硫酸装置转化工序三、四段电炉改造及应用

吕 亮，张云鹏，于 跃

（1.云南驰宏锌锗股份有限公司矿冶研究院，云南曲靖 655011；2.呼伦贝尔驰宏矿业有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021008）

呼伦贝尔驰宏矿业有限公司制酸装置以Ausmelt炉冶炼烟气作为原料，采用绝热稀酸洗涤净化、一转一吸制酸流程生产浓硫酸[1]。该公司采用离子液脱硫技术对制酸尾气和烟化炉冶炼烟气进行脱硫处理，达标后由烟囱排放。运行一段时间后，技术人员发现制酸装置转化器三、四段进口温度较低，SO2总转化率不高，直接影响了后续工艺生产及设备安全。

1 改造前情况介绍

1.1 改造前使用情况

转化工序中，烟气经二氧化硫风机加压后依次经过Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ换热器。被加热后的烟气进入转化器，在催化剂作用下烟气中二氧化硫转化成三氧化硫。转化后的气体再由换热器降温至200 ℃以下进入吸收塔。

实际生产过程中，因铅冶炼间歇性运转及转化工序自热平衡的不足，转化器三、四段进口温度无法达到催化剂床层起燃温度。转化器三、四段选用的是相对于一、二段（VK38）起燃温度更低的VK48、VK59催化剂。当三、四段进口温度无法达到催化剂起燃温度时，转化工序SO2总转化率下降， 三、四段催化剂易中毒、粉化，对一、二段转化温度要求较高，后续工艺负荷增加，设备腐蚀加剧[2]。

1.2 转化工序催化剂的选取与装填

转化器催化剂选取与装填见表1。

表1 转化器催化剂选取与装填

1.3 转化工序催化剂性能

转化器催化剂理化性能统计见表2

表2 转化器催化剂理化性能统计

2 改造内容

根据现场情况与转化工艺考虑，技术人员在转化工序三、四段入口烟气管道处安装DJRQ-1000/380-00 1000 kW 和 DJRQ-500/380-00 500 kW电炉，内部超温元件选用K型分度热电偶。DJRQ-1000/380-00电炉结构示意见图1， DJRQ-500/380-00电炉结构示意见图2。

图1 DJRQ-1000/380-00电炉结构示意

图2 DJRQ-500/380-00电炉结构示意

新增的转化器三、四段电炉采用外层连接变径且密封、内层保温的方式。壳体采用了316L不锈钢板密封焊接而成。为减少焊接点，三段电炉和四段电炉加热壳体采用大型折弯机折弯，减少角部焊接。所有焊缝经X射线探伤，符合JB/T 4730—2005《承压设备无损检测》要求。加热器内部保温采用陶瓷纤维平铺，并用δ=3 mm高温不锈钢分块压制成盘状，用高温螺杆固定于壳体上。分块后减小了因受热引起的变形。三段和四段电炉内部高纯陶瓷纤维板平铺厚度不低于120 mm。电炉外部保温厚度不低于120 mm。为保证电炉整体气密性，容器口法兰处装配石墨垫片，加强密封效果。

电加热器发热元件为防腐蚀、耐高温电热管。电热管设计外径为φ16 mm，壁厚为2.5 mm。绝缘材料为进口电熔高纯无机改性氧化镁粉，电阻丝采用瑞典KANTHAL 公司Cr20Ni80材料。单根加热管电气性能绝缘电阻大于500 MΩ。在介质强度2000 V/min的试验中，无击穿、闪烁现象。每组加热器中心装有1支双芯K型热电偶，作为超温保护及DCS检测元件。加热元件的表面负荷取小于3 W/cm2。该表面负荷在干烧时表面温升约650 ℃，加热器元件设计正常使用寿命大于30 000 h。

新增三段电炉、四段电炉全部采用“Y”型接线。三段电炉由2台电炉组成，每台功率为500 kW；每台电炉分四组出线，每组功率为125 kW。四段电炉分4组出线，每组功率为125 kW。电炉采用顶部接线，铜排连接。所有接线用铜排分组引出，铜排周围焊有防护安全网。铜排用耐热绝缘子固定在防护网上，接线为敞开式结构便于散热及观察接线部位情况。安装时电炉配防雨棚。

3 实施效果

增设转化器三、四段电炉后，硫酸装置实际生产数据见表3。

从表3可见：三段电炉、四段电炉投入使用后，转化工序三、四段温度均稳步提高，满足催化剂所需的起燃温度，转化器平均SO2转化率提升明显，降低了后续工艺SO2处理负荷，对后续设备、管道的腐蚀将有所改善，且催化剂自身的中毒、粉化可能性也随之降低。

同时，三段电炉、四段电炉的投入使用，三、四段催化剂床层温度不再过多依赖一、二段转化温度，对一段电炉负荷要求下降，转化升温时间由原来的 5～6 d 下降至 2 d。

表3 改造前后硫酸装置实际生产数据

4 结语

转化工序三、四段电炉的投入使用彻底解决了转化器三、四段工艺温度不足的问题，提高了转化工序SO2总转化率，减少了工艺因温度不足而可能发生的设备、管道腐蚀及催化剂自身中毒、粉化的可能性。同时，三、四段电炉的投入使用也降低了对一段电炉负荷的要求，装置总体耗电量差别不大，但电炉投资较大。