800kt/a硫酸裝置余熱發(fā)電方案選擇及效益評價

段永華

（中薪油武漢化工工程技術有限公司，湖北武漢 430223)

800kt/a硫酸裝置余熱發(fā)電方案選擇及效益評價

段永華

（中薪油武漢化工工程技術有限公司，湖北武漢 430223)

介紹了硫酸裝置余熱回收的工藝流程和余熱發(fā)電方案的選擇。經論證比較，確定利用背壓式汽輪機進行發(fā)電和供熱，可使副產蒸汽得到了有效利用，并為企業(yè)和社會帶來了較好的經濟效益、環(huán)境效益。

硫磺制酸；余熱鍋爐；余熱發(fā)電；效益評價

能源回收利用水平是評價化工生產工藝及生產過程先進與否的重要指標，也是提高企業(yè)經濟社會效益的重要環(huán)節(jié)。目前國內大多硫酸裝置生產過程中會釋放出大量工藝余熱，工藝余熱利用水平也是衡量硫酸裝置技術先進性的重要指標之一。國內某硫酸廠采用“3+l”兩轉兩吸先進工藝流程回收余熱副產高壓蒸汽，采用美國孟莫克公司的低溫位余熱回收技術（HRS）副產低壓過熱蒸汽。為保證裝置蒸汽產耗平衡和副產蒸汽合理有效利用，設計堅持“以熱定電、熱電聯(lián)產”的原則，合理選擇余熱發(fā)電機組及配套系統(tǒng)。余熱發(fā)電裝置主要設備包括：余熱汽輪發(fā)電機組及其附屬設備等，余熱發(fā)電裝置配套所需化學水、循環(huán)水和冷凝液回收等全部依托硫酸裝置公用工程。余熱發(fā)電裝置投運后，實現(xiàn)了高壓蒸汽的合理利用，減少了硫酸裝置外供電消耗，為企業(yè)帶來顯著經濟和社會效益。

1 余熱回收工藝流程

國內硫磺制酸裝置，一般按余熱溫位等級分段副產蒸汽，由于受爐氣量和溫度波動的影響，生產1t硫酸可產蒸汽量也在一定范圍波動，其中高溫和中溫余熱，副產次高壓蒸汽，指標為1.1～1.3t/t；低溫位余熱，副產低壓蒸汽，指標為0.4～0.5t/t。國內某硫酸廠一套800kt/a硫磺制酸裝置副產蒸汽量見表1。

表1 硫酸裝置副產蒸汽量

經核算，本硫酸裝置副產次高壓蒸汽指標為1.22t/t，副產低壓蒸汽指標為0.5t/t，根據指標判斷：該硫酸裝置所采用工藝技術較為先進。

1.1 高中溫位余熱回收系統(tǒng)

爐氣流程：硫磺焚燒及二氧化硫催化氧化為三氧化硫釋放出一定熱量，這部分熱量除了在兩個吸收塔中的損失外，其余部分必須全部從煙氣中轉出回收，以便工藝流程的正常進行。本硫酸裝置采用“3+l”兩轉兩吸先進工藝流程，可回收的廢熱包括以下幾部分：

（1）焚硫爐出口1 000℃左右的高溫爐氣冷卻到420℃左右進入一段轉化；

（2）一段轉化出口600℃左右的爐氣冷卻到420℃左右進入二段轉化；

（3）三段轉化出口經冷熱換熱器后240℃左右的爐氣冷卻到180℃左右進入中間吸收塔；

（4）四段轉化出口420℃左右的爐氣冷卻到160℃左右進入最終吸收塔。

汽水流程：來自除氧器的除氧水經鍋爐給水泵加壓后依次經過省煤器1（低溫段）、省煤器2、省煤器1（高溫段），鍋爐給水加熱至238℃后進入余熱鍋爐汽包，汽包工作壓力6.0MPa左右，汽包產生的飽和蒸汽依次經過低溫過熱器、高溫過熱器后送硫酸裝置內部次高壓蒸汽管網。

圖1 高中溫位余熱利用流程

1.2 低溫位余熱回收系統(tǒng)

為回收三氧化硫吸收過程的低溫位熱能，利用孟莫克的低溫位余熱回收技術（HRS）副產低壓過熱蒸汽。HRS基本流程和部分參數(shù)如下：

熱回收塔進氣溫度220℃，出氣溫度85℃；下段進酸濃度99.0%，溫度190℃；上段進酸溫度81℃，濃度98.3%；出口硫酸濃度99.8%，溫度200℃，出口硫酸送HRS余熱鍋爐回收熱量后：一部分進入稀釋器，稀釋器中加入除氧水站來的104℃除氧水，將硫酸濃度由99.8%稀釋到99%，溫度降至190℃左右，作為熱回收塔下段吸收酸；另一部分進入HRS鍋爐給水預熱器，將除氧水加熱至179℃后去最終吸收塔泵槽；除氧水溫度104℃，經過HRS鍋爐給水預熱器后升溫至179℃，加熱后的給水進入HRS鍋爐產生蒸汽，鍋爐出口蒸汽溫度180℃，壓力1.0MPa。HRS鍋爐產生的飽和蒸汽再送入HRS過熱器進行加熱升溫，過熱后的蒸汽送界外蒸汽管網。低溫位余熱利用流程圖（見圖2）。

2 余熱發(fā)電系統(tǒng)

2.1 余熱發(fā)電系統(tǒng)方案選擇

國內硫酸裝置廢鍋副產蒸汽常規(guī)采用凝汽發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)電就近利用，汽機凝結水送除氧器或全廠冷凝液回收裝置循環(huán)利用，此種方案簡單可靠，不受外部條件限制，但凝汽發(fā)電機組經濟性差，且需要建設配套循環(huán)水站等，投資高。本硫酸裝置副產大量次高壓及低壓蒸汽，采用凝汽發(fā)電肯定可以完全回收，但考慮到硫酸裝置附近的醋酸廠需要大量次中壓（2.0MPa）及低壓蒸汽（1.0MPa），且蒸汽品質可以滿足用戶需要，這為硫酸裝置副產的次高壓蒸汽和低壓蒸汽用戶指明了方向。硫酸裝置配套余熱鍋爐副產次高壓（5.3MPa）蒸汽產量122t/h，次高壓蒸汽和次中壓蒸汽用戶之間存在可觀的壓差和能位差，選擇從5.3MPa至2.0MPa的背壓式余熱汽輪發(fā)電機組方案是可行的，且背壓發(fā)電供熱效率高、投資少，方案也較為合理。

設置背壓式余熱發(fā)電后，硫酸裝置內部蒸汽分配方案如下：

（1）次高壓蒸汽

蒸汽參數(shù)：5.3MPa，485℃

輸送范圍：余熱鍋爐至余熱發(fā)電汽機

（2）次中壓蒸汽

蒸汽參數(shù)：2.0MPa 330℃

輸送范圍：汽輪機排汽至蒸汽管網

（3）低壓蒸汽

蒸汽參數(shù)：1.0MPa 250℃

輸送范圍：HRS過熱器至低壓蒸汽管網

根據蒸汽平衡及熱力計算，背壓機組額定發(fā)電量接近6 000kW，而硫酸裝置自用電接近7MW，余熱發(fā)電量可以在硫酸裝置內部全部利用。

圖2 低溫位余熱利用流程圖

2.2 余熱發(fā)電電力系統(tǒng)接入方案

余熱機組發(fā)電機出線采用電纜與硫酸工程35kV變電站（總降壓站）6kV母線連接，然后通過總降壓站35kV側線路接入廠外110kV變電所與電力系統(tǒng)并網。

余熱機組設一套自動準同期裝置，在發(fā)電機出口開關處和總降站主變壓器35kV、6kV側主開關及35kV進線開關等處設置并網同期點，同期操作在總降壓站側。

在不改變硫酸工程原有供電及運行方式的前提下，發(fā)電機發(fā)出的電量將全部用于硫酸工程生產。因此本接入系統(tǒng)方案，從現(xiàn)行的條件和技術要求來講，對余熱發(fā)電項目都是可行的。

2.3 余熱發(fā)電機組介紹

余熱發(fā)電機組配置一臺6MW背壓式汽輪機和一臺6MW汽輪發(fā)電機及配套輔機。為保證硫酸裝置和高低壓蒸汽管網的安全穩(wěn)定運行，汽輪發(fā)電機組配套設置一臺旁路減溫減壓器，在汽輪機跳車或檢修時開啟。汽輪機、發(fā)電機和減溫減壓器主要設計參數(shù)（見表2）。

汽輪發(fā)電機組采用常規(guī)供貨，監(jiān)視保護系統(tǒng)控制隨主設備成套提供，控制系統(tǒng)集中布置在硫酸裝置控制室，依托硫酸裝置進行統(tǒng)一管理和調度。減溫減壓器與汽機聯(lián)鎖，當汽機停運時，聯(lián)鎖減溫減壓器開啟，將次高壓蒸汽導入次中壓蒸汽管網，維持中壓蒸汽用戶需要。

3 余熱發(fā)電效益評價

3.1 經濟效益評價

經計算可知，余熱發(fā)電裝置直接投資2 054萬，其中建設投資1 826萬元，建設期貸款利息44萬元，流動資金183萬元，計算投資回收期約7.8a，投資回收期較短。按照硫酸裝置年運行8 000h計算，硫酸裝置年耗電量約5 560萬度，余熱發(fā)電裝置年發(fā)電約4 800萬度，余熱發(fā)電量可以在硫酸裝置內部全部利用，大大減少了的硫酸裝置的外部供電消耗，按照購買電價0.5元/度計算，年節(jié)約電費約2 400萬元，企業(yè)運行成本顯著下降。硫酸裝置對外年供熱量（僅考慮2.0MPa蒸汽）約97.6萬t，按照每噸蒸汽180元計算，企業(yè)年收入17 568萬元，經濟效益非常顯著。

表2 余熱發(fā)電主要設備參數(shù)

3.2 環(huán)境效益評價

與同等規(guī)模的燃煤發(fā)電相比，此余熱發(fā)電裝置可節(jié)約標煤約11.7萬t/a，可大量減少煙塵、CO2，SOX、NOX排放，按照石化燃料大氣污染物排放系數(shù)和二氧化碳排放系數(shù)折算，污染物年減排量（見表3）。尤其是本項目地處環(huán)境保護重點地區(qū)，環(huán)境效益、社會效益尤為顯著。

表3 污染物年減排量（單位：t）

4 結論

由于本余熱發(fā)電裝置不需設置常規(guī)燃煤、燃油或燃氣鍋爐，純粹利用工藝裝置副產蒸汽發(fā)電并對外供熱，減少了污染物排放，環(huán)境社會效益顯著。余熱發(fā)電裝置的運行減少了企業(yè)運行成本、增加了企業(yè)效益，同時還減少了熱用戶配套自備電站的供熱及供電量，自備電站規(guī)模相應減小，燃料等的消耗也減少，自備電站投資運行成本均降低。余熱發(fā)電裝置的選型需要根據全廠蒸汽平衡、裝置用電量、經濟性等因素綜合考慮后確定，選型結果既要保證余熱的有效回收利用，又要保證主裝置及蒸汽管網的安全運行。本工程對余熱發(fā)電的方案選擇及效益評價進行分析和研究，對類似工程具有一定參考價值。

[1] 鄭亞瓊.硫磺制酸裝置余熱利用現(xiàn)狀及低溫位熱能回收設想[C].全國第11屆磷復（混）肥生產技術交流會論文集，31-34.

[2] 王子鳴，王柏林，沈平.余熱發(fā)電技術在硫酸裝置中的應用與經濟效益分析[J].電力需求側管理，2005，7（5）：39-40.

[3] GB13223—2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[4] 中國化石燃料大氣污染物和CO2排放系數(shù)[R].中國煤炭企業(yè)100強分析報告，2005.

Scheme Selection and Benefit Evaluation of Waste Heat Power Generation for 800kt/a Sulfuric Acid Plant

Duan Yong-hua

The process of waste heat recovery for sulfuric acid plant and scheme selection of waste heat power generation are introduced in this paper.After comparison，it is determined to use back-pressure steam turbine to generate electricity and supply heat，this make high efficiency utilization of by-product steam and also has brought good economic benefit to company and environmental benefit to society.

sulfuric acid；waste heat boiler；waste heat power generation；benefit evaluation

TQ111.1，TM920.2

B

1003–6490（2017）11–0100–02

2017–08–28

段永華（1983—），男，河南扶溝人，工程師，主要從事熱工工藝設計工作。