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2008年第4期8通用机械www.tyjx.net产业与市场GM论坛GMForumGMForum一、前言硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛使用于各工业部门，硫酸的产量常常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。硫酸主要用于生产磷肥。合成纤维、涂料、洗涤剂、制冷剂、饲料添加剂、石油精炼、有色金属冶炼，钢铁、医药和化学工业等，也都离不开硫酸。随着我国高浓度磷复肥和有色金属工业的发展，我国的硫酸工业也得到了迅速发展。2003年达到创记录的3371万t，产量超过美国位居世界第一。2006年我国硫酸产量5044万t，同比增长9.0%，其中硫磺制酸产量2233万t，同比增长13.1%；冶炼烟气制酸产量1163万t，同比增长18.6%；硫铁矿制酸产量1593万t，同比减产1.2%；其他原料制酸产量55万t，同比减少6.9%。截止到2007年9月，全国硫酸累计产量3957万t，同比增长10.2%。二、硫酸的工艺和生产方法1.硫酸的生产方法目前，工业上硫酸生产方法为接触法硫酸生产工艺，接触法硫酸生产工艺的核心是通过SO2气体与V2O5催化剂接触，使SO2转化为SO3。根据生产原料的不同，硫酸的生产方法有以下几种：硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸和硫酸盐（磷石膏、硫酸亚铁）制酸等类型。在接触法硫酸工艺生产过程中，有三个基本的化学反应和与之相联系的工序：SO2气体的制取；SO2的转化；SO3的吸收。（1）SO2气体的制取1）生产SO2气体的昀简单方法是燃烧熔融硫磺S+O2→SO2+Q，反应放出的高温位热能用于生产中高压蒸汽。2）SO2的第二个来源是焙烧硫化物矿石产生的烟气（硫铁矿制酸或冶炼烟气制酸）2FeS2+5O2+1/3O2→2/3Fe3O4+4SO2+Q或2FeS2+5O2+1/2O2→Fe2O3+4SO2+Q，反应放出的高温位热能同样用于生产中高压蒸汽。3）磷石膏（石膏）焦炭还原煅烧反应：2CaSO4+C→2CaO+2SO2+CO2。4）硫化氢与空气燃烧反应：H2S+O2+1/2O2→H2O+SO2+Q。（2）SO2的转化2SO2+O2=2SO3+Q，该反应是接触法硫酸生产工艺的核心，它是一个可逆放热反应，在V2O5催化剂的存在下，高于起燃温度时，反应得以进行。然而，随着反应的进行，气体温度升高，平衡向反应式左移，即阻止生成SO3。为了提高SO2转化为SO3的总转化率，必需使经过部分反应的气体通过数段催化剂床层，并且在气体从上一段床层流向下一段时进行中间冷却。（3）SO3的吸收转化工序生成的SO3，在填料吸收塔中被循环的浓硫酸（98.5%）吸收，从气体中除去。反应式SO3+H2O→H2SO4+Q。2．硫酸生产工艺流程（1）硫铁矿制酸经过原料工段处理过的硫铁矿原料，送入焙烧工序进行硫铁矿的沸腾焙烧，气体经废热锅炉回收热量再经旋风除尘器和电除尘器送入气体净化工序，经净化工序的气体进入干燥塔对气体进行干燥后送入转化工段，进行SO2的催化氧化，反应生成的SO3气体送吸收塔吸收产出硫酸，其流程图如图1所示。（2）硫磺制酸硫磺制酸以固体硫磺为原料，采东华工程科技股份有限公司副总工程师王颖硫酸生产工艺及通用机械设备2008年第4期9通用机械www.tyjx.net产业与市场GM论坛GMForumGMForum用快速熔硫、液硫过滤、液体硫磺燃烧、余热回收以及“3+1”两转两吸生产工艺（如图2所示）。为尽量利用液体硫磺焚烧产生的高温位热能和二氧化硫转化产生的中温位热能，在焚硫炉后设置中压火管废热锅炉，在转化工序一段触媒层后设置高温过热器，二段设置换热器，三段设置换热器和省煤器，四段设置低温过热器和省煤器。系统产生中压过热蒸汽并入蒸汽管网，可送至发电装置；大型装置空气风机多用蒸汽透平驱动。图1典型硫铁矿制酸工艺流程图1.硫铁矿分配皮带2.硫铁矿给料斗3.硫铁矿给料皮带4.焙烧空气风机5.焙烧炉6.废热锅炉7.旋风分离器8.电除尘器9.SO2吹出塔10.洗涤塔泵11.洗涤塔12.冷却塔13.冷却塔泵14.冷却塔酸冷器15.Ⅰ级电除尘器16.Ⅱ级电除尘器17.干燥塔18.干燥塔酸循环泵19.干燥塔酸冷器20.一吸塔21.一吸塔酸循环泵22.一吸塔酸冷器23.DFW加热塔24.二吸塔25.二吸塔酸循环泵26.二吸塔酸冷器27.成品酸吹出塔28.成品酸泵29.成品酸冷却器30.SO2主风机31.省煤器32.第Ⅲab换热器33.第Ⅰ换热器34.转化器35.第Ⅱ换热器36.第Ⅳab换热器37.排气筒～图2典型硫磺制酸工艺流程图1.快速熔硫槽2.沉降槽3.粗硫槽4.粗硫泵5.助滤剂槽6.助滤剂泵7.液硫过滤器8.液硫中间槽9.液硫中间泵10.精硫贮罐11.精硫地下槽12.精硫泵13.焚硫炉14.废热锅炉15.高温过热器16.低温过热器17.省煤器Ⅰ18.转化器19.热换热器20.冷换热器21.省煤器Ⅱ22.排气筒23.空气过滤器24.空气风机25.干燥塔26.干燥塔酸冷器27.一吸塔28.一吸塔酸冷器29.二吸塔酸泵30.循环酸槽31.干燥塔酸泵32.一吸塔酸泵33.锅炉给水预热器34.二吸塔35.成品酸冷却器36.成品酸泵37.成品酸地下槽14182008年第4期10通用机械www.tyjx.net产业与市场GM论坛GMForumGMForum三、硫酸装置的大型化和国产化国外硫酸装置总的趋势是单系统大型化。目前以硫磺为原料生产硫酸的昀大装置是美国孟莫克（MECS）设计的澳大利亚Anaconda公司的4400t/d；以铜冶炼烟气为原料生产硫酸的昀大装置，则首推德国奥托昆普（OUTOKUMPU）设计的澳大利亚Mt.Isa的4200t/d的装置；以硫铁矿为原料生产硫酸的昀大装置则是我国东华工程科技股份有限公司承担详细工程设计的贵州瓮福1200t/d两套装置。20世纪80年代后我国硫酸工业技术和装备有了较大进步，引进的国外一些技术和装备，为我国硫酸装置大型化、提高硫酸生产技术水平起到了重要作用。同时，结合我国丰富的硫酸工程设计经验，通过多年的不懈努力，我国硫酸装置从工艺流程和设备选择，已和国际接轨，大型化国产化装置总体技术经济指标和国外先进水平接近，装置投资大大节省。目前，国内已建成投产的昀大的硫铁矿制酸装置单系列能力达40万t/a（为世界之昀）；冶炼烟气制酸昀大规模为70万t/a；硫磺制酸装置为100万t/a（自行设计的硫磺制酸装置达88万t/a的能力）。据2005年对533家硫酸企业进行统计〔1〕，产量在50万t以上的企业有23家，其总产量占全国硫酸产量的35.6%；104家硫磺制酸企业中产量在40万t以上有16家，其总产量占全国硫磺制酸产量额55.9%；117家冶炼烟气制酸企业中产量在50万t以上的有5家，其总产量占全国冶炼烟气制酸产量的38.0%；334家硫铁矿制酸企业中大型装置相对较少，产量在20万t以上企业9家，其总产量占全国硫铁矿制酸产量20%；磷石膏制酸仅存山东鲁北1家，产量36万t。2005年各种原料制酸产量居前5位的企业见下表。生产装置的大型化是单位产品的投资额减少，劳动生产率提高，产品生产成本降低，规模经济效益特别明显。大型硫酸装置的技术应基于以下几方面的要求。1）硫酸是连续生产，介质腐蚀性强，因而所有技术和设备必须可靠，并且要便于操作和维修，以达到高开车率。2）所有技术有一定的先进性，必须在成熟可靠的基础上力求先进，原料利用率高，能耗低和污染要小。3）节约投资，立足于国产化。4）要满足环保、安全和卫生的要求〔2〕。不断提高，大型硫酸采用国产化工艺设计，适当引进目前国内和国外差距较大的触媒等，国产化设计已经达到世界先进水平。四、硫酸生产中的风机硫酸装置风机主要有以硫铁矿为原料的焙烧炉炉底风机；冶炼烟气制酸和硫铁矿制酸SO2鼓风机；硫磺制酸的空气风机等。大型装置中重点需要解决的是SO2鼓风机和硫磺制酸的空气风机。1．离心鼓风机（1）冶炼烟气制酸中的鼓风机〔3〕早期使用的烟气制酸工艺流程中的鼓风机主要为D460—11、D700—13等低速直联型离心鼓风机。D460—11离心鼓风机为开式90直叶片叶轮，其主要设计思想为防止酸泥在叶轮上沉积；D700—13离心鼓风机为闭式后弯型叶轮，比D460—11提高了效率。到了20世纪七八十年代，S1000—11单级高速离心鼓风机应用于冶炼烟气制酸工艺中，并相继开发出S600—11、S800—11、S1200—11、S1400—11、S1800—11、S2450—11等系列，适用于年产3万～25万t冶炼烟气制酸工艺流程。其机组的基本形式为：S型鼓风机+变速机+液力偶合器+主电动机，采用液力偶合器主要是为满足冶炼烟气制酸工艺流程中烟气不均，为节能而设置的。S型鼓风机基本结构为：叶排名硫磺制酸硫铁矿制酸冶炼烟气制酸企业产量/万t企业产量/万t企业产量/万t1云南三环134铜陵化工57江西铜业982苏州精细100湖北楚星47铜陵有色963云南富瑞92广西鹿寨43云南铜业664鲁西化工87湖北黄麦岭37金川集团575贵州宏福86湖北祥云35葫芦岛有色522005年硫酸产量居前5位的企业及其产量大型化、国产化符合国家加快新型工业化道路进程，实施国家重大产业技术开发，以提高我国产业技术水平和核心竞争力的政策。国内对硫酸装置大型化的规律仍要不断地探索、总结，有些课题需继续研究、开发，设计理念还要2008年第4期11通用机械www.tyjx.net产业与市场GM论坛GMForumGMForum轮采用双进气闭式叶轮，其叶形为二元、后弯形叶形，叶轮运转线速度250m/s左右，材质为高强度不锈钢，主轴为35GrMo，叶轮与主轴的装配为过盈装配，转子设计为刚性轴转子，其工作转速低于一阶临界转速；机壳为水平中分式，除S2450—11外（其为型材焊接机壳），均为铸造机壳，气体密封形式为：叶轮口圈密封为梳齿式密封，轴端密封为梳齿式密封加充气密封；变速箱体为铸造箱体，齿轮为圆弧齿形齿轮，支撑轴承均为椭圆瓦轴承，采用强制润滑方式润滑，高位油箱用于事故停车；仪表除可配置一、二次仪表外，还可在鼓风机主轴上加设非接触式轴振动探头。（2）硫磺制酸中的鼓风机20世纪90年代后，硫磺制酸的发展要求风机从烟气制酸离心鼓风机的防腐、频繁调速运行向高效率、大流量和高压比发展，硫磺制酸生产能力从20万t/a发展到60万～80万t/a。20万t/a采用S2600—11，40万t/a采用S3500—11，60万t/a采用S4600—11，80万t/a采用S5500—1*。S3500—11及S4600—11采用了闭式、双进气和三元叶轮，轴系设计为柔性轴，工作转速在其一阶临界转速之上，其主拖动机为汽轮机，同时在鼓风机进口处也设置了调节装置，使得其流量调节范围更加宽广，机壳采用型材焊接结构。气体密封形式为：叶轮口圈密封为梳齿式密封，轴端密封为梳齿式密封加充气密封；机组配有进口调节装置；支撑轴承均为椭圆瓦轴承，采用强制润滑方式润滑，高位油箱用于事故停车。80万t/a硫磺制酸选用S5500—1*离心鼓风机，其本体为双吸入单级双支撑结构。利用联轴器将鼓风机与汽轮机联接成整体传动。鼓风机的进口、出口均为矩形，位于定子两侧，方向均为水平，便于安装与检修。鼓风机备有高位油箱供鼓风机突然停电时轴承润滑用。鼓风机叶轮采用高效三元双吸叶轮，效率高，节能。S5500—1*离心鼓风机转子采用意大利新比隆公司的技术进行设计、制作，技术先进，安全系数高和运转更加稳定。主要材料叶轮：FV520BS，主轴：40NrCrMo7，风机壳体：碳钢型材、轴承拉别令密封：ZL104、轴承箱体：HT250，轴承体：25钢，鼓风机底座：Q235—A。2．轴流风机硫磺制酸的轴流风机是陕西鼓风机（集团）有限公司的特色。典型业绩有云南富瑞一期80万t/a硫酸AV80轴流鼓风机组（设于干燥塔后）和贵州西洋肥业60万t/a硫酸AV71轴流鼓风机组（设于干燥塔后）。AV80轴流鼓风机组设于塔后，有效利用系统产生的能力，是一种能量回收机组。在机组设计中着重解决以下问题〔4〕：1）主风机组正常运行是负荷范围是70%～105%，开车时