段永华

（中薪油武汉化工工程技术有限公司，湖北武汉 430223)

800kt/a硫酸装置余热发电方案选择及效益评价

段永华

（中薪油武汉化工工程技术有限公司，湖北武汉 430223)

介绍了硫酸装置余热回收的工艺流程和余热发电方案的选择。经论证比较，确定利用背压式汽轮机进行发电和供热，可使副产蒸汽得到了有效利用，并为企业和社会带来了较好的经济效益、环境效益。

硫磺制酸；余热锅炉；余热发电；效益评价

能源回收利用水平是评价化工生产工艺及生产过程先进与否的重要指标，也是提高企业经济社会效益的重要环节。目前国内大多硫酸装置生产过程中会释放出大量工艺余热，工艺余热利用水平也是衡量硫酸装置技术先进性的重要指标之一。国内某硫酸厂采用“3+l”两转两吸先进工艺流程回收余热副产高压蒸汽，采用美国孟莫克公司的低温位余热回收技术（HRS）副产低压过热蒸汽。为保证装置蒸汽产耗平衡和副产蒸汽合理有效利用，设计坚持“以热定电、热电联产”的原则，合理选择余热发电机组及配套系统。余热发电装置主要设备包括：余热汽轮发电机组及其附属设备等，余热发电装置配套所需化学水、循环水和冷凝液回收等全部依托硫酸装置公用工程。余热发电装置投运后，实现了高压蒸汽的合理利用，减少了硫酸装置外供电消耗，为企业带来显著经济和社会效益。

1 余热回收工艺流程

国内硫磺制酸装置，一般按余热温位等级分段副产蒸汽，由于受炉气量和温度波动的影响，生产1t硫酸可产蒸汽量也在一定范围波动，其中高温和中温余热，副产次高压蒸汽，指标为1.1～1.3t/t；低温位余热，副产低压蒸汽，指标为0.4～0.5t/t。国内某硫酸厂一套800kt/a硫磺制酸装置副产蒸汽量见表1。

表1 硫酸装置副产蒸汽量

经核算，本硫酸装置副产次高压蒸汽指标为1.22t/t，副产低压蒸汽指标为0.5t/t，根据指标判断：该硫酸装置所采用工艺技术较为先进。

1.1 高中温位余热回收系统

炉气流程：硫磺焚烧及二氧化硫催化氧化为三氧化硫释放出一定热量，这部分热量除了在两个吸收塔中的损失外，其余部分必须全部从烟气中转出回收，以便工艺流程的正常进行。本硫酸装置采用“3+l”两转两吸先进工艺流程，可回收的废热包括以下几部分：

（1）焚硫炉出口1 000℃左右的高温炉气冷却到420℃左右进入一段转化；

（2）一段转化出口600℃左右的炉气冷却到420℃左右进入二段转化；

（3）三段转化出口经冷热换热器后240℃左右的炉气冷却到180℃左右进入中间吸收塔；

（4）四段转化出口420℃左右的炉气冷却到160℃左右进入最终吸收塔。

汽水流程：来自除氧器的除氧水经锅炉给水泵加压后依次经过省煤器1（低温段）、省煤器2、省煤器1（高温段），锅炉给水加热至238℃后进入余热锅炉汽包，汽包工作压力6.0MPa左右，汽包产生的饱和蒸汽依次经过低温过热器、高温过热器后送硫酸装置内部次高压蒸汽管网。

图1 高中温位余热利用流程

1.2 低温位余热回收系统

为回收三氧化硫吸收过程的低温位热能，利用孟莫克的低温位余热回收技术（HRS）副产低压过热蒸汽。HRS基本流程和部分参数如下：

热回收塔进气温度220℃，出气温度85℃；下段进酸浓度99.0%，温度190℃；上段进酸温度81℃，浓度98.3%；出口硫酸浓度99.8%，温度200℃，出口硫酸送HRS余热锅炉回收热量后：一部分进入稀释器，稀释器中加入除氧水站来的104℃除氧水，将硫酸浓度由99.8%稀释到99%，温度降至190℃左右，作为热回收塔下段吸收酸；另一部分进入HRS锅炉给水预热器，将除氧水加热至179℃后去最终吸收塔泵槽；除氧水温度104℃，经过HRS锅炉给水预热器后升温至179℃，加热后的给水进入HRS锅炉产生蒸汽，锅炉出口蒸汽温度180℃，压力1.0MPa。HRS锅炉产生的饱和蒸汽再送入HRS过热器进行加热升温，过热后的蒸汽送界外蒸汽管网。低温位余热利用流程图（见图2）。

2 余热发电系统

2.1 余热发电系统方案选择

国内硫酸装置废锅副产蒸汽常规采用凝汽发电机组发电，发电就近利用，汽机凝结水送除氧器或全厂冷凝液回收装置循环利用，此种方案简单可靠，不受外部条件限制，但凝汽发电机组经济性差，且需要建设配套循环水站等，投资高。本硫酸装置副产大量次高压及低压蒸汽，采用凝汽发电肯定可以完全回收，但考虑到硫酸装置附近的醋酸厂需要大量次中压（2.0MPa）及低压蒸汽（1.0MPa），且蒸汽品质可以满足用户需要，这为硫酸装置副产的次高压蒸汽和低压蒸汽用户指明了方向。硫酸装置配套余热锅炉副产次高压（5.3MPa）蒸汽产量122t/h，次高压蒸汽和次中压蒸汽用户之间存在可观的压差和能位差，选择从5.3MPa至2.0MPa的背压式余热汽轮发电机组方案是可行的，且背压发电供热效率高、投资少，方案也较为合理。

设置背压式余热发电后，硫酸装置内部蒸汽分配方案如下：

（1）次高压蒸汽

蒸汽参数：5.3MPa，485℃

输送范围：余热锅炉至余热发电汽机

（2）次中压蒸汽

蒸汽参数：2.0MPa 330℃

输送范围：汽轮机排汽至蒸汽管网

（3）低压蒸汽

蒸汽参数：1.0MPa 250℃

输送范围：HRS过热器至低压蒸汽管网

根据蒸汽平衡及热力计算，背压机组额定发电量接近6 000kW，而硫酸装置自用电接近7MW，余热发电量可以在硫酸装置内部全部利用。

图2 低温位余热利用流程图

2.2 余热发电电力系统接入方案

余热机组发电机出线采用电缆与硫酸工程35kV变电站（总降压站）6kV母线连接，然后通过总降压站35kV侧线路接入厂外110kV变电所与电力系统并网。

余热机组设一套自动准同期装置，在发电机出口开关处和总降站主变压器35kV、6kV侧主开关及35kV进线开关等处设置并网同期点，同期操作在总降压站侧。

在不改变硫酸工程原有供电及运行方式的前提下，发电机发出的电量将全部用于硫酸工程生产。因此本接入系统方案，从现行的条件和技术要求来讲，对余热发电项目都是可行的。

2.3 余热发电机组介绍

余热发电机组配置一台6MW背压式汽轮机和一台6MW汽轮发电机及配套辅机。为保证硫酸装置和高低压蒸汽管网的安全稳定运行，汽轮发电机组配套设置一台旁路减温减压器，在汽轮机跳车或检修时开启。汽轮机、发电机和减温减压器主要设计参数（见表2）。

汽轮发电机组采用常规供货，监视保护系统控制随主设备成套提供，控制系统集中布置在硫酸装置控制室，依托硫酸装置进行统一管理和调度。减温减压器与汽机联锁，当汽机停运时，联锁减温减压器开启，将次高压蒸汽导入次中压蒸汽管网，维持中压蒸汽用户需要。

3 余热发电效益评价

3.1 经济效益评价

经计算可知，余热发电装置直接投资2 054万，其中建设投资1 826万元，建设期贷款利息44万元，流动资金183万元，计算投资回收期约7.8a，投资回收期较短。按照硫酸装置年运行8 000h计算，硫酸装置年耗电量约5 560万度，余热发电装置年发电约4 800万度，余热发电量可以在硫酸装置内部全部利用，大大减少了的硫酸装置的外部供电消耗，按照购买电价0.5元/度计算，年节约电费约2 400万元，企业运行成本显著下降。硫酸装置对外年供热量（仅考虑2.0MPa蒸汽）约97.6万t，按照每吨蒸汽180元计算，企业年收入17 568万元，经济效益非常显著。

表2 余热发电主要设备参数

3.2 环境效益评价

与同等规模的燃煤发电相比，此余热发电装置可节约标煤约11.7万t/a，可大量减少烟尘、CO2，SOX、NOX排放，按照石化燃料大气污染物排放系数和二氧化碳排放系数折算，污染物年减排量（见表3）。尤其是本项目地处环境保护重点地区，环境效益、社会效益尤为显著。

表3 污染物年减排量（单位：t）

4 结论

由于本余热发电装置不需设置常规燃煤、燃油或燃气锅炉，纯粹利用工艺装置副产蒸汽发电并对外供热，减少了污染物排放，环境社会效益显著。余热发电装置的运行减少了企业运行成本、增加了企业效益，同时还减少了热用户配套自备电站的供热及供电量，自备电站规模相应减小，燃料等的消耗也减少，自备电站投资运行成本均降低。余热发电装置的选型需要根据全厂蒸汽平衡、装置用电量、经济性等因素综合考虑后确定，选型结果既要保证余热的有效回收利用，又要保证主装置及蒸汽管网的安全运行。本工程对余热发电的方案选择及效益评价进行分析和研究，对类似工程具有一定参考价值。

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[2] 王子鸣，王柏林，沈平.余热发电技术在硫酸装置中的应用与经济效益分析[J].电力需求侧管理，2005，7（5）：39-40.

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[4] 中国化石燃料大气污染物和CO2排放系数[R].中国煤炭企业100强分析报告，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

段永华（1983—），男，河南扶沟人，工程师，主要从事热工工艺设计工作。