淺談大中型煙氣制酸系統轉化開工電爐的選擇及應用

杜文青 李燕

摘 要：大中型煙氣制酸轉化工序，系統開車時，轉化器催化劑升溫加熱方式常用天然氣加熱爐加熱、直接電加熱爐加熱兩種方式。采用電加熱方式，操作簡便、升溫速度易控、故障率較低，能有效保證系統的正常啟運及現場污染源的治理。

關鍵詞：轉化器;催化劑 ;煙氣;電加熱爐; 操作簡便 ; 易控 ; 污染治理

大中型煙氣制酸煙氣制酸轉化工序采用了五段“3+2”或“3+1”雙接觸工藝，“Ⅲ、Ⅰ-Ⅴ、Ⅳ、Ⅱ”或““Ⅲ、Ⅰ-Ⅳ、Ⅱ”換熱流程。煙氣自冶煉系統經凈化洗滌、電除霧處理干燥塔干燥吸收后，通過SO2風機輸送至轉化系統。經過換熱依次進入轉化器一段、二段、三段催化劑層，SO2在催化劑催化作用下94-95%轉化為SO3，至干吸工序的一吸塔吸收，煙氣與98%硫酸逆流接觸，SO3被濃硫酸吸收，未吸收的SO2氣體，再經換熱進入轉化器的第四、五段或第四段催化劑進行第二次轉化，總轉化率達到99.8%以上。轉化后的SO3氣體，經換熱后至二吸塔吸收，SO3被98%硫酸吸收，吸收后的尾氣經脫硫裝置脫硫后達標排放。在制酸系統新建后投運前或長時間停車后系統啟動時，需使用開工爐加熱設備對空氣加熱后，利用熱空氣對轉化器催化劑升溫，待催化劑達到轉化條件即催化劑溫度430℃左右時，通入SO2煙氣進行煙氣的轉化吸收。

轉化器催化劑開工常用加熱方式主要為天然氣加熱爐加熱、電加熱爐加熱兩種方式。1.天然氣加熱爐采用燃氣熱風爐，提供熱風給預熱器進行熱交換，所產生出口煙氣溫度為650-800℃（可調）通過熱風爐與空氣熱交換后產生≥500℃熱空氣再進入轉化器內升溫。為制酸生產轉化工段供轉化器開車所需提供熱空氣之用。控制系統采用熄火報警控制器、數字顯示溫度儀、及溫度傳感器、只須分別按下“啟動”按鈕，便可實現風機啟動、自動點火，供氣、送風、熄火立即發出熄火報警信號，并延時停風。溫度可根據用戶需要，在所需范圍內設定，且在設定值內控制。熱風爐燃燒所產生的火焰溫度在二次風摻冷風的均勻摻混下降到650℃—800℃可調的燃氣從出口吹出，進入預熱器進行熱交換。燃燒氣體通過熱風爐系統燃燒后所產生的熱空氣從熱交換器下部進入空氣加熱器管程，與干燥初殼程內空氣進行遞流熱交換，燃燒氣體從空氣加熱器的頂部煙囪排入大氣，殼程空氣經過熱交換后進入轉化器內加熱催化劑。2.電加熱爐一般為上開式、側開式兩種，可根據現場安裝位置及檢修進行確定。其殼體主材質為Q235-B，電熱絲材質0Gr25Al5 ，絕緣骨架采用高鋁鎂絕緣材料，密封件材料為硅橡膠材質，白鋼石墨，保溫材質為高鋁鎂輕質保溫磚，爐體外壁平均溫度≤55℃。其控制單元可根據需要制做成80-240KW的范圍，可通過PLC根據轉化升溫期間溫度的需求，實現自動/手動投運電爐組數。其具有操作方便、升溫速度易控、故障率較低等優點。

設備運行操作對比：1.天然氣加熱爐對轉化器自冷態或熱態升溫，均須按升溫曲線，對轉化器一段、四段催化劑逐步加熱至轉化溫度。天然氣加熱時，其熱風爐、換熱器自冷態開始點爐升溫，初始升溫期溫度驟升，熱風爐及換熱器殼體與耐火層材料膨脹系數差異，極易造成換熱器耐火層脫落，設備殼體、花板等易變形，甚至拉裂，在運行過程中產生煙氣泄漏易造成環境污染。2.電加熱爐安裝在煙氣管線上，直接對煙氣進行加熱，無需再次換熱，電加熱溫度與煙氣溫度同步上升，避免了溫度驟升或驟降造成設備殼體變形、拉裂等現象。

實際應能效對比：1.天然氣加熱爐通過熱交換器換熱后加熱轉化器催化劑，在系統開車時，其操作、控制系統故障較為頻繁;另外，在轉化升溫至后期，轉化器一段催化劑加熱至410℃左右時，升溫速度緩慢，經常會出現升溫時間延長，造成相應配套煙氣制酸系統、冶煉系統設備處于負荷運行狀態。經統計40萬噸硫酸生產線轉化催化劑升溫，平均每次消耗天然氣為49032Nm3，天然氣單價按1.9元Nm3計算，天然氣消耗費用93160元。2.采用電加熱方式升溫，消耗電量為215040KW.h，電單價按0.37元/KW.h計算，消耗費用為79564元，消耗費用略有降低。另外，生產系統的正常投運，總體生產成本將有很大的降低。

投運后環保方面對比：1.天然氣加熱系統，在接煙氣操作時，因轉化器催化劑溫度調整困難，經轉化吸收煙氣SO2濃度偏高，造成后續尾氣脫硫系統長時間超狀態，甚至可能出現尾氣超標現象。同時，換熱器殼體、花板等易變形、拉裂，造成煙氣泄漏，存在較大的環境污染風險。2.電加熱方式升溫，電加熱爐溫度控制調整便捷、可控，能夠保證設備運行的穩定，其專用的密封原件，避免了煙霧氣泄漏現象。同時，轉化一層、四層催化劑溫度可控，接煙氣時，能在短時間內拉升轉化各段的催化劑溫度，減緩對尾氣脫硫系統時間超負荷現象，能有效降低環保風險。

結束語：

煙氣制酸系統開工時轉化器催化劑采用電加熱方式，因早期技術不成熟配置功率較小，只在小規模制酸系統使用。隨著技術的發展，現開工電加熱功率配置不斷提升，在大規模制酸系統應用較為廣泛。因此，采用電加熱方式對轉化系統開工時系統的啟運及現場污染源的治理具有深遠的意義。

參考文獻：

[1]黃麗美.大中型硫酸裝置轉化升溫設備的選擇.硫酸工業，2009（4）：30-33.

[2]葉樹滋.對轉化器采用柴油直接升溫的看法. 硫酸工業，1975年03期.

作者簡介：

杜文青（1972.），男，副高級工程師，從事設備管理工作.

（青海銅業有限責任公司? 青海 西寧? 811600）