0 前言

河南豫光锌业有限公司一期、二期18万t/a锌烟气制酸系统的转化工序均采用了“Ⅲ、Ⅰ—Ⅴ、Ⅵ、Ⅱ”的五段转化流程, 操作中采用现场操作与DCS集散控制相结合, 整个系统配置较为合理.投产以来, 各项工艺指标不断得到优化, 取得了较好的环保和经济效益, 现将转化流程作一探讨.

1 五段转化与四段转化的比较

五段转化是在四段转化的基础上发展起来的.与四段转化器相比, 五段转化有两大优点:

(1) 五段转化对催化剂活性的要求相对较低, 国产催化剂可普遍适用.五段比四段在二转上多了一段转化, 且该段是在四段转化之后再次降温转化, 提高了平衡转化率; 从系统配置的角度来说, 两段催化床层还是要比一段更可靠.因此, 国产催化剂大都能使转化率达到99.5%以上, 可以确保尾气达标排放.与进口催化剂相比, 国产催化剂可使投资大为降低.

(2) 五段转化器对SO₂浓度变化的适应范围更宽.过去Ⅴ换、Ⅵ换在二转进气管路排列大多是串联, 而今很多已改成并联(见图 1、图 2), 这样设置的好处是:进入Ⅵ换的冷气体量是可调的.当SO₂浓度较高时, 可以打开阀门加大Ⅵ换的进气量, 降低五段催化床层的进气温度, 利于提高总转化率; 当SO₂浓度较低时, 可以关小阀门减少Ⅵ换进气量, 稳定五段催化床层的温度, 既能保证稳定的转化率, 又利于降低催化剂的“热活性衰退”效应.

因此, 五段转化在工艺操作上比四段灵活, 对催化剂质量和SO₂浓度波动适应范围更广, 更适合中小型冶炼企业应用.

2 两种五段转化换热流程的比较

五段转化大多采用“Ⅲ、Ⅰ—Ⅴ、Ⅵ、Ⅱ”或“Ⅴ、Ⅵ、Ⅰ—Ⅲ、Ⅱ”这两种换热流程.河南豫光锌业有限公司锌冶炼系统采用了前者, 铅冶炼系统采用了后者, 经观察比较两种换热流程不同的操作特点, 认为主要有两点区别, 分述如下:

(1) 在开车初始阶段, 前者更有利于转化器升温调温, 从开车升温到转化率达标之间的过渡期较短.在转化器通入空气的升温阶段, 这种差别并不明显.但在通入炉气后的升温、调温阶段, 前者使得在“一转”和“二转”上配置的电炉均可以满负荷工作.但后者却使“一转”上的电炉容量“显得太大”, 因而不能充分利用; “二转”上的电炉容量显得过小而不够用.这是因为前者的配置使得“一转”和“二转”的升温烟气管路相对独立, 两段电炉均可开足马力尽快升温调温; 而分析后者的配置可以发现, 其一转升温烟气走的是Ⅴ换、Ⅰ换(此时关闭Ⅵ换利于升温, 工艺上相当于“四段转化”), 一段催化床层进口烟气由于有Ⅴ换加温而升温较快(相当于“二转”上的电炉热量被“转移”到了“一转”, 实际上是“二转”为“一转”加温.), 为避免一段床层进口温度过高, 一转电炉的投入量就必须控制; 而“二转”升温烟气走的是Ⅲ换、Ⅱ换, 此时转化器三段、二段床层的温度尚低, 对炉气预热效果有限, “二转”上电炉容量就显得不够.加大“二转”电炉的配置容量虽能缓解这个问题, 但却会增加设备投资(“一转”电炉的容量并不能相应减少, 否则空气升温时太慢).从炉气通入到转化率达标, 两套系统相比, 18万t/a硫酸反而较6万t/a硫酸系统的时间缩短1h左右, 就是因为换热方式的不同.

(2) 前者比后者对SO₂烟气浓度波动变化适应的范围较宽.转化工艺操作的关键是保持各段催化床层温度稳定, 而床层温度稳定的核心则是保持一段和四段床层进气温度的稳定.当炉气中SO₂浓度波动变化时, 最常见的问题是气浓高时, 一段床层因进气温度偏高而超温; 气浓低时, 四段床层进气温度不够而需要补热.一般情况下, 两种流程都能正常操作调节, 但当气浓出现较大波动时, 后者更容易出现一段超温或四段热量不足.由于在转化工段的气体换热器中, 通常Ⅴ换最大, Ⅲ换次之, 因此, Ⅲ换、Ⅰ换和Ⅴ换、Ⅱ换搭配分别用以加热一段、四段进口烟气, 比之Ⅴ换、Ⅰ换和Ⅲ换、Ⅱ换搭配, 更有助于解决一段超温或四段欠温的问题(Ⅳ换因面积太小其对烟气的加热作用可以忽略).在实际生产中, 锌系统的“Ⅲ、Ⅰ—Ⅴ、Ⅵ、Ⅱ”流程当SO₂浓度在6.5%~9.0%之间时, 转化都可正常操作; 铅系统的“Ⅴ、Ⅵ、Ⅰ—Ⅲ、Ⅱ”流程当SO₂浓度高于8.5%或低于6.8%时就有可能出现超温或欠温问题.

3 结语

在冶炼烟气制酸系统中, 每个单位都有不同的工艺特点, 各自也都有一些独特的生产经验.但工艺原理是相通的, 理论和实践也是在不断向前发展的.若能把各自的生产经验和独到的见解进行分析比较, 互相交流, 对于共同提高我国的硫酸生产水平, 有着积极的意义.