硫酸裝置轉化工序三、四段電爐改造及應用

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.呼倫貝爾馳宏礦業有限公司，內蒙古呼倫貝爾 021008）

呼倫貝爾馳宏礦業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、一轉一吸制酸流程生產濃硫酸[1]。該公司采用離子液脫硫技術對制酸尾氣和煙化爐冶煉煙氣進行脫硫處理，達標后由煙囪排放。運行一段時間后，技術人員發現制酸裝置轉化器三、四段進口溫度較低，SO2總轉化率不高，直接影響了后續工藝生產及設備安全。

1 改造前情況介紹

1.1 改造前使用情況

轉化工序中，煙氣經二氧化硫風機加壓后依次經過Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ換熱器。被加熱后的煙氣進入轉化器，在催化劑作用下煙氣中二氧化硫轉化成三氧化硫。轉化后的氣體再由換熱器降溫至200 ℃以下進入吸收塔。

實際生產過程中，因鉛冶煉間歇性運轉及轉化工序自熱平衡的不足，轉化器三、四段進口溫度無法達到催化劑床層起燃溫度。轉化器三、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。當三、四段進口溫度無法達到催化劑起燃溫度時，轉化工序SO2總轉化率下降， 三、四段催化劑易中毒、粉化，對一、二段轉化溫度要求較高，后續工藝負荷增加，設備腐蝕加劇[2]。

1.2 轉化工序催化劑的選取與裝填

轉化器催化劑選取與裝填見表1。

表1 轉化器催化劑選取與裝填

1.3 轉化工序催化劑性能

轉化器催化劑理化性能統計見表2

表2 轉化器催化劑理化性能統計

2 改造內容

根據現場情況與轉化工藝考慮，技術人員在轉化工序三、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，內部超溫元件選用K型分度熱電偶。DJRQ-1000/380-00電爐結構示意見圖1， DJRQ-500/380-00電爐結構示意見圖2。

圖1 DJRQ-1000/380-00電爐結構示意

圖2 DJRQ-500/380-00電爐結構示意

新增的轉化器三、四段電爐采用外層連接變徑且密封、內層保溫的方式。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X射線探傷，符合JB/T 4730—2005《承壓設備無損檢測》要求。加熱器內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。

電加熱器發熱元件為防腐蝕、耐高溫電熱管。電熱管設計外徑為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。在介質強度2000 V/min的試驗中，無擊穿、閃爍現象。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。加熱元件的表面負荷取小于3 W/cm2。該表面負荷在干燒時表面溫升約650 ℃，加熱器元件設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。銅排用耐熱絕緣子固定在防護網上，接線為敞開式結構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

增設轉化器三、四段電爐后，硫酸裝置實際生產數據見表3。

從表3可見：三段電爐、四段電爐投入使用后，轉化工序三、四段溫度均穩步提高，滿足催化劑所需的起燃溫度，轉化器平均SO2轉化率提升明顯，降低了后續工藝SO2處理負荷，對后續設備、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、二段轉化溫度，對一段電爐負荷要求下降，轉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數據

4 結語

轉化工序三、四段電爐的投入使用徹底解決了轉化器三、四段工藝溫度不足的問題，提高了轉化工序SO2總轉化率，減少了工藝因溫度不足而可能發生的設備、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荷的要求，裝置總體耗電量差別不大，但電爐投資較大。