硫酸裝置轉(zhuǎn)化工序三、四段電爐改造及應(yīng)用

呂 亮，張云鵬，于 躍

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司礦冶研究院，云南曲靖 655011；2.呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008）

呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司制酸裝置以Ausmelt爐冶煉煙氣作為原料，采用絕熱稀酸洗滌凈化、一轉(zhuǎn)一吸制酸流程生產(chǎn)濃硫酸[1]。該公司采用離子液脫硫技術(shù)對制酸尾氣和煙化爐冶煉煙氣進行脫硫處理，達標(biāo)后由煙囪排放。運行一段時間后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)制酸裝置轉(zhuǎn)化器三、四段進口溫度較低，SO2總轉(zhuǎn)化率不高，直接影響了后續(xù)工藝生產(chǎn)及設(shè)備安全。

1 改造前情況介紹

1.1 改造前使用情況

轉(zhuǎn)化工序中，煙氣經(jīng)二氧化硫風(fēng)機加壓后依次經(jīng)過Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ換熱器。被加熱后的煙氣進入轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下煙氣中二氧化硫轉(zhuǎn)化成三氧化硫。轉(zhuǎn)化后的氣體再由換熱器降溫至200 ℃以下進入吸收塔。

實際生產(chǎn)過程中，因鉛冶煉間歇性運轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)化工序自熱平衡的不足，轉(zhuǎn)化器三、四段進口溫度無法達到催化劑床層起燃溫度。轉(zhuǎn)化器三、四段選用的是相對于一、二段（VK38）起燃溫度更低的VK48、VK59催化劑。當(dāng)三、四段進口溫度無法達到催化劑起燃溫度時，轉(zhuǎn)化工序SO2總轉(zhuǎn)化率下降， 三、四段催化劑易中毒、粉化，對一、二段轉(zhuǎn)化溫度要求較高，后續(xù)工藝負(fù)荷增加，設(shè)備腐蝕加劇[2]。

1.2 轉(zhuǎn)化工序催化劑的選取與裝填

轉(zhuǎn)化器催化劑選取與裝填見表1。

表1 轉(zhuǎn)化器催化劑選取與裝填

1.3 轉(zhuǎn)化工序催化劑性能

轉(zhuǎn)化器催化劑理化性能統(tǒng)計見表2

表2 轉(zhuǎn)化器催化劑理化性能統(tǒng)計

2 改造內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)場情況與轉(zhuǎn)化工藝考慮，技術(shù)人員在轉(zhuǎn)化工序三、四段入口煙氣管道處安裝DJRQ-1000/380-00 1000 kW 和 DJRQ-500/380-00 500 kW電爐，內(nèi)部超溫元件選用K型分度熱電偶。DJRQ-1000/380-00電爐結(jié)構(gòu)示意見圖1， DJRQ-500/380-00電爐結(jié)構(gòu)示意見圖2。

圖1 DJRQ-1000/380-00電爐結(jié)構(gòu)示意

圖2 DJRQ-500/380-00電爐結(jié)構(gòu)示意

新增的轉(zhuǎn)化器三、四段電爐采用外層連接變徑且密封、內(nèi)層保溫的方式。殼體采用了316L不銹鋼板密封焊接而成。為減少焊接點，三段電爐和四段電爐加熱殼體采用大型折彎機折彎，減少角部焊接。所有焊縫經(jīng)X射線探傷，符合JB/T 4730—2005《承壓設(shè)備無損檢測》要求。加熱器內(nèi)部保溫采用陶瓷纖維平鋪，并用δ=3 mm高溫不銹鋼分塊壓制成盤狀，用高溫螺桿固定于殼體上。分塊后減小了因受熱引起的變形。三段和四段電爐內(nèi)部高純陶瓷纖維板平鋪厚度不低于120 mm。電爐外部保溫厚度不低于120 mm。為保證電爐整體氣密性，容器口法蘭處裝配石墨墊片，加強密封效果。

電加熱器發(fā)熱元件為防腐蝕、耐高溫電熱管。電熱管設(shè)計外徑為φ16 mm，壁厚為2.5 mm。絕緣材料為進口電熔高純無機改性氧化鎂粉，電阻絲采用瑞典KANTHAL 公司Cr20Ni80材料。單根加熱管電氣性能絕緣電阻大于500 MΩ。在介質(zhì)強度2000 V/min的試驗中，無擊穿、閃爍現(xiàn)象。每組加熱器中心裝有1支雙芯K型熱電偶，作為超溫保護及DCS檢測元件。加熱元件的表面負(fù)荷取小于3 W/cm2。該表面負(fù)荷在干燒時表面溫升約650 ℃，加熱器元件設(shè)計正常使用壽命大于30 000 h。

新增三段電爐、四段電爐全部采用“Y”型接線。三段電爐由2臺電爐組成，每臺功率為500 kW；每臺電爐分四組出線，每組功率為125 kW。四段電爐分4組出線，每組功率為125 kW。電爐采用頂部接線，銅排連接。所有接線用銅排分組引出，銅排周圍焊有防護安全網(wǎng)。銅排用耐熱絕緣子固定在防護網(wǎng)上，接線為敞開式結(jié)構(gòu)便于散熱及觀察接線部位情況。安裝時電爐配防雨棚。

3 實施效果

增設(shè)轉(zhuǎn)化器三、四段電爐后，硫酸裝置實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3。

從表3可見：三段電爐、四段電爐投入使用后，轉(zhuǎn)化工序三、四段溫度均穩(wěn)步提高，滿足催化劑所需的起燃溫度，轉(zhuǎn)化器平均SO2轉(zhuǎn)化率提升明顯，降低了后續(xù)工藝SO2處理負(fù)荷，對后續(xù)設(shè)備、管道的腐蝕將有所改善，且催化劑自身的中毒、粉化可能性也隨之降低。

同時，三段電爐、四段電爐的投入使用，三、四段催化劑床層溫度不再過多依賴一、二段轉(zhuǎn)化溫度，對一段電爐負(fù)荷要求下降，轉(zhuǎn)化升溫時間由原來的 5～6 d 下降至 2 d。

表3 改造前后硫酸裝置實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)化工序三、四段電爐的投入使用徹底解決了轉(zhuǎn)化器三、四段工藝溫度不足的問題，提高了轉(zhuǎn)化工序SO2總轉(zhuǎn)化率，減少了工藝因溫度不足而可能發(fā)生的設(shè)備、管道腐蝕及催化劑自身中毒、粉化的可能性。同時，三、四段電爐的投入使用也降低了對一段電爐負(fù)荷的要求，裝置總體耗電量差別不大，但電爐投資較大。