硫磺制酸余热锅炉连排污水回用技改实践

刘祥蒽，陈仕学，龙春花

（威顿达州化工有限责任公司，四川达州 653000）

威顿达州化工有限责任公司（以下简称威顿达州）有2套硫磺制酸装置，一期800 kt/a装置于2011年投产，二期400 kt/a装置于2014年投产，两套装置均为“3+1”二转二吸制酸工艺，并配套有低温位热回收系统（HRS）及氨法尾气脱硫系统，原料为液体硫磺，脱盐水、循环水、仪表空气和电等由基地集中供应。

硫酸装置的中压余热锅炉和低压余热锅炉（HRS锅炉）每小时均需要排出一定量的污水，而HRS稀释器每小时需要补充一定量的脱盐水。经过研究设计，威顿达州采取技术措施将中压余热锅炉和低压余热锅炉连排污水回收，用于HRS稀释器补水，相应地提高了装置的蒸汽产量，减少了脱盐水的消耗和污水的排放。

1 方案设计

1.1 锅炉连排污水简介

从中压余热锅炉排出的污水为4.0 MPa、250 ℃的中压饱和水，中压饱和水经过连排膨胀器闪蒸回收蒸汽后排出0.5 MPa、152 ℃的低压饱和水，低压饱和水再经过定排膨胀器闪蒸后形成常压约99 ℃的水排放。

从HRS锅炉排出的污水为0.5 MPa、152 ℃的低压饱和水，低压饱和水经过排污膨胀器闪蒸后形成常压约99 ℃的水排放。

1.2 锅炉连排污水量及主要成分

1.2.1 锅炉连排污水量

由于中压余热锅炉和HRS锅炉的给水均是二级脱盐水，所以4台锅炉的排污率均控制在2%。根据锅炉的额定蒸发量核算出4台锅炉的连排污水量约为4.5 t/h，具体情况见表1。

表1 锅炉连排污水量情况

1.2.2 锅炉连排污水主要成分

经取样测定，锅炉连排污水中ρ（PO43-）≤15 mg/L，ρ（Cl-）≤0.1 mg/L，PO43-和Cl-被带入HRS稀释器不会增大HRS系统的设备腐蚀率，也不会影响产品硫酸的质量。

1.3 HRS稀释器的稀释水量

HRS稀释器是HRS的一台关键设备。除氧水经低压余热锅炉给水泵加压后送进HRS稀释器，稀释水在HRS稀释器中与HRS一级酸进行混合，以控制HRS一级循环酸浓度。

一期800 kt/a装置和二期400 kt/a装置的稀释水量设计值分别为12 t/h和6 t/h，从装置水平衡上来看，硫磺制酸装置的HRS稀释器能够消耗掉2台锅炉的连排污水。

1.4 HRS稀释器加水水压要求

HRS稀释器加水的压力设计值为大于0.4 MPa，从中压余热锅炉连排膨胀器排出的低压饱和水压力为0.5 MPa，从HRS锅炉排出的低压饱和水压力也为0.5 MPa，两股连排水压均大于0.4 MPa，因此锅炉连排污水的压力满足HRS稀释器的加水水压要求。

1.5 锅炉连排污水回收技术措施

通过研究分析，威顿达州在中压余热锅炉连排膨胀器、HRS锅炉和HRS稀释器之间新增管道、阀门和喷射器等设备设施，将锅炉连排污水作为补水回用于HRS稀释器，采取的主要技术措施有：

1）利用连排水其自身的压力输送至HRS稀释水管的喷射器处，无需新增输送泵。

2）在中压余热锅炉和HRS锅炉的连排污水管上各安装1个污水回收开关阀和1个污水排放开关阀。当需要回收连排污水时，打开污水回收开关阀，同时关闭污水排放开关阀。

3）在进入HRS稀释器的水管上安装1台喷射器，将连排污水与HRS锅炉给水泵送来的稀释水混合。

4）为控制连排污水的量，在污水回收开关阀前安装节流孔板，以防止连排污水量过大影响HRS稀释器加水。

锅炉连排污水回用流程示意见图1。

图1 锅炉连排污水回用流程示意

2 运行情况

中压余热锅炉和HRS锅炉连排污水回用1年多以来，装置整体运行平稳，节能减排效果明显，具体情况如下：

1）对余热锅炉和HRS锅炉连排污水没有明显影响。

2）HRS稀释器振动没有增加，声音略有增大。

3）大修时检测HRS稀释器出口的酸管壁厚没有发现异常腐蚀。

4）进HRS稀释器的水温从104 ℃上升到约116 ℃，该温度下在0.2 MPa的稀释器中不会产生闪蒸，即使在加水管中产生部分蒸汽，也不影响液体硫酸对蒸汽的吸收，只是加水管会产生轻微振动。

5）制酸装置每吨硫酸的产汽量从1.60 t上升到1.61 t，脱盐水单耗从1.92 t下降到1.89 t，同时每年减排污水约37.8 kt。

3 回收热量估算

中压余热锅炉和HRS锅炉连排污水的热量被回收到一级循环酸之后再传热至HRS锅炉回收，同时可减少HRS预热器及除氧器加热脱盐水的蒸汽量。回收锅炉连排污水的热量可使HRS锅炉多产蒸汽，一期和二期制酸装置回收热量估算见表2。

表2 回收热量估算

HRS锅炉的热效率按90%，0.5 MPa蒸汽的热焓按2 752.8 kJ/kg计，一期和二期硫磺制酸装置4台锅炉的连排污水输送到HRS稀释器后，可让装置多回收热量约2 878 200 kJ，多产蒸汽约1 t/h。

4 安全风险分析

制酸装置正常运行时，锅炉的连排污水回用于HRS稀释器的安全风险较小。为防止制酸装置停车后忘记关闭污水回收开关阀，导致污水进入HRS稀释器形成稀酸腐蚀设备，在DCS上设置安全联锁，即主装置停车触发联锁关闭中压余热锅炉和HRS锅炉的污水回收开关阀，以减少安全风险。

5 经济效益估算

中压余热锅炉和HRS锅炉连排污水回用增加了蒸汽产量，减少了脱盐水的用量和污水排放量，一期和二期制酸装置年运行时间按350 d计，两套装置增加的蒸汽产量为1 t/h×24 h/d×350 d/a=8 400 t/a，减少使用脱盐水和减排污水的量为4.5 t/h×24 h/d×350 d/a=37 800 t/a。蒸汽价格按200元/t、脱盐水价格按5元/t、污水处理费按1元/t计，可产生经济效益约190万元/a。

锅炉连排污水回用项目的投资包括设计费、材料费和施工费等，一期和二期制酸装置改造总费用约20万元，改造后约40 d即可收回全部投资。

6 结语

将中压余热锅炉和低压余热锅炉的连排污水回收用于HRS稀释器的优化设计方式，改造工程量小，投资小，运行风险小，既不影响锅炉的连排和HRS稀释器的运行，又可多产蒸汽，减少脱盐水用量及污水排放量，是一项有效的节能减排措施，对于带HRS的硫酸生产装置具有借鉴意义。