30万吨硫磺制酸省煤器的设计(附件)
省煤器是利用烟气热量加热给水的热交换器。烟气在管外自上而下横向冲刷管束，将热量传递给管壁；水在管内自下而上流动，吸收管壁放出的热量，使水的温度升高。省煤器由换热段与外壳体两大部分组成，其中换热段主要由弯曲的换热管组成，为了增大换热面积提高换热效果，本设备采用翅片换热管；外壳由钢板焊接而成。省煤器属于压力容器，压力容器内部和外部的压力差具有潜在的危险，在压力容器的发展历史上，许多安全事故都因为设计、制造、操作和使用不当而发生，因此压力容器受到严格的标准控制。在省煤器制造完成后需要对其承压部分的焊缝进行无损探伤，在防腐方面采用热管外加上套管的方式。关键词 省煤器，压力容器，热管换热，无损检测，防腐目 录
1 引言 1
2 总体设计方案 5
2.1 工况分析 5
2.2 整体结构设计方案 6
3 部件的设计 8
3.1 换热管的设计 8
3.2 壳体管板的设计 14
3.3 壳体壁板的设计 17
3.4 其他部件的设计 21
3.5 实验压力的计算 22
4 重要部件的焊接工艺与焊缝检测 23
4.1 焊接工艺 23
4.2 无损检测 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
在当今社会里，节能已成为继煤炭、电力、石油和天然气之后的“第五能源”。而在现在的工业锅炉的使用中普遍存在着热量利用率底下，排放烟气余热温度过高，以及烟气内污染环境气体含量过高等问题。锅炉的余热回收则是资源重复利用的途径之一。
1．1 硫磺制酸余热回收背景分析
硫酸是化学工业重要的产品之一，是化学工业的基础原材料。它广泛应用于轻工、冶金、纺织、有色金属、化学医药、石油、国防军工等各种工业生产部门。硫酸生产过程均为放热反应，用硫磺、硫铁矿等原料制造SO2气体可产生高温热能，炉气温度可达850-1100OC。从以往的生产经验来看，每生产一吨的硫酸所产生高温余热可生产1.1-1.3t蒸汽。而在转化阶段，主要是中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1．1 硫磺制酸余热回收背景分析
硫酸是化学工业重要的产品之一，是化学工业的基础原材料。它广泛应用于轻工、冶金、纺织、有色金属、化学医药、石油、国防军工等各种工业生产部门。硫酸生产过程均为放热反应，用硫磺、硫铁矿等原料制造SO2气体可产生高温热能，炉气温度可达850-1100OC。从以往的生产经验来看，每生产一吨的硫酸所产生高温余热可生产1.1-1.3t蒸汽。而在转化阶段，主要是中等温度余热。每转化完一次到吸收塔的转化气温度大约在400OC。如果能利用好这部分的余热，据以往的生产实践，每生产 1t 硫酸约可产生 0.2t 蒸汽。在两次转化工艺中，这部分中温余热已转移到酸吸收系统的低温余热中。在余热回收系统中低温余热的回收利用主要在干吸系统。以常规的硫磺制酸装置计算，目前生产每吨产品可向外提供的能量为 2650-2980MJ，折标准煤90-100kg。
1．2 国内、外硫磺制酸余热回收的主要技术手段
在硫磺制酸生产过程中，从硫磺燃烧生成二氧化硫、再把二氧化硫催化与氧化生成三氧化硫到三氧化硫被水吸收生成硫酸的各步化学反应均为放热反应，三步总体的反应热约500KJ/mol硫酸。除了制酸装置自身散热﹑排气等的热量损失外，其余的热量在理论上均可回收利用。高温废热占总热量的大部分，低温废热占总热量的 20%-30%。通常，设置火管或水管废热锅炉回收高温废热生产蒸汽，蒸汽用于发电或直接应用；设置省煤器与过热器等设备来回收中温废热，将中压饱和蒸汽转变为过热蒸汽和加热锅炉给水，提高了蒸汽的品质和产率。经过长期从事硫酸生产余热回收利用的研究，增强硫磺制酸生产余热回收的技术手段有以下几点[10]：
表1-1国内硫磺制酸余热回收技术手段
余热回收项目
加强针对高中温位热能的回收利用
利用二氧化硫转化所放出的部分热量来预热进入转化器的SO2，使其达到一定的反应温度
减少能量的转换来提高能量的利用效率
余热回收相关技术手段
硫磺制酸和硫铁矿制酸装置都要设置废热锅炉，回收含硫原料燃烧以及二氧化硫气体转化过程中产生的高中温位热能，通过废热锅炉产生蒸汽进行供热和发电
设置省煤器与过热器等设备回收中温废热，将中压饱和蒸汽转化为加热锅炉给水和过热蒸汽
采用蒸汽透平代替电动机驱动空气鼓风机，背压汽送蒸汽管网
表1-2国外硫磺制酸余热回收技术手段
余热回收项目
加强针对高中温位热能的回收利用
利用二氧化硫转化所放出的部分热量来预热进入转化器的SO2，使其达到一定的反应温度
减少能量的转换来提高能量的利用效率
针对低温位热能的回收利用
余热回收相关技术手段
硫磺制酸和硫铁矿制酸装置都要设置废热锅炉，回收含硫原料燃烧以及二氧化硫气体转化过程中产生的高中温位热能，通过废热锅炉产生蒸汽进行供热和发电
设置省煤器与过热器等设备回收中温废热，将中压饱和蒸汽转化为加热锅炉给水和过热蒸汽
采用蒸汽透平代替电动机驱动空气鼓风机，背压汽送蒸汽管网
开发的HRS低温位热能回收系统能够更加有效回收低温位热能，提高热能回收率
1．3 硫磺制酸余热回收系统
1.3.1 热回收系统一
焚硫炉出口和一段转化出口分别设一台低压锅炉1和2,三段转化冷热换热器后设省煤器2,四段转化出口设低压锅炉3和省煤器1,流程见图1-1。
图1-1第一类余热回收系统
此热回收系统更适用于中小型的装置,优点是:投资省见效快。缺点是:锅炉数量多导致运行管理难度相对大,而且必须有饱和蒸汽用户[1]。
1.3.2 热回收系统二
焚硫炉出口处设一次中压或中压锅炉1,一段转化出口设蒸汽过热器,其余如同热回收系统一,具体见图1-2。
图1-2第二类余热回收系统
这种余热回收系统也只适用于中小型装置,其优点是:产生的次中压或中压蒸汽可以用于发电或热电联产,四段转化出口锅炉2产生的低压蒸汽用于熔硫保温和除氧。其缺点是:锅炉的数量依然较多,运行与管理难度较大[1]。
1.3.3 热回收系统三
这种热回收系统是将各部分的热量合理的组合在一起产一个压力等级的蒸汽(一般是中温中压蒸汽),常见流程见图1-3。焚硫炉出口设一中压锅炉,一段转化出口设一高温过
1 引言 1
2 总体设计方案 5
2.1 工况分析 5
2.2 整体结构设计方案 6
3 部件的设计 8
3.1 换热管的设计 8
3.2 壳体管板的设计 14
3.3 壳体壁板的设计 17
3.4 其他部件的设计 21
3.5 实验压力的计算 22
4 重要部件的焊接工艺与焊缝检测 23
4.1 焊接工艺 23
4.2 无损检测 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
在当今社会里，节能已成为继煤炭、电力、石油和天然气之后的“第五能源”。而在现在的工业锅炉的使用中普遍存在着热量利用率底下，排放烟气余热温度过高，以及烟气内污染环境气体含量过高等问题。锅炉的余热回收则是资源重复利用的途径之一。
1．1 硫磺制酸余热回收背景分析
硫酸是化学工业重要的产品之一，是化学工业的基础原材料。它广泛应用于轻工、冶金、纺织、有色金属、化学医药、石油、国防军工等各种工业生产部门。硫酸生产过程均为放热反应，用硫磺、硫铁矿等原料制造SO2气体可产生高温热能，炉气温度可达850-1100OC。从以往的生产经验来看，每生产一吨的硫酸所产生高温余热可生产1.1-1.3t蒸汽。而在转化阶段，主要是中 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1．1 硫磺制酸余热回收背景分析
硫酸是化学工业重要的产品之一，是化学工业的基础原材料。它广泛应用于轻工、冶金、纺织、有色金属、化学医药、石油、国防军工等各种工业生产部门。硫酸生产过程均为放热反应，用硫磺、硫铁矿等原料制造SO2气体可产生高温热能，炉气温度可达850-1100OC。从以往的生产经验来看，每生产一吨的硫酸所产生高温余热可生产1.1-1.3t蒸汽。而在转化阶段，主要是中等温度余热。每转化完一次到吸收塔的转化气温度大约在400OC。如果能利用好这部分的余热，据以往的生产实践，每生产 1t 硫酸约可产生 0.2t 蒸汽。在两次转化工艺中，这部分中温余热已转移到酸吸收系统的低温余热中。在余热回收系统中低温余热的回收利用主要在干吸系统。以常规的硫磺制酸装置计算，目前生产每吨产品可向外提供的能量为 2650-2980MJ，折标准煤90-100kg。
1．2 国内、外硫磺制酸余热回收的主要技术手段
在硫磺制酸生产过程中，从硫磺燃烧生成二氧化硫、再把二氧化硫催化与氧化生成三氧化硫到三氧化硫被水吸收生成硫酸的各步化学反应均为放热反应，三步总体的反应热约500KJ/mol硫酸。除了制酸装置自身散热﹑排气等的热量损失外，其余的热量在理论上均可回收利用。高温废热占总热量的大部分，低温废热占总热量的 20%-30%。通常，设置火管或水管废热锅炉回收高温废热生产蒸汽，蒸汽用于发电或直接应用；设置省煤器与过热器等设备来回收中温废热，将中压饱和蒸汽转变为过热蒸汽和加热锅炉给水，提高了蒸汽的品质和产率。经过长期从事硫酸生产余热回收利用的研究，增强硫磺制酸生产余热回收的技术手段有以下几点[10]：
表1-1国内硫磺制酸余热回收技术手段
余热回收项目
加强针对高中温位热能的回收利用
利用二氧化硫转化所放出的部分热量来预热进入转化器的SO2，使其达到一定的反应温度
减少能量的转换来提高能量的利用效率
余热回收相关技术手段
硫磺制酸和硫铁矿制酸装置都要设置废热锅炉，回收含硫原料燃烧以及二氧化硫气体转化过程中产生的高中温位热能，通过废热锅炉产生蒸汽进行供热和发电
设置省煤器与过热器等设备回收中温废热，将中压饱和蒸汽转化为加热锅炉给水和过热蒸汽
采用蒸汽透平代替电动机驱动空气鼓风机，背压汽送蒸汽管网
表1-2国外硫磺制酸余热回收技术手段
余热回收项目
加强针对高中温位热能的回收利用
利用二氧化硫转化所放出的部分热量来预热进入转化器的SO2，使其达到一定的反应温度
减少能量的转换来提高能量的利用效率
针对低温位热能的回收利用
余热回收相关技术手段
硫磺制酸和硫铁矿制酸装置都要设置废热锅炉，回收含硫原料燃烧以及二氧化硫气体转化过程中产生的高中温位热能，通过废热锅炉产生蒸汽进行供热和发电
设置省煤器与过热器等设备回收中温废热，将中压饱和蒸汽转化为加热锅炉给水和过热蒸汽
采用蒸汽透平代替电动机驱动空气鼓风机，背压汽送蒸汽管网
开发的HRS低温位热能回收系统能够更加有效回收低温位热能，提高热能回收率
1．3 硫磺制酸余热回收系统
1.3.1 热回收系统一
焚硫炉出口和一段转化出口分别设一台低压锅炉1和2,三段转化冷热换热器后设省煤器2,四段转化出口设低压锅炉3和省煤器1,流程见图1-1。
图1-1第一类余热回收系统
此热回收系统更适用于中小型的装置,优点是:投资省见效快。缺点是:锅炉数量多导致运行管理难度相对大,而且必须有饱和蒸汽用户[1]。
1.3.2 热回收系统二
焚硫炉出口处设一次中压或中压锅炉1,一段转化出口设蒸汽过热器,其余如同热回收系统一,具体见图1-2。
图1-2第二类余热回收系统
这种余热回收系统也只适用于中小型装置,其优点是:产生的次中压或中压蒸汽可以用于发电或热电联产,四段转化出口锅炉2产生的低压蒸汽用于熔硫保温和除氧。其缺点是:锅炉的数量依然较多,运行与管理难度较大[1]。
1.3.3 热回收系统三
这种热回收系统是将各部分的热量合理的组合在一起产一个压力等级的蒸汽(一般是中温中压蒸汽),常见流程见图1-3。焚硫炉出口设一中压锅炉,一段转化出口设一高温过
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