键词：硫黄制酸余热回收蒸汽自动化安全清洁生产技术改造中图分类号：TQ111.16 文献标志码：B 文章编号：1002-1507(2023)04-0022-04Energy-saving and environmental protection technology transformation and operation practice of a 200 kt/a sulphur-burning sulphuric acid plantHUANG Tao(Sichuan Hongda Co.,Ltd.,Shifang,Sichuan,618401,China)Abstract:Sichuan Hongda Co.,Ltd.has upgraded the 200 kt/a sulphur-burning sulphuric acid production unit with energy-saving and environmental protection technology,achieving a sulphuric acid production capacity of 300 kt/a with a mass fraction of 98%and a low-pressure steam production capacity of 396 kt/a at 0.7 MPa.By technical transformation of the sulphuric acid production process and equipments,and supporting the construction of a low-temperature waste heat recovery system for sulphuric acid,a high-efficiency comprehensive cascade utilization system for steam,and an automatic production control system,the sulphuric acid production in 2022 has increased by 53.48%compared to 2021,and the comprehensive energy consumption per unit of industrial sulphuric acid product is-184.45 kgce/t,reaching the industrys advanced level.The steam production has been significantly increased,and the consumption of coal and natural gas has been significantly reduced.While generating significant economic benefits,it has also promoted the companys energy consumption transformation towards cleanliness.By building a production control center,integrating functions such as DCS control system,fire control center,GDS system,etc.,the automation level and intrinsic safety level of the device have been improved.Key words:sulphur-burning sulphuric acid production;waste heat recovery;steam;automation;safety;cleaner production;technical transformation四川宏达股份有限公司（以下简称宏达股份）200 kt/a 硫黄制酸装置始建于 2002 年，采用传统的“3+2”两转两吸工艺，尾气采用“氨法吸收+硫酸氧化”工艺处理，副产硫酸铵溶液送至磷酸装置使用。该硫黄制酸装置配备 2.4 MPa 余热锅炉副产蒸汽，蒸汽经 3 000 kW 背压汽轮发电机组实现余收稿日期：2023-05-28。作者简介：黄涛，男，四川宏达股份有限公司磷化工基地硫酸厂厂长，高级工程师，主要从事硫酸工艺设计、硫酸生产及设备管理工作。电话：[phone]；E-mail：。热发电后，送至磷铵等下游装置使用。23经过近 20 年的生产运行，该硫黄制酸装置存在设备老化、能耗高、操作自动化程度低、不能满足现行安全技术规范要求、岗位环境污染大、尾气排放不能达到超低排放要求、硫酸单位产品能耗处于落后水平等问题亟待解决。在广泛调研的基础上，宏达股份于 2021 年 12 月对 200 kt/a 硫黄制酸装置进行了技术提升改造，打造一套低碳环保、安全高效的绿色硫酸生产装置。1项目建设内容1.1硫酸生产线清洁生产技术改造升级将现有 200 kt/a 硫酸生产线进行清洁生产技术改造升级，配套进行硫酸低温位余热回收系统、蒸汽高效综合梯级利用系统和自动化系统升级改造，实现 w(H2SO4)98%硫酸产能 300 kt/a、0.7 MPa 低压蒸汽 396 kt/a。硫酸生产线清洁生产技术改造主要内容见表 1。表1硫酸生产线清洁生产技术改造主要内容项目技术改造主要内容风机新购背压式汽机驱动的主风机，配备空气过滤器，现有风机作为开工风机备用熔焚硫系统新增液硫过滤器和精硫槽余热锅炉更换余热锅炉、蒸汽过热器及省煤器，并配备相应辅机，压力等级由2.45 MPa升级为3.82 MPa转化工序改造转化器、换热器，更换部分管道及钒催化剂干吸工序新建低温位余热回收系统，配套给水系统改造尾气处理工序 脱硫系统改造余热发电系统 改造现有背压机组，增设505控制系统自动化系统DCS系统建设升级，增设生产控制中心（含消防控制室）液硫硫黄库增设2台液硫储槽，硫黄储量增加5 000 t1.2安全整改提升根据“以新带老”原则，对照最新安全技术规范要求对硫酸装置进行全面的安全整改提升，采取了以下多项措施：1）改变硫黄上料方式。改造前，由人工现场原地破包，散料和包装混堆，再由铲车转运入高位上料斗，现场物料散乱、粉尘飞扬，爆炸危险性较高。技术改造后，采用叉车吊运软带托盘的方式转运硫黄、人工破包加料的方式进行硫黄加料，避免了粉尘飞扬，降低了爆炸危险性。2）对硫黄库进行整改，提高安全性。整改措施主要包括：对硫黄库进行防火分区，使库存硫黄分区堆放，堆码规范，保证硫黄库交通通畅，取用便利；按易制毒物品管理要求，配置全方位监控摄像头，对进出人员和物料进行 24 h 监控；投料区按乙类建筑进行消防设计，建设不发火地坪约800 m2，杜绝因操作产生火花导致硫黄燃烧和爆炸的可能；室内外设置消防栓8台（套）、烟雾报警仪12台，报警信号接入消防控制中心，实施24 h不间断监控。3）提高装置本质安全水平。整改措施主要包括：焚硫炉为明火设备，按最新安全技术规范的要求，搬迁熔硫工序，满足防护距离需要；对配电室进行线缆洞口封堵，设置烟雾报警、温度报警及自动灭火设施；新建可燃有毒气体检测报警系统（GDS），设置 SO2浓度报警仪全方位监控装置SO2泄漏情况，确保装置运行和人员安全。1.3环保水平提升1.3.1扬尘治理针对技术改造前硫黄库、熔硫工序扬尘严重、环境恶劣等情况，首先进行硫黄上料工序改造，为改变硫黄上料方式提供条件。上料方式改变后，扬尘量大幅降低，岗位环境明显改善。其次，新建 2座液体硫黄储槽，增加液体硫黄库容积 5 000 t，大幅提高液体硫黄的使用量，在提高效益的同时，减少了使用固体硫黄带来的粉尘污染问题。1.3.2排放尾气治理按 GB 261322010硫酸工业污染物排放标准规定的特别排放限值要求，硫酸装置的尾气排放技术改造目标为(SO2)200 mg/m3、硫酸雾()5 mg/m3。此次技术改造对转化器的布风和催化剂床层进行了优化，通过与科研院校合作，建立数学模型进行模拟，对转化器进气口进行了布风结构改造，使气体在催化剂床层均匀分布，提高截面温度的均匀性，以提高 SO2的转化率。在尾气洗涤塔增设电除雾器，以降低硫酸雾的排放浓度。经测定，300 kt/a 硫酸装置电除雾器进、出口的硫酸雾平均质量浓度分别为 109.46，5.39 mg/m3，烟囱出口烟气(SO2)为 82.5 mg/m3，排放尾气中 SO2和硫酸雾的浓度基本满足特别排放限值要求，烟囱烟羽得到彻底治理。黄涛.200 kt/a硫黄制酸装置节能环保技术改造及运行实践硫酸工业242023 年第 4 期1.4装置自动化及信息化建设1.4.1自动化生产操作系统建设300 kt/a 硫酸装置实行 DCS 控制生产操作，配置大量以自动控制阀、调速泵、远传液位计、温度计、压力表为核心的自动化控制单元，形成自动化生产操作系统。自动化生产操作系统的建成，提高了装置生产控制的稳定性，减少了原材料和燃料消耗，大幅降低了员工操作强度，提高了装置本质安全水平，能够确保环保指标稳定达标。1.4.2消防控制中心和GDS报警中心建设项目升级改造前，硫酸装置的消防控制点均为单独控制，消防报警基本靠现场事后发现或人工巡检发现，对有毒易燃气体的监控以现场监控报警为主，且报警仪数量偏少。针对上述问题，宏达股份硫酸装置改造立足打造集中报警、多级监控的中心控制模式，即对于风险较高的硫黄库和硫酸罐区，以及各装置爆炸危险区，将消防报警信号和 GDS报警信号、视频监控信号接入消防控制中心，实施两级报警监控。消防控制中心还可远程控制消防系统启动，实施事故应急处置。1.4.3生产控制中心建设根据装置自动化改造需要，宏达股份建设了生产控制中心。生产控制中心集成 300 kt/a 硫酸装置控制室、消防控制中心、GDS 报警中心、视频监控中心功能，除可进行装置的生产操作控制外，还具备各装置 GDS 报警及处置功能，以及硫黄库、装置各操作点、安全环保的视频监控及数据保存、上传功能。生产控制中心作为生产调度指挥中心，指挥协调各装置的生产操作和事故处置，该控制中心的建设使生产、设备、能源、安全、环保数据充分分享，实现了基础信息化管控，为磷化工基地将来全面实现信息化建设搭建了较好的平台。2硫酸装置技术改造效果2.1产能大幅提升2021 年 200 kt/a 硫酸装置 w(H2SO4)98%硫酸产 量 为 176 662.60 t，2022 年 300 kt/a 硫 酸 装 置w(H2SO4)98%硫酸产量为 271 138.04 t。硫酸装置技术改造后硫酸产量增加了 53.48%。2.2能耗大幅降低根据节能验收报告，该硫酸装置技术改造完成前，200 kt/a 硫酸装置实际工业硫酸单位产品综合能耗为-122.68 kgce/t；技术改造完成后，300 kt/a 硫酸装置实际工业硫酸单位产品综合能耗为-184.45 kgce/t，达到 GB 291412012工业硫酸单位产品能源消耗限额规定的工业硫酸单位产品综合能耗先进值不高于-180 kgce/t 的指标要求。硫酸装置综合能耗降低，主要体现在以下三方面：1）蒸汽产量大幅增加。此次技术改造提高了余热锅炉进口的烟气温度，使焚硫炉操作温度得以提高，单位产品蒸汽产量相应提高；新建低温位余热回收系统，充分回收一吸塔吸收硫酸产生的热能，使单位产品蒸汽产量增加约三分之一，达到484 kg/t。工业硫酸年产量按 300 kt 计，全年生产蒸汽 451.5 kt，较技术改造前每小时多产蒸汽 18.15 t，全年多产蒸汽 145.2 kt，相当于 20 t 燃煤锅炉的产汽量，可节约标煤 18 527.52 t/a。2）电耗大幅降低。风机拖动方式由电机拖动改为汽轮机拖动，同时提高风机风量和压头，由蒸汽直接拖动风机，电能用量大幅降低。由于低温位余热回收系统对一吸塔吸收硫酸的低温位热能进行了回收，冷却硫酸用水量减少，原装置配备的循环水泵电机功率由 250 kW 改为 200 kW，减少了冷却用循环水的电耗。通过以上措施，吨酸耗电量由技术改造前的 75.21 kWh 降至 24.53 kWh，降幅为67.38%。3）优化转化器结构，催化剂床层温度稳定。技术改造前转化器催化剂床层温度不均匀，温度差最高达 50，对催化效果产生了较大影响，导致一段转化率偏低。宏达股份经过分析论证认为，催化剂床层温度不均匀是由转换器进口分风不均匀导致的。此次硫酸装置技术改造，宏达股份与知名高校合作，运用先进的计算机运算技术对转化器一段气体流场进行模拟，找出使气体均匀分布的关键点，并制定相应措施进行改造。通过开车验证，转化器催化剂床层温度不均匀的问题得到彻底解决，催化剂床层温度差控制在 5 以内，达到了技术改造目标。此次优化改造可以避免长期以来由于催化剂床层出口烟气温度局部过高，而不能提高转化器进口烟气 SO2浓度的限制，为提高装置烟气的 SO2浓度、减少烟气量，提高装置生产能力创造了条件。2.3推动公司能源消费向清洁化转型技术改造前，宏达股份除使用硫酸装置的余热生产蒸汽外，还使用大量燃煤生产蒸汽；在磷铵装25置使用天然气对磷铵产品进行干燥。2021 年，燃煤用量为 43 185 t，天然气用量为 112 万 m3。技术改造完成后，由于蒸汽供应量增加，燃煤锅炉开车时间减少，磷铵装置采用蒸汽替代天然气进行产品干燥。2022 年，燃煤用量降至 29 684 t（其中磷石膏粉生产线使用标煤 12 449 t），降幅为 31.26%。天然气用量降至 54 万 m3，降幅为 51.79%。燃煤和天然气的消耗量大幅降低，余热产汽量占比由技术改造前的 58.18%提高到技术改造后的 93.35%，使公司能源结构全面向以余热蒸汽为主的清洁能源转型。2.4蒸汽循环梯级利用成效显著技术改造完成后，蒸汽产量得到大幅提升，用好这部分能源，可实现最大的经济效益。为此，项目同步进行了蒸汽循环梯级利用建设，具体实施方式为：1）一级利用：余热锅炉产出的蒸汽送至汽机轮拖动风机或汽轮发电机使用。2）二级利用：背压蒸汽供磷铵、复肥产品生产。3）三级利用：蒸汽冷凝水通过汽水换热器产生热风供磷铵产品干燥（替代天然气）。4）四级利用：减温冷凝水输送到氨站用于蒸发液氨。5）五级利用：蒸氨冷凝水送到余热锅炉生产蒸汽。2.5装置本质安全水平得到强化技术改造完成后，新建 300 kt/a 硫酸装置的本质安全水平大幅提升，同时带动磷化工基地重大危险源和高风险的硫黄库和硫酸罐区，以及各装置爆炸危险区的本质安全得到提升。主要体现在：1）爆炸危险性大幅下降。从源头解决了硫黄粉尘易发生爆炸的问题，另外烟雾报警仪、SO2报警仪和现场视频监测仪的投用，可进一步对爆炸危险性进行管控。2）装置实施自动化控制确保安全运行。装置采用 DCS 控制系统，实现温度、压力、液位和重要设备振动监测报警，并配备紧急联锁回路控制，可大幅降低因操作失误、设备故障等因素带来的突发性安全和环保事故发生的几率，提高本质安全水平。3）建设生产控制中心提升装置安全水平。新建的生产控制中心集成了消防控制中心和 GDS 系统，对液氨站、用氨工序（如磷铵中和岗位、天然气燃烧炉岗位）通过 GDS 系统进行二级监控，降低了爆炸危险性，可避免员工中毒受伤。3经济效益分析硫酸装置技术改造完成后，全年多产蒸汽145.2 kt，实现全年节约标煤 18 527.52 t（折标系数 0.127 6 kgce/kg），可创造效益约 3 320 万元（按标煤市场价格折算）。蒸汽实现循环梯级利用，在硫酸装置节约用电、磷铵装置节约天然气和燃煤方面产生的经济效益显著，具体如下：1）硫酸装置吨酸耗电量由技术改造前的 75.21 kWh 降 至 24.53 kWh，全 年 节 约 用 电 约 560 万kWh，节约电费 308 万元。2）硫酸装置技术改造后蒸汽产量大幅提升，以蒸汽替代天然气用于产品干燥，使蒸汽的价值得到充分体现。与 2020 年相比，150 kt/a 磷铵装置天然气消耗量从 18 m3/t 降至 2.5 m3/t，精制磷铵装置天然气消耗量从 15 m3/t 降至 2.5 m3/t。天然气全年采购量下降 63.75%，燃煤采购量下降 67.96%，产生经济效益 510 万元。综上所述，技术改造项目年产生效益约 4 138万元，税前财务内部收益率 58.05%，税前静态投资回收期 1.82 年（不含建设期），项目实现了可观的收益。4技术改造存在的不足4.1建设时间偏长由于受到市场形势、疫情防控及国家发展改革委等多部门要求化肥保供稳价等因素的影响，项目主体建设完成时间延后。2022 年 1 月，熔焚硫系统、转化系统、尾气处理系统、余热锅炉、余热发电、蒸汽替代天然气、自动化系统升级改造完成建设并投入使用；2022 年 2 月，配套低温位余热回收系统完成建设；2022 年 3 月，风机及汽轮机拖动风机系统完成改造并投用；2022 年 6 月，完成达产达标验收考核。4.2个别设备质量控制不严由于加工质量不高，拖动风机的汽轮机在装置改造过程中进行了返厂维修处理，其运行效率降低，（下转第 29 页）黄涛.200 kt/a硫黄制酸装置节能环保技术改造及运行实践29图7内衬聚四氟乙烯的混酸器筒体图8聚四氟乙烯内置加水管w(H2SO4)为95%，干燥塔塔底的硫酸温度和烟气温度均低于60，在烟气和硫酸并存的工况下，316L不锈钢材质易被腐蚀。后将干燥塔塔底过滤器的材质由316L不锈钢改成厚度20 mm的聚四氟乙烯，使用至今状态完好，再未出现部件材料变形、断裂等异常情况。4.3干燥酸脱吸塔塔底酸管腐蚀漏酸为控制干燥泵槽液位，将 w(H2SO4)95%的干燥泵槽酸通过管道串酸至一吸泵槽。为脱除干燥酸中的 SO2，避免 SO2气体被带入一吸泵槽酸内，在干燥酸串入一吸泵槽流程中设置干燥酸脱吸塔。干燥泵槽酸从干燥脱吸塔上部进入，在中下部引入空气，酸从塔底通过 316L 不锈钢材质并带阳极保护的管道流入一吸泵槽。干燥酸脱吸塔投用后不到一年，塔底酸管出现了腐蚀漏酸。经分析，酸管出现腐蚀主要是由于管道内未满酸，酸中含有大量空气，w(H2SO4)95%的硫酸在脱吸过程中吸入空气导致浓度变低，316L 不锈钢材质的管道在低浓度硫酸中容易出现腐蚀。将 316L 不锈钢材质更换成 Q345 合金钢内衬厚度 5 mm 的聚四氟乙烯材质，取消管道阳极保护。解决了干燥酸脱吸塔塔底酸管腐蚀的问题。5结语通过对冶炼烟气制酸装置的设备进行优化改进，包括对净化工序逆喷管增加温度监测，增设净化酸脱吸塔用于脱除稀酸中的 SO2，对干吸工序混酸器、干燥塔塔底过滤器、干燥酸脱吸塔塔底酸管的材质进行改进，解决了工艺和装置缺陷，进一步优化了工艺指标，提高了制酸系统作业率，确保了制酸系统长周期生产稳定。参考文献：1 刘勇.夹具带压堵漏技术的应用研究与改进J.管道技术与设备,2014(6):29-31.2 严与辉,史庆泰.混酸器在硫酸装置中的工艺性能及结构探讨J.硫酸工业,2016(6):26-29.项目建设工期也受到相应影响。由于余热锅炉的过热器制造安装质量未受控，在装置运行过程中，曾进行了数次停车处理，影响了装置运行。4.3职业卫生水平还需提高通过技术改造，硫黄输送和熔硫工序的环境卫生条件得到极大改善，但在输送和熔硫过程中的粉尘问题还未得到彻底治理，需要进一步改善。5结语宏达股份对 200 kt/a 硫黄制酸装置进行节能环保技术改造升级，产能增加至 300 kt/a，蒸汽产量得到大幅提升，燃煤、天然气的消耗量和吨酸耗电量大幅降低，排放尾气中 SO2和硫酸雾的浓度基本满足特别排放限值要求。经过技术改造，该硫黄制酸装置的环保水平得到明显提升，综合能耗达到行业先进水平，在装置产生显著经济效益的同时，推动公司能源消费向清洁化转型。宏达股份通过建设生产控制中心，集成 DCS 控制系统、消防控制中心、GDS 系统等功能，提高了装置的自动化水平和本质安全水平。（上接第 25 页）王官华等.冶炼烟气制酸装置设备优化改进