硫磺制酸工艺流程及风机的应用_硫磺制酸_

硫磺制酸工艺流程及风机的应用

2007/12/6 10:26:00

【摘要】硫磺制酸风机是我公司轴流鼓风机涉及的一个新的领域。本文主要针对硫酸工艺和风机的应用谈一些体会，特别是近期云南富瑞机组在执行过程中出现的技术性问题还需完善。【关键词】硫磺制酸防喘振系统逆流金属钝化现象密封 1．硫酸生产的原料组成： 硫酸生产的原料是指能够产生SO2的含硫物质。工业原料主要有：硫磺：用硫磺制造硫酸是使用最早而又最好的原料，该原料制造硫酸流程简单、投资省、产品纯、成本低，是一种理想的制酸原料。硫铁矿：硫铁矿是硫元素在地壳中存在的主要形态之一。主要成分为FeS2（理论含硫量53.45%、含铁量46.55%），矿石品位按实际含硫量多少而分。开采出来的矿石呈块状，必须经过破碎和筛分，同时对浮选硫铁矿和尾砂烘干，对不同成分原料进行混合配料等。在制酸的同时，矿渣可用来生产铁、水泥等。含硫气体：石油气、焦炉气和煤气中都含有硫化氢，将其分离燃烧可得到二氧化硫。硫酸盐：用硫酸盐制取硫酸的同时可以制得其它化工产品。如用硫酸钠可联合生产硫酸和纯碱。此外，有色金属冶炼过程中产生大量的含二氧化硫的烟气、煤燃烧时排出的烟气中均含有二氧化硫，这些气体中的硫化物都是制硫酸的原料，不但回收资源而且还消除了公害。我国主要以硫铁矿为原料，其次为硫磺和有色金属冶炼废气。我公司目前的AV71-4和AV80-4轴流压缩机组主要应用于国内硫磺制酸行业规模在30万吨/年以上的装置中。 2.硫磺制酸的工艺 下图为硫磺制酸工艺流程图。工艺流程中同时出现了两种流程的风机配置形式： 2．1在干燥塔前、后均设置风机，塔前为开车风机，塔后为正常生产时使用的风机。 2．2只在干燥塔前设置风机，用来开机及生产（或另有备机）。

图1. 硫磺制酸工艺流程 3.风机在两种工艺上的应用 3． 1据风机风量与硫酸生产对应关系：云南富瑞AV80轴流鼓风机组（用于干燥塔后）：压缩机进口流量：3911 Nm3/min 进气压力：-5kpa（G）介质：干燥空气（微酸性，氮气：19%；氧气：21%）湿度：0% 进气温度：55℃ 排气压力：0.12643 MPa（A）对应生产规模：80万吨/年硫酸生产能力。贵州西洋肥业AV71轴流鼓风机组（用于干燥塔前，无开车风机）：压缩机进口流量：3500 Nm3/min 进气压力：0.08933 MPa（A）介质：空气相对湿度：77% 进气温度：17℃ 排气压力：0.14029 MPa（A）对应生产规模：60万吨/年硫酸生产能力。 3.2工艺流程与机组的设计 3.2.1针对干燥塔前后均有风机的工艺情况（云南富瑞AV80机组） 3.2.1.1干燥塔前设置开车风机主要原因：（1）、硫酸循环冷却冷却器选型小，循环泵不需要特别的耐高温、耐腐蚀。（2）、故障情况下塔前风机可满足开车要求和暂时生产要求。 3.2.1.2开机原理干燥塔前风机为开车风机，根据设计院常规设计此风机最大负荷为主风机负荷的40%（为节省设备投资）。开车风机先投入生产，待高温过热器产生的450℃、3.82MPa的中压蒸汽再驱动主风机组投入生产，开车风机切出系统。空气经过滤器、干燥塔进入主风机，主风机增大负荷，高温过热器的蒸汽量在满足主风机要求的情况下，剩余蒸汽经另一汽轮机发电机组发电。 3.2.1.3 AV80轴流鼓风机组有效利用系统产生的能量，是一种能量回收机组。在机组设计中应注意以下问题：（1）主风机组正常运行时负荷范围为：70%～105%，开车风机最大只能在40%负荷下投入系统，高温过热器在此状态下产生的蒸汽如果不足，无法满足主风机70%负荷下的要求。对机组控制系统来说，要求根据工艺及风机的启动要求做逻辑控制。在风机启动后逐步增大负荷（通过手操器增大静叶角度）直至满负荷运行。（2）主风机组位于工艺系统中间，开机即意味着生产，不允许有放空、喘振现象，除非在系统故障的情况下。因此要求主风机最小负荷设计计算必须准确，这样即节省开车设备投资、同时又满足生产。主风机采用全静叶可调轴流鼓风机，有宽广的工作范围和高的计算精度，适应其流程要求。（3）主风机吸入介质为：微酸、55℃、近乎0%相对湿度的空气，有一定的腐蚀度，滞留于机器中，会在金属表面形成钝化现象。如果此现象长期发生，是否对机器部件造成腐蚀，是否会影响旋转部件的平衡性。因此，在单机设计时应充分考虑此方面的影响。（4）鉴于塔后风机位置的特殊性，在系统配置时注意：为避免风机出口阻力损失大，出口不设止回阀，但是开车风机的介质有可能流向主风机，使主风机出现逆流现象；如果应用主风机使其成为开车风机的通道，避免主风机逆流情况的产生，同时主风机静叶角度计算必须准确，避免开度过大，机组无法起动。（5）机组位于生产工艺的中间环节，如果喘振的发生使防喘振阀全开会造成整个生产停止，因此在防喘振设置上尽量考虑防喘振线与快开线之间予留较大的余量，以便使用户有处理故障的时间。但是焚硫炉温度达1100℃，如果发生逆流或喘振，对风机的损害将很严重。如果根据常规喘振控制方式，系统压差小、流量大，在短时间全部流量通过阀门则阀门口径过大，设备投资太大，不很合理。在原工艺系统中配置了一台电动放空阀，同时也可配置一台两位式紧急放空阀，一方面可防止风机喘振，另一方面可避免介质逆流。（6）整套机组位于酸化环境，因此所有设备包括仪表设备尽量考虑环境腐蚀、金属表面钝化现象的发生。（7）等压力/等流量调节，根据硫磺制酸工艺要求，在焚硫炉炉料恒定的前提下，要求风机运行工况点固定。若炉料发生变化，风机自动改变工况点（阻力大时，压力增大，流量变小；阻力小时，压力减小，流量增大）满足工艺要求。若有条件，在炉料发生变化时，最好实现等压力操作。 3.2.2 针对干燥塔前设置风机的工艺情况（贵州西洋AV71机组）干燥塔前设置一台风机（或另备备机）。开机前由外供蒸汽驱动机组，待系统正常后，由高温过热器产生的蒸汽驱动机组，以达到能量回收的目的。如果有剩余蒸汽可用来发电。空气经过过滤器进入风机，加压后进入干燥塔，经干燥后进入焚硫炉等工艺系统。塔前风机因出口压力低、后面系统设备危害较小，系统配置较为简单。主要考虑以下因素：（1）尽量降低出口管网或止回阀阻力损失。（2）机械及仪表设备对环境的抗腐蚀能力。（3）风机的逆流现象。因为干燥塔中98%硫酸是从塔顶喷淋而下，又经塔底流回酸循环槽。因此即便逆流，除酸雾外不会有其它反应物进入风机。逆流保护应采用简易方式。（4）风机的喘振保护是必须的。控制方案与塔后风机原理相同。 4. 硫铁矿制硫酸中风机的使用情况 现在国内在硫铁矿制酸主要用接触法进行硫酸生产，原则流程如下：

主要工序：（1）焙烧工序以硫铁矿和空气为原料制造二氧化硫。 4FeS2 + 11O2 ＝ 8SO2 + 2Fe2O3 + Q 反应温度：＞600℃，反应后生成的SO2（13%）、SO3等统称炉气，然后进入废热锅炉。在此工序，必须用风机向焙烧炉鼓入空气，其炉底压力：9117～12156 Pa，炉温控制：850～950℃。（2）转化工序借助催化剂实现二氧化硫氧化为三氧化硫。（3）吸收工序以水（实际用硫酸）吸收三氧化硫，制成成品酸。