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铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—1第五章余热发电5.1概述随着国内硫酸工业的持续发展和对环境保护要求的提高，硫磺制酸以其工艺简单、污染轻和废热回收率高等特点得到了迅猛发展，安全可靠充分合理地回收利用硫磺制酸工艺产生的热量，不仅标志制酸装置的技术水平，而且还决定着制酸装置经济上的生存能力。铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目（一期）工程设计规模为160kt/a电解锰以及320kt/a硫磺制酸装置。电解锰生产工艺流程中没有高品质热能可利用，而硫磺制酸装置生产中：焚硫工段有大量的～1015℃高温余热和转化工段有～410℃中温余热可以利用,如采用先进的余热发电技术，充分利用现有的余热资源，实现能源梯级利用，增加企业自发电量，有利于节能降耗和提升企业整体经济运行质量，而且带来了可观的节能效益、环境效益和社会效益，有利于企业的可持续发展。为满足制酸装置生产需要和充分合理地梯级利用硫磺制酸工艺产生的热量，余热发电系统配套建设有余热锅炉、余热发电机房和化学处理水站。5.2设计依据和设计原则5.2.1设计依据1、《工程咨询合同书》（2011）长咨字第06号；2、《小型火力发电厂设计规范》（GB50049-94）；3、《锅炉房设计规范》（GB50041－2008）；铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—24、《火力发电厂化学设计技术规程》（DL/T5068-2006）；5、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；6、《余热锅炉设计与运行》；7、院内相关专业提供的设计基础条件。5.2.2设计原则1、硫酸是连续生产，介质腐蚀性强，为了适应硫磺制酸工艺烟气量及烟气温度的变化，采用技术成熟、可靠，且经过其它大型制酸企业多年生产实践证明先进的工艺流程，确保高的开车率，且各项能耗、环保指标达到国内先进水平。2、烟气余热梯级利用，选择稳妥、可靠、效率高且自动化水平先进可靠的设备。3、严格执行国家的环保标准和相关政策法规，坚持清洁生产和污染治理以防为主、防治结合的方针，搞好废气、废水、粉尘、噪音的治理与达标排放，做到生产发展与环境保护相和谐。5.3余热回收方案硫磺制酸装置采用的“3+1”流程，硫磺焚烧及二氧化硫催化氧化为三氧化硫所释放的热量，除了炉气在两个吸收塔中所损失的热量外，其余的热量均为余热必须移出，可回收的余热包括以下几部分：1、焚硫炉出口～1015℃高温炉气冷却到～410℃进入一段转化。2、一段转化出口～607℃炉气冷却到～460℃进入二段转化。3、冷热换热器出口～254℃炉气冷却到～180℃进入一吸收塔。4、四段转化出口～441℃炉气冷却到～160℃进入二吸收塔。铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—3该工程硫磺制酸装置设计采用两条系列,160kt/a(～530t/d)单系列制酸装置额定工况设计回收的余热量～78000MJ/h。根据制酸装置生产的特点，设计流程见下图：拟在焚硫炉出口设余热锅炉,一段转化出口设高温过热器,冷热换热器后设省煤器II，四段转化出口设低温过热器及省煤器I。该热回收系统设计为1套锅炉系统，两只过热器和两只省煤器只是锅炉的部件，该方式不仅热回率高，而且便于运行和管理。原则性热力系统图详见：C2187SQ2-R-01。5.4余热锅炉的选型在余热锅炉系统的参数选择上，目前国内主要是产3.82MPa、450℃中温中压过热蒸汽，其次有产6.3MPa、485℃次高压过热蒸汽。虽采用次高压过热蒸汽参数发电，蒸汽循环热功效率提高，高温炉气来自焚硫炉转化器1234高温过热器低温过热器省煤器I省煤器II余热锅炉热热换热器冷热换热器中压过热蒸汽至汽轮发电机房中压锅炉给水汽轮发电机房来去第一吸收塔第一吸收塔来去第二吸收塔铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—4单位发电用汽量可减少～7%，但考虑到该系统的产汽规模不大，且从设备和管件投资，以及运营和管理等角度综合经济性分析，设计余热锅炉系统采用产3.82MPa、450℃中温中压过热蒸汽参数较合理。在焚硫炉出口余热锅炉的选型上有两种型式，一种是水管锅炉，另一种是火管锅炉。水管锅炉在硫铁矿制酸装置上的应用较早，产品也较成熟，但硫磺制酸不同于硫铁矿制酸，硫磺制酸无净化工段，炉气含尘量较少，焚硫炉后就进转化器，余热锅炉一旦漏水，将使转化变为湿转化，大量的水蒸汽一方面使三氧化硫吸收过程恶化，另一方面炉气的露点将会大大的提高，结露生成的硫酸的浓度大大的降低，从而加快了设备和管道的腐蚀；另焚硫炉烟气设计是～38KPa运行，要求硫磺制酸装置的锅炉不能漏水，同时又具有较高的承压能力。设计采用火管锅炉并有如下特点：1、在火管锅炉中烟气流速变化引起传热系数呈线性变化，即硫酸生产负荷变化锅炉出口烟气温度不变或波动很小，火管锅炉有极好的负荷适应性和运行可靠性。2、火管锅炉有较好的气密性。3、火管锅炉较水管锅炉结构简单，气体滞留区较少，故可防止酸冷凝。4、火管锅炉的设计、制造、安装和运行各个环节都比水管锅炉简单、便捷，且便于检修和开停车。综上所述：每套160kt/a单系列制酸装置设计配置1套3.82MPa、450℃中温中压余热锅炉系统，额定工况产汽量～24t/h，设计最大产汽量～29t/h，本工程共配2套。余热回收装置为露天布置，高、低温过热器受热面采用螺旋翅片管，为垂直烟道结构；省煤器为热管省煤器。铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—55.5热力系统除氧器除氧后的锅炉给水（104℃），进电动给水泵加压后依次通过省煤器I、省煤器II加热后送至余热锅炉汽包内，由汽包下降管引入焚硫炉后的火管余热锅炉中，锅炉中产生的饱和蒸汽再经过低温过热器和高温过热器后加热到450℃，产出的中温中压过热蒸汽送往余热发电机房的汽轮发电机组发电。5.6蒸汽用户本工程电解锰和硫磺制酸工艺生产工作制为300d/a，24h/d，三班制连续生产。各用蒸汽用户点额定工况耗汽量具体见表5-1。表5-1蒸汽用户点额定工况耗汽量表序号用户名称蒸汽参数用气量每天用汽时间1熔硫保温0.7MPa（a），185℃6.4t/h24h2阴极板烘干0.4MPa（a），185℃20t/h8h3生活用汽0.4MPa（a），185℃1.6t/h24h4除氧器0.4MPa（a），185℃5.4t/h24h5合计0.7MPa（a），185℃6.4t/h24h0.4MPa（a），185℃27t/h24h0.4MPa（a），185℃20t/h8h考虑到制酸装置在开机前需投油烘炉,烘炉炉温度达到500℃,在该工况下余热锅炉可产蒸汽供给熔硫保温工段，因此该项目不设启动锅炉。5.7余热发电机房设计方案5.7.1发电系统铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—6由于工艺生产中蒸汽用户的要求，以稳定供应低压蒸汽，保证制酸装置安全、稳定、连续生产为主的原则设计发电系统。该工程设计制酸装置为两个独立系列，且建设工期不同步，单系列配套余热锅炉系统额定工况产蒸汽～24t/h，考虑到工艺生产的负荷波动性,设计最大工况产蒸汽～29t/h，选用2台C6-3.43/0.981（6MW）抽汽凝汽式汽轮发电机组。汽机设调整抽汽口（0.981MPa）供蒸汽用户。同时设1套减温减压装置，以便汽轮机检修时提供饱和蒸汽给热用户。考虑到电解锰阴极板烘干工段每天仅8h需要20t/h（0.4MPa(a)，185℃），其它时段抽汽量很小，发电负荷可大幅度增加，设计考虑了最大抽汽工况和最小抽汽工况，各工况发电量具体见表5-2。表5-2各工况发电量表序号产汽工况最大抽汽发电功率最小抽汽发电功率日平均发电功率1#汽轮机额定产汽工况3151kW/h4200kW/h3850kW/h最大产汽工况4084kW/h5132kW/h4783kW/h2#汽轮机额定产汽工况3151kW/h4200kW/h3850kW/h最大产汽工况4084kW/h5132kW/h4783kW/h合计额定产汽工况6302kW/h8400kW/h7700kW/h最大产汽工况8168kW/h10264kW/h9566kW/h热平衡图详见：C2187SQ2-R-02、C2187SQ2-R-03。5.7.2余热发电机房设备布置余热发电机房长51m，主跨为15m，附跨7m。汽机纵向布置在主跨，运行层标高为7m。配电室布置在附跨零米层。附跨4.2m层为电缆层；7m层为运转层，设动力系统集中控制室等辅助用房；11.5m层为除氧层，设除氧器两台。余热发电机房布置详见余热发电汽机间布置图。铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—75.8化水处理站设计方案本工程化学水处理的原水为来厂区工业水系统的供水，因缺原水水质分析报告，暂按周边工程水质情况进行设计。5.8.1水汽质量标准水汽质量标准依据《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》（GB12145-2008）设计。蒸汽质量标准（3.8～5.8MPa）：Na+≤15μg/kg（磷酸盐处理）SiO2≤20μg/kg铜≤5μg/L铁≤20μg/L锅炉给水质量标准（3.8～5.8MPa）硬度≤2.0μmol/L溶氧≤15μg/L铁≤50μg/L铜≤10μg/LpH（25℃）8.8～9.2油≤1.0mg/L锅炉炉水质量标准（3.8～5.8MPa）单段蒸发（磷酸盐处理）磷酸根5～15mg/LpH（25℃）9.0～11根据锅炉水汽品质要求，设计补给水水质为：硬度≤2.0μmol/L电导率≤5μs/cm(25℃)SiO2≤20μg/L5.8.2化水处理站系统铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—8锅炉给水采用二级除盐水，原水经多介质过滤器→活性炭过滤器处理后清水→精密过滤器→一级反渗透→pH调节→中间水箱→阴阳树脂混床→除盐水箱→用水点。虽余热锅炉和发电机房正常运行情况下，只需补充除盐水～20t/h。但如发电机房汽轮机发生故障情况下，为保证制酸装置连续稳定运行，设计两台余热锅炉最大产汽工况需补充除盐水～60t/h。考虑到贵州地区水质硬度高，厂区水源地植被茂盛，植物腐烂释放出有机物质较多，且冬、夏季水质变化较大等因素的影响，设计一定的预留，化水处理站暂按额定总出力能力80t/h设计。5.8.3化水处理站设备布置设备布置于新建化学水车间室内，各水箱布置于室外，化学水车间尺寸为39m×15m。化水处理系统的过滤装置和反渗透成套设备及各类水泵等设备均采用并联运行方式布置。可根据补给水量的变化，灵活调整各设备的运行方式。化水处理站的端头还设有控制室、配电室和化验间等。5.9各系统主要设备选型及规格各系统主要设备选型及规格见表5-3。表5-3主要设备选型及规格序号设备名称及规格数量一余热锅炉系统1火管余热锅炉：4.20MPa，253℃，Q=23.5t/h，Qmax=28.5t/h2台2低温过热器：4.10MPa，325℃，Q=23.5t/h，Qmax=28.5t/h2台3高温过热器：3.82MPa，450℃，Q=24.0t/h，Qmax=29.0t/h2台4省煤器I：Q=24.0t/h2台5省煤器II：Q=24.0t/h2台6定排：DP-1.02台7连排：LP-0.852台铜仁地区(松桃)锰系列产品精深加工及配套项目(一期)工程可行性研究报告5—9续表5-3主要设备选型及规格序号设备名称及规格数量二余热发电机房1汽轮机：C6-3.43/0.9812台2发电机：QF-6-2，6000kW，10.5kV2台3锅炉电动给水泵：DG46-50X123台4锅炉汽动给水泵（备用）1台5减压装置：Q=15t/h，T=310℃/185℃2台6减温减压装置：Q=30t/h，T=450/185℃，P=3.82/0.981MPa1台三化水站1多介质过滤器：Φ30003台2活性碳过滤器：Φ28003台3卷板式反渗透器：Q=40t/h2台4混合离子交换器：Φ20002台