硫酸镁溶液浓缩结晶技术方案.docx
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硫酸镁溶液浓缩结晶技术方案
*****热电厂
硫酸镁溶液浓缩结晶分离干燥包装项目
设计方案
****环保工程有限公司
二○一四年
●项目名称：
硫酸镁溶液浓缩结晶分离干燥包装工程
●项目负责人
●项目联系人：
●设计主师：
●方案编写：
●方案审核：
●电话：
025-
●传真：
025-
●E-mail:
●地址：
●邮编：
一、设计依据
1.《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局1999年
2.《钢制压力容器》GB150
3.《钢制压力容器-分析设计标准》JB4732
4.《压力容器法兰》JB4700～4707
5.《衬里钢壳设计技术规定》HG/T20678
6.《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG20592～20635
7.《钢制人孔和手孔》HG/T21514～21535
8.《不锈钢人、手孔》HG21594～21604
9.《钢制压力容器用封头》JB/T4746
10.《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709
11.《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708
12.《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》JB4744
13.《承压设备无损检测》JB/T4730.1～.6
14.《压力容器用钢锻件》JB4726～4728
15.《补强圈》JB/T4736
16.《鞍式支座》JB/T4712
17.《腿式支座》JB/T4713
18.《支承式支座》JB/T4724
19.《耳式支座》JB/T4725
20.《压力容器波形膨胀节》GB16749
21.《钢制压力容器焊接规程》JB/T4709
22.《压力容器涂敷与运输包装》JB/T4711
23.《压力容器波形膨胀节》GB16749
24.《压力容器安全技术监察规程》（劳锅字（1990）8号）
《压力容器设计单位资格管理与监督规则》（劳锅字（1992）12号）
25.《压力容器无损检验》JB4730
26.《压力容器油漆、包装、运输》JB2532
27.《钢制化工容器设计基础规定》HG20580
28.《钢制化工容器材料选用规定》HG20581
29.《钢制化工容器强度计算规定》HG20582
30.《钢制化工容器机构设计规定》HG20583
31.《钢制化工容器制造技术要求》HG20584
32.《板式换热器》GB1649
33.《换热器学会标准—蒸汽表面冷凝器标准》HEI
34.《管式换热器制造商学会标准》TEMA
35.《管式换热器》GB151
二、设计原则
1.设计方案力求工艺简洁，方法原（机）理清晰明了；
2.处理系统具有灵活性和操作弹性，以适应料液成分、流量的变化；
3.设计方案力求达到工艺先进、运行稳定、管理简单、能耗低、维修方便等特点；
4.设备布置时，要满足工艺流程顺序，保证水平方向和垂直方向的连续性，尽量缩短工艺管线，同时还要兼顾物流通道、安全出入口、检修空间、自然采光和通风；在高程布置上充分利用位差，以节省动力设备及费用；凡属相同的设备或同类型的设备或操作性质相似的有关设备尽可能布置在一起，这样可以统一管理，集中操作；
5.设备选型尽量选用高效节能型通用产品，运行稳定可靠、管理方便、维修维护工作量小、价格适中；动力设备尽量选用低噪声型，并适当采取消声、减振措施，防止噪音污染。
6.管道布置要做到安全可靠、经济合理、整齐美观，并满足施工、操作、维修等方面的要求，不能妨碍设备、机泵及其内部构件的安装、检修和物流通道的车辆通行；管道尽量做到集中成排布置，地上的管道应敷设在管架或管墩上，如需埋地敷设，管道不得采用螺纹和法兰连接；管道布置应使管系具有一定柔性，在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出允许值的情况下，应用最少的管道组成件，最短的长度将管道连接起来，并尽量减少焊缝；管道布置尽量做到“步步高”或“步步低”，以减少气袋或液袋，不可避免时应根据操作、检修要求设置放气管、排液管和切断阀；尽量减少管道“盲肠”；法兰的位置要避免位于人行通道或机泵上方；管道穿过建筑物的楼板、房顶或墙面时要加套管，套管与管道间的空隙要密封，管道上的焊缝不应在套管内，并距套管端部不应小于150mm。
套管应高出楼板50mm,管道穿过屋顶时应设防雨罩。
三、设计参数
1.物料类型：
硫酸镁溶液
2.料液成份及水量：
项目
单位
煤质1
煤质2
煤质含硫量
%
1.8
3
1#炉耗煤量
t/h
15.4
15.4
2、3#炉耗煤量
t/h
23.2
23.2
1#塔MgO的耗量
t/h
0.29
0.48
1#塔MgSO4·7H2O的生成量
t/h
1.01
1.69
1#塔15%MgSO4·7H2O的含量
t/h
6.73
11.27
1#脱硫塔蒸发去的水的量
t/h
0.2
0.2
1#三效蒸发去除的水量
t/h
5.72
9.58
1#需要补充的水分
t/h
5.92
9.78
2#塔MgO的耗量
t/h
0.43
0.72
2#塔MgSO4·7H2O的生成量
t/h
1.53
2.54
2#塔15%MgSO4·7H2O的含量
t/h
10.20
16.93
2#脱硫塔蒸发去的水的量
t/h
0.3
0.3
2#三效蒸发去除的水量
t/h
8.67
14.39
2#需要补充的水分
t/h
8.97
14.69
由此得出设计数据如下：
每小时蒸发量为24吨，每小时七水硫酸镁的产量为4.23吨。
3.出料成份及量：
项目
产量（T/h）
温度（℃）
含水量（％）
七水硫酸镁
4.2
≤50
≤1
4.工艺技术要求：
（1）装置的设计必须考虑物料特性，保证装置的机械清洗周期大于10天；同时还要保证蒸发器蒸发室内有足够的高度，防止物料雾沫夹带引起的冷凝水水质超标。
（2）防冻措施：
本装置需考虑必要的防冻措施及停运时的防冻措施，以保证各单元处理设施冬季正常运行。
（3）本装置汽耗比不大于0.4。
5.运行方式：
本方案设计按年工作日330天，24小时连续运行，处理能力为24T/h。
四、设计范围
1．处理装置工艺流程、工艺高程和各处理单元设计。
2．装置平面布置、设备选型、布置和控制设计。
3．装置界区外1.00m以内的所有工艺管道和线路设计。
4．装置界区供配电线路及进出水管线（网）不在设计范围之内。
五、工艺设计选择依据
由于每小时的处理量较大，选用三效蒸发浓缩装置，降低蒸汽消耗量。
三效蒸发器采用外加热式强制循环，（真空）与负压蒸发方式，具有蒸发速度快，浓缩比重大。
采用三效同时蒸发，二次蒸汽得到反复作用，既节省了锅炉的投资，又节约能源消耗，耗能与单效蒸发相比可降低70%以上。
母液利用进料泵首先进入一效加热器底部，其流量由进料泵控制，料液从加热器经由喷管喷入一效蒸发器，重组份由弯道回到加热室，再次受热又喷入分离室形成循环。
料液喷入蒸发室时成雾状，水分迅速蒸发，高效。
利用真空送至二效循环蒸发、三效加热室强制循环蒸发，当物料达到所需浓度，开启出料泵出料。
一效加热器的热量由锅炉房供给。
一效蒸发室顶部产生的水蒸气，进入二效蒸发器壳层中供热。
二效蒸发室顶部产生的水蒸气，进入三效加热器壳层中供热。
三效蒸发室顶部接冷凝器连接，二次蒸汽被冷凝成冷凝水，定期排放到用户的脱硫系统。
工艺基理：
将加热蒸汽通入一蒸发器，则溶液受热而沸腾，而产生的二次蒸汽其压力与温度较原加热蒸汽（即生蒸汽）为低，但此二次蒸汽仍可设法加以利用。
在多效蒸发中，则可将二次蒸汽当作加热蒸汽，引入另一个蒸发器，只要后者蒸发室压力和溶液沸点均较原来蒸发器中的为低，则引入的二次蒸汽即能起加热热源的作用。
同理，第二个蒸发器新产生的新的二次蒸汽又可作为第三蒸发器的加热蒸汽。
这样，每一个蒸发器即称为一效，将多个蒸发器连接起来一同操作，即组成一个多效蒸发系统。
加入生蒸汽的蒸发器称为第一效，利用第一效二次蒸汽加热的称为第二效，依此类推。
产生循环利用，于多次重复利用了热能，显著地降低了热能耗用量，这样大大降低了成本，也增加了效率。
浓缩后的硫酸镁溶液进入结晶器，然后通过离心机分离出七水硫酸镁产品。
再通过干燥机干燥，达到含水量要求后，再进入包装机，包装成袋装成品。
技术特点：
该装置采用工业中最常用的三效顺流蒸发工艺，使溶液中的水分蒸发，达到浓缩的目的。
溶液流向与蒸汽流向相同，各蒸发器的压力逐效降低，因此各效间不需要用泵输送，而且前一效的溶液温度较后一效压力下溶液的饱和温度高，会产生自蒸发现象产生更多的二次蒸汽。
多效蒸发可以减少蒸汽消耗，进而降低操作费用。
分离设备采用全自动离心机，分离出的产品含水量低，自动化程度高。
采用流化床干燥机对产品干燥，达到国家标准要求。
再通过包装机，包装成袋装成品。
便于储存和销售。
六、工艺流程示意图
详见附图一《硫酸镁蒸发浓缩结晶分离干燥包装工艺流程》
七、工艺流程描述
硫酸镁溶液通过进料泵进入压滤机过滤后的溶液进入清液池，再通过进料泵经流量计计量后进入一效加热器，在一效蒸发器内进行蒸发，蒸发出的二次蒸汽供二效加热器使用，在真空的作用下，一效蒸发器浓缩后的溶液进入二效加热器再次加热并进入二效蒸发器进行蒸发，在二效蒸发过程中，考虑到有部分晶体析出，因此在二效蒸发器下部加装一台强制循环泵，避免结晶的物料粘附到加热管的内壁上。
氯化钠溶液经二次浓缩后进入三效蒸发器进行蒸发浓缩。
过饱和的料液通过出料泵泵入结晶器。
在结晶器内硫酸镁氯结晶完成后进入离心机分离出七水硫酸镁产品，分离出的母液返回蒸发系统再次蒸发浓缩。
分离出的七水硫酸镁，进入流化床干燥机，达到含水量要求后，通过输送机进入料仓，最后进入包装机，包装成袋装成品。
蒸发出的水和汽通过冷凝器后进入液封槽，再通过水泵排出，返到到脱硫系统中回用。
八、控制参数
一效加热器的蒸汽压力：
0.4Mpa，
一、二、三效蒸发器的蒸发温度分别为：
110～120℃、90～95℃、70～80℃，一、二、三效蒸发器的真空度分别为：
-0.02～0Mpa、-0.02～-0.04Mpa、
-0.04～-0.08Mpa。
九、主要设备简介
A：
蒸发浓缩设备
1）、加热器：
一、二、三效加热器为列管式加热器。
加热管规格为φ38，一、二、三效加热器管程及管板材质采用选用316L不锈钢，一、二、三效加热器壳程材质：
316L的不锈钢材料；
2）、蒸发器：
蒸发器采用316L不锈碳钢材料制作。
设有人孔、视孔、温度计、真空表等装置。
3）、预热器：
预热器为列管式预热器。
加热管规格为φ38，预热器的管程及管板材质采用选用316L不锈钢，预热器的壳程材质：
316L的不锈钢材料；
4）、进料泵：
采用材质为316L不锈钢的泵为进料泵。
5）、循环泵、出料泵：
循环泵、出料泵，要求密封良好，耐温，保证在负压状态下，能使高浓度物料或结晶物料连续出料工作，材质为316L不锈钢材料。
6）、冷凝器：
为列管式冷凝器。
冷凝器冷凝管规格为φ38，冷凝器管程及管板材质采用选用316L不锈钢，壳程材质：
316L不锈钢材料。
7）、液封槽和分离液罐：
采用316L不锈钢材料。
8）、真空机组：
采用的水环式真空泵。
9）、工艺配件：
工艺管道采用316L等材质。
10）、仪表：
所有压力、温度、真空用传感器检测，数字现场显示。
11）、采用DTB型结晶器，材料为316L不锈钢材料。
B：
分离设备说明：
采用双级活塞推料型离心机，实行连续进出料操作。
同时也减轻工人劳动强度。
C:
流化床干燥机:
1〉生产能力：
W1=4500Kg/h
2〉成品含水率：
ω2≤1.0%
D：
自动包装机：
采用316L不锈钢材料制造，自动称重、热合、缝包，每袋包装为50公斤，配套输送装置。
十、投资估算
1.直接费用估算
设备购置费单位：
万元
设备名称
规格
材料
数量
单价
总价
备注
A：
三效浓缩
进料泵
IH80
316L
2
1.0
2.0
一台备用
流量计
Q-20
316L
1
2.2
2.2
压滤机
XMZ200
增加聚丙烯
1
15.2
15.2
预热器
50㎡
316L
1
9.0
9.0
壳程316L
一效加热器
450㎡
316L
1
85.0
85.0
二效加热器
480㎡
316L
1
90.0
90.0
壳程316L
三效加热器
480㎡
316L
1
90.0
90.0
壳程316L
一效蒸发器
DN3000
316L
1
19.5
19.5
二效蒸发器
DN3000
316L
1
19.5
19.5
三效蒸发器
DN3000
316L
1
19.5
19.5
循环泵
SPP300
316L
3
7.0
21.0
出料泵
IH65
316L
2
0.7
1.4
一台备用
冷凝器
500㎡
316L
1
75.0
75.0
液封槽
2000L
316L
1
4.6
4.6
分离液罐
2000L
316L
1
5.6
5.6
返料泵
IH50
316L
2
0.6
1.2
一台备用
DTB结晶器
30000L
316L
1
38.5
38.5
冷凝器
100㎡
316L
1
17.0
17.0
循环泵
SPP300
316L
1
7.0
7.0
真空泵
2BV
2
4.5
9.0
一台备用
管道法法
316L
18.5
水泵
IH65
316L
2
0.7
1.4
一台备用
阀门
316L
9.4
仪表
2.5
现场
电控柜等
12.6
包括电线
B：
分离设备
离心机
HR400
316L
1
25.5
25.5
C：
干燥设备
干燥机
W4500
316L
1
42.0
42.0
包括除尘
输送机
WLF-8
316L
1
11.5
11.5
D：
包装设备
料仓
10000L
316L
1
8.5
8.5
自动包装机
W50
316L
1
12.2
12.2
E：
自控部分
流量计
AFX030
316L
1
3.8
3.8
温度传感器
WZP440
316L
3
0.5
1.5
压力变送器
EJA530A
316L
4
1.0
4.0
液位变送器
UHZ-FAOP
316L
4
1.0
4.0
调节阀
PJZLP-16
316L
6
1.2
7.2
PLC系统
西门子
主机
1
2.5
2.5
系统软件
1
3.5
3.5
仪表柜
1
8.5
8.5
操作平台
25.0
设备保温
8.5
项目总价
744.8
2.工程间接费用
间接费估算表
序号
项目
计费标准
金额
1
工艺研究及设计费
740×1.5%
11.1
安装费
740×4%
29.6
2
调试费
740×1.5%
11.1
3
设备运费
8.0
不可预见费
间接费
59.8（万元）
3．工程总投资
序号
项目
计费标准
金额
1
直接费
744.8
2
间接费
59.8
3
税费
工程总投资
804.6（万元）
十一、技术经济指标及运行成本
1.技术经济指标
序号
要求
规格配置
1
工程总造价
804.6万元
2
工程装机容量
200.0kw
3
最大运行功率
160.0kw
4
正常实际运行功率
160.0kw
5
工程占地面积
300m2
6
人员配置
三班制运转，每班二人
2.辅助材料及动力消耗
（1）辅助材料消耗
本项目只有蒸汽和冷却水的消耗，消耗量见下表：
序号
项目
单耗
1
蒸汽（蒸发）
8000㎏/h
2
蒸汽（干燥）
1000㎏/h
2
冷却水
250M3/h
（2）动力设备功率统计
动力设备功率统计表
1，进料泵
kw
7.5
2，循环泵
kw
22×4
3，出料泵
kw
7.5
4，水泵
kw
5.5
5，真空泵
kw
15.0
6，结晶器
kw
11.0
7，离心机
kw
15.0
8，干燥机
kw
45
9，包装机
kw
5
3.运行成本
单位成本估算表
序号
项目
单位
单价（元）
单耗
费用（元）
备注
1
电
200kwh
0.60
200/24
5.0
2
蒸汽
9000㎏/h
120.0
9000/24
45.0
3
冷却水
吨
合计
50.0
十二、操作控制说明
本方案供电采用380V三相四线单回路供电，电源由业主送到配电柜。
项目总的装机容量为200.0kw（不含通风和照明）。
所有电路设置过电流保护，过负荷保护和短路保护。
部分电机设置手动/自动两种控制方式，通过转换开关进行转换。
PLC控制系统：
1，一效加热器的蒸汽压力控制：
根据一效加热器夹套内蒸汽压力的实测值，调整蒸汽调节阀，达到蒸汽压力平稳。
当蒸汽压力高于设定值时，通过PLC控制调节阀，减小蒸汽的压力，当蒸汽压力低于设定值时，通过PLC控制调节阀，增加蒸汽的压力。
2，蒸发器的液位控制方案说明：
为达到蒸发浓缩系统恒液位控制的目的，采用对三效蒸发器分别进行液位的PID控制。
在一效、二效、三效蒸发器内分别安装一台液位传感器，用于检测蒸发器内的液位。
在预热器和一效蒸发器、一效蒸发器和二效蒸发器、二效蒸发器和三效蒸发器的连接管路上分别安装一台调节阀，用于控制后一级的入口流量。
液位传感器把蒸发器内的液位反馈给PLC，通过PLC的PID功能实现控制，根据设定的液位信号来自动控制调节阀的流量的大小。
当一效蒸发器内的液位低于设定液位时，PLC系统经过PID运算自动加大预热器和一效蒸发器之间调节阀的流量，尽快的补充一效蒸发器内的液位；当一效蒸发器内的液位达到设定的最高液位时，PLC系统经过PID运算自动减小调节阀的流量，使一效蒸发器的入口流量减小，从而达到一效蒸发器的入口和出口流量的平衡，最终达到一效蒸发器内的液位的稳定。
同样液位传感器把二效蒸发器的液位反馈给PLC，通过PLC的PID功能控制二效蒸发器和一效蒸发器之间连接管路上的调节阀，最终保证二效蒸发器内的液位的稳定。
三效蒸发器内的液位控制原理和上述蒸发器的控制原理相同。
3，液封槽液位控制：
当液封槽内的液位达到最高设定液位时，PLC系统经过PID运算自动加大出水口调节阀的流量，尽快降低液封槽内的液位；当液封槽内的液位达到设定的最低液位时，PLC系统经过PID运算自动减小调节阀的流量，使排水量减小，从而达到液封槽内冷凝水入口流量和出口流量的平衡。
）
十三、提供的文件资料
1.工艺、管道全套施工图设计资料二份。
2.设备图各二份。
3.设计条件二份：
土建条件图
4.设备随机资料
5.操作说明和维护手册
上述文件同时提供电子文件一份。
十四、技术培训
为了保证该装置交付使用后能正常运行，使用方技术人员对系统和设备可以进行必要的维护保养，并能及时排除一些常见故障，确保蒸发结晶分离干燥包装的生产安全可靠地运行，必须对使用方的技术人员和值班人员进行较为系统的培训。
1.培训目的
通过蒸发结晶分离干燥包装装置基础知识讲授和岗位培训，使运行值班人员达到上岗要求，维护检修人员能完成一般技术故障处理和日常维护保养工作。
2.培训对象
（1）运行值班人员
（2）维护保养人员
3.培训形式
（1）集中讲解
（2）现场操作讲解
（3）现场操作指导
4.培训内容
（1）蒸发结晶分离干燥包装装置概况：
蒸发结晶分离干燥包装装置的整体设计思想、主要工艺流程、设备配置、分配位置、运行管理和技术进步情况。
（2）蒸发结晶分离干燥包装装置工艺部分。
（3）蒸发结晶分离干燥包装装置设备部分。
（4）蒸发结晶分离干燥包装装置操作。
（5）蒸发结晶分离干燥包装装置维修及故障诊断。
十五、调试和服务承诺
由南京泰特环保工程有限公司负责为该装置进行调试。
调试分两个阶段：
第一阶段为设施单机运行调试；第二阶段为工艺技术调试阶段，包括处理设备最佳运行参数的确定，各类仪器仪表的修正等。
为整套设备的交付使用作好前期准备工作，同时对工艺技术资料进行总结，提出对运行中可能出现的异常现象的处理措施，为建设方提供一套科学的管理技术资料。
工程项目投入使用后，为了使建设单位能在运行中确保处理设施的正常运行，南京泰特环保工程有限公司确保售后服务的质量，具体措施为：
装置调试过程中，南京科环对有关人员进行培训指导，确保装置的正常运行，而且在今后的运行过程中我司会安排专业人员与买方保持长期、良好的技术交流和协作关系，每6个月派工程师上门进行回访1次，并设质量保修服务电话，在接到电话后，保证于48小时内派人到达现场。
装置运行阶段，对系统设备提供一年的保修，保修期内属产品质量问题免费进行维修或更换有关配件，设备终身优惠供应配件。
附件
A卖方职责范围
A1.设备制造周期（以合同为准）
买卖双方合同生效后，卖方在120天内完成整套设备生产，设备交货地为卖方厂内。
设备运输工期5天（卖方承担费用），安装工期30天，调试工期15天，总完成工程期限为170天。
但是买方必须提供已经具备的能源设施与供应参数值。
A2.设备的质量承诺
A2.1产品安装验收标准
工艺金属管道工程施工及验收规范参照GB50235-1997；
其他按照双方约定标准验收；
A2.2保修期限及范围
本装置自安装调试合格之日起12个月内或设备到货14个月内我司对该设备实行保修。
在保修期内，我司负责因设备质量原因导致的各种故障的免费技术服务和设备的维修，所有费用由我司承担。
用户由于使用不当或其它不属于设备质量问题所造成的故障不在保修范围。
保修期满后我司提供终身有偿技术服务支持。
在设备使用期间的耗材均按成本价格供应。
A3设备的清洗事项
（1）蒸发器加热管的加热表面在长时间使用总是会产生污垢的，结垢的组成可分为水溶性垢和不溶性垢。
水溶性垢是蒸发饱和溶液时所析出的盐类结晶，可用纯水或稀的不饱和溶液定期清洗，设备清洗时，先通过蒸馏塔底部的接管将设备中滞留的料液排净，整个清洗
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