制酸一系列2#轉化器改進

晏 歆

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

硫酸車間制酸一系列2#轉化器自2003年投入以來，存在底板上翹、煙氣偏流［2］、內部支柱歪倒、頻繁漏氣的情況，嚴重時存在轉化器垮塌危險，嚴重影響系統的安全運行。歷次大修也僅是恢復性維修，未進行大的改進。2018年即將實施一系列3K風機改造，改造完成后2#轉化器承受的氣壓將升高50%。為了控制轉化器的變形在可控范圍及適應更高的SO2濃度。必須如何改進2#轉化器以確保生產安全順行。

2 2#轉化器的構造

制酸一系列2#轉化器為單層轉化器，該轉化器為頂部進氣，側部出氣設計［3］。轉化器內部大支柱僅為支撐格柵用，轉化器頂部為弧形結構。見圖1所示。

圖1 2#轉化器構造

3 2#轉化器的構造造成的不良現象

3.1 煙氣偏流

制酸一系列煙氣進入2#轉化器煙道入口有兩個彎頭，氣體流經彎頭，由于氣流慣性，管道外側氣流量大，內測氣流量小，導致氣體偏流。氣量大的地方溫度低，氣量小的地方溫度高從而導致同一層轉化器內部不同位置存在較大的溫差，產生熱應力，使轉化器發生形變。焊縫處形變拉力偏大，導致焊縫拉裂漏煙氣，增加檢修費用的同時也影響了工作環境［4］。

3.2 轉化器變形

由于2#轉化器內部溫度達600多攝氏度，加之轉化一層壓力在轉化所有床層中是最高的，經過長時間運行，造成金屬材質疲勞，強度下降，轉化器不銹鋼底板產生高溫蠕變并呈鍋底形狀，導致內外部T型梁斷裂、支柱歪倒、觸媒格柵斷裂。存在觸媒層垮塌的風險，嚴重影響系統的安全運行。設計轉化器承受壓力明顯未達到設計值，存在缺陷。

3.3 2#轉化器入口煙氣溫度高

一系列制酸轉化2#閥煙道原設計進2#轉化器煙道位置處離2#轉化器入口較近，冷煙氣與熱煙氣未混熱均勻就進入轉化器內反應，沒有達到混熱均勻，造成2#轉化器入口煙氣溫度偏高。且無法承受高濃度的 SO2煙氣［5］。

4 改進措施及效果

4.1 增設導流板，改善煙氣偏流

在2#轉化器入口煙道彎頭內部中心線處增加兩套導流板，強制分流，減少氣體偏流，如圖2所示。通過增加導流板后2#轉化器內不同位置的觸媒溫差減小。溫差由改造前2016年2#轉化器內部最大溫差平均值201.5℃，降為2017年11月改造后的140.8℃，如表1所示。增設導流板改善了熱應力不平衡，同時解決了因偏流造成的分層轉化率偏低的問題。

表1 2016-2017年改造后轉化器內部最大溫差月平均值℃

圖2 增加兩套導流板

4.2 對2#轉化器進行加固，承受更大工作壓力

2#閥煙道由2#轉化器入口處前移至G熱交換器出口；將一根煙氣管道分為直徑φ350mm、φ300mm、φ250mm的三根支管，來提升冷熱煙氣混合效果，降低2#轉化器入口溫度［6］，從而適應更高的SO2濃度。2#轉化器入口溫度2016年平在2#轉化器外部底板與T型梁脫焊、開裂的縫隙填入梯形板和L型板，滿焊加固；內部T型梁外周截短，以控制轉化器底板的變形。轉化器內部增加16根219×8mm立柱，為消除底板外部加強筋與轉化器本體由于溫差引起的不一致熱變形而在新增立柱與頂蓋處產生的應力，將立柱分兩節制作，通過法蘭連接，法蘭之間預留40mm的間隙，安裝時預壓縮20mm。連接底板與頂蓋的拉桿。提高轉化器承受更高氣壓的能力。改造前2#轉化器最大工作壓力25kPa，改造后對2#轉化器氣密試驗，將氣密壓力升至35kPa，轉化器未出現明顯變形，從而達到適應2018年一系列3K風機改造后更高的氣壓；2#轉化器變形量遠遠小于改進前，同時變形量在可控范圍內。

4.3 使混氣均勻，降低入口溫度

4.3.1 2#閥移位，分為三根支管均值為401.3攝氏度，改造后降為386.2℃，如表2所示。2016年系統能承受最高的SO2濃度為12.5%提升為改造后的13%。

表2 2016-2017年2#轉化器入口溫度年平均值℃

4.3.2 增加低溫銫觸媒比重，從而進一步下調轉化器入口氣溫

調整銫、釩觸媒裝填量：銫觸媒由30m3提高至37m3；釩觸媒由46m3下降至33m3。提升低溫銫觸媒比重，有利于降低一層入口溫度，有利于提高高硫礦比重，適應復雜銅精礦的能力更強。

5 結語

改進前2#轉化器因設計不合理，存在的觸媒溫層度高、壓力大，煙氣偏流且器體變形，焊縫頻繁開裂漏氣，存在觸媒層垮塌，嚴重影響長周期穩定生產的隱患。

改進后，2#轉化器變形得到控制，不再惡化。氣體偏流問題得到有效改善。同一層觸媒溫差由200℃以上，縮小至140℃，緩解了轉化器熱應力不平衡的問題。同時可適應更高的工作壓力，為以后一系列3K風機改造創造了條件。系統可以適應更高的 濃度，有利于提高高硫礦比重，適應復雜銅精礦的能力更強。