HRS系统在硫磺制酸装置中的应用

李 游

[威顿(中国)化工有限责任公司，贵州福泉550501]

HRS系统在硫磺制酸装置中的应用

李 游

[威顿(中国)化工有限责任公司，贵州福泉550501]

介绍了硫磺制酸装置中扩建HRS系统的工艺原理及流程。对HRS系统的运行状况、存在问题及采取的应对措施作了详细描述。对系统优化、生产控制中注意事项也提出了建设性建议。通过不断地改进和优化，目前该HRS系统已稳定运行6年。

硫磺 硫酸生产 低温热能回收系统 运行 问题 改造

HRS技术是美国孟莫克公司开发的一项回收硫酸装置中干吸工序低温位热能生产低压蒸汽的节能技术，随着人们环保节能意识的增强，硫酸装置在增加了低温位热能回收系统后将成为现代意义上的能源工厂，能量回收率可提高20%。2011年底至2012年初为满足园区能源平衡需要，威顿(中国)化工有限责任公司在2套400 kt/a硫磺制酸装置上改造增加了HRS系统。改造是在装置区合适位置增加HRS系统替代原有的一吸塔，将替换下来的一个吸收塔改为尾气脱硫塔，合理安排了有限的装置空间，并最大限度减少了装置停工改造时间。

1 HRS工艺原理

硫磺制酸工艺包含三大步：硫磺焚烧、二氧化硫转化和三氧化硫吸收。整个过程均为放热反应，产生的热量分别占总热量的56%、19%和25%。前两步产生的热量为高、中温位热能，通过废热锅炉、蒸汽过热器及省煤器生产中压蒸汽。第三步在改造前的工艺为用80 ℃、w(H2SO4)98%硫酸来吸收三氧化硫，过程中产生的热量由循环冷却水移走。HRS系统就是针对这部分占比25%的低温位热能的回收而设计的一吸塔，用HRS锅炉取代传统工艺上的吸收酸冷却器来达到提高热能温位并加以回收的目的。但是要从HRS锅炉得到高能位的蒸汽必须提高循环酸温度，而酸温越高腐蚀性就越强，采用传统材料无法满足要求。孟莫克公司利用w(H2SO4)在99%以上时硫酸腐蚀性略有下降的特性，将硫酸的温度、浓度严格控制在一定的工况范围内，同时采用耐硫酸腐蚀专用合金ZeCor系列，实现了HRS系统在实际工程中的应用[1]。

2 HRS系统工艺流程

HRS系统工艺流程见图1。

含三氧化硫气体经过蒸汽喷射室后从HRS热回收塔底部进入，由塔顶排出。在塔内有上下两级不同规格的填料层，第一级填料层的上塔酸是202 ℃、w(H2SO4)>99%的硫酸，第二级填料层的上塔酸则与二吸塔上塔酸浓度相同，以确保总吸收率。热回收塔接收来自蒸汽喷射器的SO3气体，SO3气体向上流经第一级填料层与循环酸相接触，SO3被吸收；被冷却的气体与残余的SO3继续向上进入二级填料层，在那里几乎所有的SO3被循环酸吸收。来自第一、二级填料层的循环酸聚集在HRS塔底，由安装在泵槽上的立式离心泵送至卧式蒸汽锅炉，在锅炉中降温并产生0.8 MPa的饱和蒸汽。硫酸离开锅炉时分成两部分，大部分酸流经稀释器加水以维持酸浓，然后回到HRS 塔第一级进行循环再吸收；小部分酸则作为产品酸，进一步在HRS加热器中冷却，将热量通过加热器传递给HRS锅炉给水至约170 ℃，然后流入现有装置酸系统，与从干吸塔来的酸混合。

图1 HRS系统工艺流程

3 HRS系统运行情况

HRS系统在硫磺制酸装置运行中表现出较高的稳定性。热回收系统回收一转SO3气体生成硫酸时所产生的热量，包括反应热、稀释热以及工艺气体的显热。HRS工艺特点是在较高酸温下操作，不锈钢设备直接暴露在H2SO4中，因而对工艺操作更为敏感，必须维持在正常操作范围内。第一级上塔酸w(H2SO4)经过蒸汽喷射和稀释器加水可以很稳定地保持在99.0%～99.3%，酸浓波动幅度在0.1%以内；上塔酸温与锅炉控制的蒸汽压力相关，一般维持在0.65～0.80 MPa。约220 ℃的高温硫酸进入HRS锅炉，蒸汽由HRS锅炉产出，其中一小部分蒸汽会降压后返回到蒸汽喷射室进行蒸汽喷射，此蒸汽流量将随装置负荷相应变动。

4 HRS系统存在的问题

4.1 HRS蒸汽喷射器

HRS蒸汽喷射器烟气侧根部阀是316 L楔形不锈钢闸阀，此阀生产控制中发现内漏，导致不能达到切断的目的。经拆开检查，阀板、阀座密封面局部损坏，原因是此阀安装在烟气侧根部，位置偏高，为方便操作没有将阀门垂直安装，而是阀杆侧面安装，使楔形阀板密封面运行中拉出毛刺后内漏并加剧腐蚀，引发泄漏增大。将新阀安装位置调整至垂直安装，并增加了阀门操作平台后使用顺畅，延长了阀门使用寿命。

HRS喷射器排冷凝酸管道冬季易发生冻结。HRS系统是因地制宜建设，排酸管道在根部阀后有一个弯头，再加上排酸管角度平缓，在冬季时容易出现冻结隐患，发现问题后进行整改，消除了存在的问题。

4.2 酸水逆温差联锁

HRS加热器的酸水逆温差系统设置了联锁跳车，在开停车过程中会出现酸水逆温差，不是因为硫酸泄漏至水侧，而是误动作引发系统跳停，因此酸水逆温差联锁需要优化设置，装置开停车过程才更加稳定。

4.3 HRS第一、二级吸收优化

HRS系统在建设时如条件允许，可考虑将第一，二级吸收分开设置在不同的塔内。

4.4 HRS酸浓检测

HRS酸浓检测是系统安全运行的关键之一，电导率检测仪设置了气体排空管道，需要经常维护检查其管道是否能够正常排气，一期装置出现酸浓检测波动较大，影响控制，甚至系统因为酸浓检测不稳定而跳车。气体排空管道不易检查，需对管道进行整改，以达到系统运行时能够检查是否排气正常；同时检测仪进出口阀门设置的开度大小也会影响检测的稳定性，需要操作时用心观察。

4.5 HRS锅炉排污罐积水

在系统运行中，锅炉排污时发现排污闪蒸罐摆动大，将排污罐支腿做加强，打开人孔后发现排污罐里面很多水未及时排出，找到原因后对排污罐底部出水管改进后，解决了排污罐的摆动问题。

5 HRS系统运行注意事项

5.1 除雾器运行

除雾器在原始安装及装置检修期间应安排专人检查除雾器的安装是否密封可靠，防止烟气从未密封好的除雾器元件法兰处及除雾器元件排酸的密封处泄漏逃逸而使进入冷热换热器的烟气酸雾超标。

)5.2 HRS系统联锁运行

HRS系统联锁设计全面考虑了系统安全运行以保证将工艺指标控制在正常操作范围内，用仪表控制保护HRS装置，因此操作人员对联锁的操作规程需了如指掌，对异常情况的处理要应变自如。HRS系统在适当的时候应经常对各联锁进行动作试验，否则一些关键阀门因为长期没有验证其动作效果而引发不必要的损失，尤其是排酸系统的泵、阀门可靠性检查。平时装置停车时对系统不经常操作的大小阀门进行手动操作试验，确保能够正常使用，比如各酸浓仪进出口阀在长期保持一个开度状态下使用，就造成阀门不能正常开关，甚至因此而使装置停止运行，引起不必要的损失。

6 结语

HRS系统已运行6年，充分挖掘了硫酸装置能源工厂的潜力， 其节能表现令人满意，进一步促进了制酸装置效益的最大化。

[1] 夏小勇. HRS技术在冶炼烟气制酸中的应用与实施[J].硫酸工业，2013(4)：23-26.

Application of HRS system in sulphuric acid plant

LIYou

[Wylton (China) Chemical Co., Ltd., Fuquan, Guizhou, 550501, China]

The principle and process of the HRS system in sulphuric acid plant is introduced. The overview of operation of HRS system, problems encountered during operation and the responses is described in detail. Constructive recommendations have been provided for the system optimization and key points for the system control. The HRS system has been in use under stable operation for 6 years through continuous system improvement and optimization.

sulphur; sulphuric acid production; low temperature heat recovery system, operation, problems, retrofit technology

2017-03-20。

李游，男，威顿(中国)化工有限责任公司助理工程师，从事生产管理工作。电话：13885458655；E-mail:liyou@wylton.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)06-0027-03