CN102530887A - 一种硫酸转化升温的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸转化升温的方法。通过在ISA炉冶炼烟气制酸转化系统II热交换器管程出口增设一套电加热装置，以提高三层烟气进口温度，进而保证系统转化热平衡。该电加热装置的加热器电热管为镍铬INCOLY800合金钢材质、外径Φ16mm、壁厚δ＝2mm；绝缘材料为电熔高纯无机改性氧化镁粉；电阻丝为KANTHAL Cr20Ni80材质。本发明技术操作简便，能有效缩短升温和接气时间，确保转化器各层进口烟气温度均达到工艺技术要求，总转化效率从99.10％提高至99.90％以上，不仅节约了能源还降低了硫酸生产成本，完全实现了ISA炉冶炼烟气制酸环保、节能、清洁产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于硫酸生产技术领域，具体是涉及一种硫酸转化升温的方法。
背景技术
硫酸转化升温过程是硫酸生产操作控制的关键工序，现有硫酸生产转化工序设计的“3+1”、“3+2”流程中的转化工序的换热流程是：IV、I III、II或III、I IV、II的工艺流程设计，在大型冶炼烟气制酸装置中，均采用煤气开工炉和电炉进行预热升温或系统故障时保温的工艺设计，用于硫酸转化系统的预热升温或系统故障时保温操作控制。现有工艺设计的硫酸转化升温流程，一般都是采用在转化器的一层和四层进行外加热源进行升温。
然而实际生产过程中存在一些缺陷：(1)开工炉或电炉内部温升过快，温差较大，设备的焊接处容易拉裂，维修费用较高，使用寿命短；(2)开工炉补热需要大量使用煤气，煤气使用过程中危险性极大，升温时间较长。一旦烟气出现波动(ISA冶炼烟气制酸为间断作业，烟气量和烟气浓度波动大)，极易导致转化温度的进一步降低，造成转化器三四层触媒温度很难达到工艺技术标准要求，转化反应后移，导致尾气排放偏高甚至超标；(3)在系统故障保温操作控制时，开工炉点燃准备时间为2小时，启动应急保温的及时性太差。
目前，在全球环境受到严重威胁，全球能源短缺的形势下，环境保护理念日益增强，节能意识不断提高，节能减排已成为国家的可持续发展战略要求。工业硫酸生产的过程更要从生产系统节能减排技术进行突破，实现烟气制酸环保、节能、清洁产业化生产。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单，设备投资少，维护费用低，清洁环保的硫酸转化升温方法，克服传统硫酸转化升温工艺的缺陷，实现ISA炉非稳态冶炼烟气制酸的环保、节能、清洁产业化生产。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种硫酸转化升温的方法，其特征在于：冶炼烟气制酸转化系统II热交换器管程出口增设一套电加热装置。
所述的电加热装置的加热器电热管为镍铬INCOLY800合金钢材质、外径Φ16mm、壁厚δ＝2mm；绝缘材料为电熔高纯无机改性氧化镁粉；电阻丝为KANTHAL Cr20Ni80材质；通过高速机械化装粉和先粗缩后精密缩管工艺，确保镁粉密度和加热管圆整度；加热管缩管后需经1060瓦斯气体发绿炉发绿处理，提高其电性能、抗氧化性和红外辐射性能。
所述的加热器中心装一双芯K型热电偶和加装支撑板，加热元件表面负荷取值小于3W/cm2。
所述的加热器采用立式安装，顶部接线。
所述的电加热装置采用外层连接变径且密封、内层保温的控温方式。
所述的电加热装置的壳体为316L不锈钢密封焊接，大型折弯机折弯，并用高温螺杆将δ＝3mm高温不锈钢分块压制后的盘状构件固定于壳体外表面。
将所述的电加热装置的操作系统并入主控DCS系统，实现远程控制。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：该技术操作简便，可根据生产需要及时开启升温补充热量，提高三层烟气进口温度，以保证系统转化热平衡。专门设计的电加热装置，其使用寿命提高到30000小时，转化器温度升降更加高效、稳衡。该方法有效缩短升温和接气时间，确保转化器各层进口烟气温度均达到工艺技术要求，总转化效率从99.10％提高至99.90％以上，最终使尾气SO2排放浓度降至295mg/Nm3以内，远低于国家新标准(GB25466-2010)，不仅节约了能源还降低了硫酸生产成本，完全实现了ISA炉冶炼烟气制酸环保、节能、清洁产业化生产。
附图说明
图1是改造前硫酸转化升温工艺流程图；
图2是改造后硫酸转化升温工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定。所有基于本发明教导所做的变换，都应落入本发明的保护范围。
实施例1
图1示出了改造前硫酸转化升温的工艺流程。
ISA炉冶炼烟气制酸生产中转化的基本原理是二氧化硫在催化剂的作用下氧化为三氧化硫，转化的核心是提高转化率，减少排放尾气中的SO2含量，以达到节能环保的目的。在冶炼烟气制酸生产转化工段的操作中温度控制是关键，只有按生产工艺要求控制好转化温度，才能获得最好的转化率。
ISA炉冶炼烟气制酸生产为间断性作业，作业过程中进入转化工段的SO2烟气量和SO2浓度波动大，转化器升温均采用煤气开工炉和电炉进行预热升温或系统故障时保温的工艺设计，用于硫酸转化系统的预热升温或系统故障时保温操作控制。
ISA炉冶炼烟气制酸转化工段的升温热是1#电炉、2#电炉和开工炉，热源位置在转化器一、四层入口管内。转化升温热源的1#、2#电炉为可调节式，在实际使用中根据生产需要适当开启相应组数，操作系统引入主控制室的DCS系统，电炉的正常操作调节操作人员在主控制室内通过操作电脑完成。ISA炉冶炼烟气制酸生产中工艺规定转化三层入口烟气温度为430～440℃左右，这有利于提高总转化率，减少尾气排放中SO2含量。在实际生产过程中存在一些缺陷，现有煤气开工炉使用时其发热量不足，使用外加热源的频率高，经常开停煤气开工炉，煤气使用受到限制；开工炉或电炉内部温升过快，温差较大，设备的焊接处容易拉裂，维修费用较高，使用寿命短；在使用煤气开工炉升温时，转化系统升温速度慢，升温时间长，开工炉补热燃烧需要大量使用煤气，煤气使用过程中危险性极大，一旦烟气出现波动，极易导致转化温度的进一步降低，造成转化器三四层触媒温度很难达到工艺技术标准要求，使转化反应后移导致尾气排放偏高甚至超标；生产情况异常时，转化一、四层温度有电炉作为升温热源，温度都控制在操作范围内，转化二层温度由一层出口烟气温度进行提升，能正常操作。在系统故障保温操作控制时，开工炉准备点燃时间为2小时，启动应急保温的及时性太差，对系统温度数据的收集整理分析发现三层温度长时间的维持在380℃度，与工艺技术标准要求(430～440℃)还有一定的距离，二层出口的高温烟气经过II热交换器换热到三层进口的烟气温度的降低，烟气中的SO3和SO2气体与烟气中的水蒸气结合形成H2SO4和H2SO3，不仅造成设备腐蚀，形成的H2SO3和H2SO4还和触媒中的SiO2反应，使三层触媒机械强度和活性降低，导致了三层触媒粉化、总转化率偏低和系统阻力增加等一系列问题。总转化率低，尾气排放中SO2浓度(约500mg/Nm3)偏高，导致污染环境和能源浪费。现有ISA炉冶炼烟气制酸转化器各层入口烟气温度和尾气中SO2浓度见表1.
表1：各层入口温度和尾气中SO2浓度表
注：表中数据一层、四层入口有1#、2#电炉补热。
从表1中看出：转化三层入口温度低于380℃，尾气排放中SO2的平均浓度为501mg/Nm3。
图2示出了本发明硫酸转化升温的工艺流程。
将原来的开工炉和电炉的混合加热方式改为新型材料的电炉加热方式，即在传统ISA炉硫酸转化升温三层入口处(即Ⅱ热交换器管程出口处)增加一特征电炉，电炉的电加热管为镍铬合金钢INCOLOY800材料，电加热管设计外径为Φ16mm，壁厚为δ＝2mm。绝缘材料为进口电熔高纯无机改性氧化镁粉.电阻丝采用KANTHAL Cr20Ni80材料。经高速机械化装粉后，采用先粗缩后精密的缩管工艺，保证了镁粉密度和加热管的圆整度。缩管后经高温1060瓦斯气体发绿炉发绿处理，提高了电加热管的电性能和抗氧化性，同时也提高了加热管红外辐射性能。
在每组加热器中心装有一支双芯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3W/cm2(表面负荷的大小直接影响加热器的使用寿命。)。3W/cm2的表面负荷在干烧时表面温升约在800℃。本电加热器自身温度在800℃的情况下不会烧坏加热元件.同时也能满足了工艺要求，既能保证热效率又能保证使用寿命。本加热器元件设计正常使用寿命大于30000小时。
为保证加热元件加热时不变形。加热器采取立式安装，顶部接线。并在加热管中心部位加装了支撑板，彻底克服了因加热管变形造成的损坏。
电炉采用外层密封连接变径内层保温方式。壳体采用了316L不锈钢板密封焊接而成。为减少焊接点，加热壳体采用大型折弯机折弯减少角部焊接。所有焊缝经100％X射线探伤，符合JB/4730-2005《压力容器无损检测》要求。加热器内部保温采用陶瓷纤维平铺。并用δ＝3MM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而成的变形。
转化升温热源改造后，转化升温速度提高，升温时间缩短，转化器内触媒层温度达到生产工艺要求，转化工序的总转化率得到提高。采用新型电加热方式转化升温热源改造前后的指标对比见表2。
将特征电炉操作系统引入主控制室的DCS系统，电炉的正常操作调节由操作人员在主控制室内通过操作电脑完成，操作使用方便灵活。
表2转化升温热源改造前后指标对比
由表2可见转化升温热源改造后，系统转化工序的升温速度由18～22℃/h提高到26～30℃/h，保温时降温速度由24～25℃/h降低到15～16℃/h，转化器温度升降更加高效、稳衡。系统转化工序的总转化率由99.10～99.20％提高到99.82～99.90％。
转化升温热源改造后，外排尾气情况见表3。
表3转化升温热源改造后外排尾气情况
由表3可见，转化升温热源改造后，由于转化效率得到大幅提高，外排尾气SO2浓度降至295mg/Nm3以内，远低于国家新标准(GB 25466-2010)。
Claims (6)
1.一种硫酸转化升温的方法，其特征在于：在ISA炉冶炼烟气制酸转化系统II热交换器管程出口增设一套电加热装置。
2.根据权利要求1所述的硫酸转化升温的方法，其特征在于：所述的电加热装置的加热器电热管为镍铬INCOLY800合金钢材质、外径Φ16mm、壁厚δ＝2mm；绝缘材料为电熔高纯无机改性氧化镁粉；电阻丝为KANTHALCr20Ni80材质；通过高速机械化装粉和先粗缩后精密缩管工艺，确保镁粉密度和加热管圆整度；加热管缩管后需经1060瓦斯气体发绿炉发绿处理，提高其电性能、抗氧化性和红外辐射性能。
3.根据权利要求2所述的硫酸转化升温的方法，其特征在于：所述的加热器中心装一双芯K型热电偶和加装支撑板，加热元件表面负荷取值小于3W/cm2。
4.根据权利要求2所述的硫酸转化升温的方法，其特征在于：所述的加热器采用立式安装，顶部接线。
5.根据权利要求1所述的硫酸转化升温的方法，其特征在于：所述的电加热装置采用外层连接变径且密封、内层保温的控温方式。
6.根据权利要求1所述的硫酸转化升温的方法，其特征在于：所述的电加热装置的壳体为316L不锈钢密封焊接，大型折弯机折弯，并用高温螺杆将δ＝3mm高温不锈钢分块压制后的盘状构件固定于壳体外表面。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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