浅谈大中型烟气制酸系统转化开工电炉的选择及应用

杜文青 李燕

摘 要：大中型烟气制酸转化工序，系统开车时，转化器催化剂升温加热方式常用天然气加热炉加热、直接电加热炉加热两种方式。采用电加热方式，操作简便、升温速度易控、故障率较低，能有效保证系统的正常启运及现场污染源的治理。

关键词：转化器;催化剂 ;烟气;电加热炉; 操作简便 ; 易控 ; 污染治理

大中型烟气制酸烟气制酸转化工序采用了五段“3+2”或“3+1”双接触工艺，“Ⅲ、Ⅰ-Ⅴ、Ⅳ、Ⅱ”或““Ⅲ、Ⅰ-Ⅳ、Ⅱ”换热流程。烟气自冶炼系统经净化洗涤、电除雾处理干燥塔干燥吸收后，通过SO2风机输送至转化系统。经过换热依次进入转化器一段、二段、三段催化剂层，SO2在催化剂催化作用下94-95%转化为SO3，至干吸工序的一吸塔吸收，烟气与98%硫酸逆流接触，SO3被浓硫酸吸收，未吸收的SO2气体，再经换热进入转化器的第四、五段或第四段催化剂进行第二次转化，总转化率达到99.8%以上。转化后的SO3气体，经换热后至二吸塔吸收，SO3被98%硫酸吸收，吸收后的尾气经脱硫装置脱硫后达标排放。在制酸系统新建后投运前或长时间停车后系统启动时，需使用开工炉加热设备对空气加热后，利用热空气对转化器催化剂升温，待催化剂达到转化条件即催化剂温度430℃左右时，通入SO2烟气进行烟气的转化吸收。

转化器催化剂开工常用加热方式主要为天然气加热炉加热、电加热炉加热两种方式。1.天然气加热炉采用燃气热风炉，提供热风给预热器进行热交换，所产生出口烟气温度为650-800℃（可调）通过热风炉与空氣热交换后产生≥500℃热空气再进入转化器内升温。为制酸生产转化工段供转化器开车所需提供热空气之用。控制系统采用熄火报警控制器、数字显示温度仪、及温度传感器、只须分别按下“启动”按钮，便可实现风机启动、自动点火，供气、送风、熄火立即发出熄火报警信号，并延时停风。温度可根据用户需要，在所需范围内设定，且在设定值内控制。热风炉燃烧所产生的火焰温度在二次风掺冷风的均匀掺混下降到650℃—800℃可调的燃气从出口吹出，进入预热器进行热交换。燃烧气体通过热风炉系统燃烧后所产生的热空气从热交换器下部进入空气加热器管程，与干燥初壳程内空气进行递流热交换，燃烧气体从空气加热器的顶部烟囱排入大气，壳程空气经过热交换后进入转化器内加热催化剂。2.电加热炉一般为上开式、侧开式两种，可根据现场安装位置及检修进行确定。其壳体主材质为Q235-B，电热丝材质0Gr25Al5 ，绝缘骨架采用高铝镁绝缘材料，密封件材料为硅橡胶材质，白钢石墨，保温材质为高铝镁轻质保温砖，炉体外壁平均温度≤55℃。其控制单元可根据需要制做成80-240KW的范围，可通过PLC根据转化升温期间温度的需求，实现自动/手动投运电炉组数。其具有操作方便、升温速度易控、故障率较低等优点。

设备运行操作对比：1.天然气加热炉对转化器自冷态或热态升温，均须按升温曲线，对转化器一段、四段催化剂逐步加热至转化温度。天然气加热时，其热风炉、换热器自冷态开始点炉升温，初始升温期温度骤升，热风炉及换热器壳体与耐火层材料膨胀系数差异，极易造成换热器耐火层脱落，设备壳体、花板等易变形，甚至拉裂，在运行过程中产生烟气泄漏易造成环境污染。2.电加热炉安装在烟气管线上，直接对烟气进行加热，无需再次换热，电加热温度与烟气温度同步上升，避免了温度骤升或骤降造成设备壳体变形、拉裂等现象。

实际应能效对比：1.天然气加热炉通过热交换器换热后加热转化器催化剂，在系统开车时，其操作、控制系统故障较为频繁;另外，在转化升温至后期，转化器一段催化剂加热至410℃左右时，升温速度缓慢，经常会出现升温时间延长，造成相应配套烟气制酸系统、冶炼系统设备处于负荷运行状态。经统计40万吨硫酸生产线转化催化剂升温，平均每次消耗天然气为49032Nm3，天然气单价按1.9元Nm3计算，天然气消耗费用93160元。2.采用电加热方式升温，消耗电量为215040KW.h，电单价按0.37元/KW.h计算，消耗费用为79564元，消耗费用略有降低。另外，生产系统的正常投运，总体生产成本将有很大的降低。

投运后环保方面对比：1.天然气加热系统，在接烟气操作时，因转化器催化剂温度调整困难，经转化吸收烟气SO2浓度偏高，造成后续尾气脱硫系统长时间超状态，甚至可能出现尾气超标现象。同时，换热器壳体、花板等易变形、拉裂，造成烟气泄漏，存在较大的环境污染风险。2.电加热方式升温，电加热炉温度控制调整便捷、可控，能够保证设备运行的稳定，其专用的密封原件，避免了烟雾气泄漏现象。同时，转化一层、四层催化剂温度可控，接烟气时，能在短时间内拉升转化各段的催化剂温度，减缓对尾气脱硫系统时间超负荷现象，能有效降低环保风险。

结束语：

烟气制酸系统开工时转化器催化剂采用电加热方式，因早期技术不成熟配置功率较小，只在小规模制酸系统使用。随着技术的发展，现开工电加热功率配置不断提升，在大规模制酸系统应用较为广泛。因此，采用电加热方式对转化系统开工时系统的启运及现场污染源的治理具有深远的意义。

参考文献：

[1]黄丽美.大中型硫酸装置转化升温设备的选择.硫酸工业，2009（4）：30-33.

[2]叶树滋.对转化器采用柴油直接升温的看法. 硫酸工业，1975年03期.

作者简介：

杜文青（1972.），男，副高级工程师，从事设备管理工作.

（青海铜业有限责任公司  青海 西宁  811600）