预热炉间接升温在硫酸装置中的应用

王 魁，刘 彬

（徐州燃控科技股份有限公司，江苏徐州 221004）

预热炉间接升温在硫酸装置中的应用

王 魁，刘 彬

（徐州燃控科技股份有限公司，江苏徐州 221004）

对烟道气直接升温、预热炉间接升温和电炉升温3种升温方式的特点进行了比较，详细介绍了预热炉间接升温装置的主要设备及工作原理，并以广西金川公司的应用实例分析了该技术在硫酸装置中的应用情况。

热风炉；换热器；硫酸装置

在硫酸生产过程中,必然要经历二氧化硫在钒催化剂上氧化成三氧化硫的环节。由于钒催化剂需要达到一定的温度(起燃温度约400℃)才能显示出活性,所以在开车期间必须从外部引入热量对系统进行预热升温。目前硫酸装置主要有3种升温方式:烟道气直接升温、预热炉间接升温和电炉升温[1]。随着制酸规模的快速发展,预热炉间接升温的升温方式越来越多地受到设计院及用户的青睐,应用在硫酸装置中。

1 三种升温方式的比较

三种升温方式[2]的比较如下：

1）烟道气直接升温是利用柴油或天然气等燃料燃烧产生的热烟气直接通过烟道给转化器升温,缺点是易造成后期设备的露点腐蚀和催化剂寿命的缩短,现在很少使用。

2)电炉升温是利用系统在线电炉加热气体对系统进行升温,特点是节能、升温快、阻力小,但由于受到电炉功率、发热元件使用寿命、运行成本等因素的限制,较多地使用在200 kt/a以下硫酸装置中。

3）预热炉间接升温是利用在燃烧炉内燃烧生成的热烟气通过换热器将工艺气加热给转化器升温,特点是设备操作简单、热效率高、调节性强、对电网冲击低等优点。

2 预热炉间接升温装置介绍

2.1 工作原理

预热炉间接升温装置主要包括热风炉、换热器、燃烧风机、稀释风机、控制柜、燃烧阀组等设备。通过热风炉燃烧天然气或柴油产生的700℃热烟气,将预热器中的空气/工艺烟气加热到520℃(＜550℃),从而加热转化器中触媒层的温度,使其温度达到触媒所必需的起燃温度[3]。预热炉间接升温系统见图1。

图1 预热炉间接升温系统

2.2 主要设备

1)热风炉。热风炉主要由燃烧器和炉体2部分组成(图2)。燃料在燃烧室中充分燃烧后生成的热烟气与混合室内部的旋流稀释风强烈的剪切、拉伸、搅拌，最后在炉尾处形成700℃以下的热烟气。燃烧器设有旋流稳焰器,炉体采用夹层通风和内切耐火砖相结合的结构形式，稀释冷却风从燃烧室外夹层进入炉体内,该结构不仅保证火焰稳定高效燃烧,又保证了炉壁温度≤50℃。

图2 热风炉现场

燃烧室耐火材料采用组织结构好、抗蠕变性好、抗热震、抗浸蚀、耐磨性能好的热风炉专用耐火砖。耐火砖各理化指标见表1,保温砖各理化指标见表2。

表1 耐火砖理化指标

表2 保温砖理化指标

2)换热器。换热器采用立式圆筒列管式结构(图3),主要由下气室、筒体、换热管、上气室、烟囱等组成。热烟气从下气室进气,进口温度700℃,出口放空温度300℃;空气/工艺气(含SO2烟气)进口温度75℃,空气/工艺气(含SO2烟气)出口温度520℃(＜550℃)。换热器采用管壳间壁换热方式。换热管采用20#渗铝管,其进口设有耐高温陶瓷保护套;下气室内部使用耐火保温材料,外部使用硅酸铝保温材料。

图3 换热器

3 预热炉间接升温应用实例

广西金川有色金属有限公司1 600 kt/a硫酸项目由中国某公司整体设计,2013年5月成功开车。转化工段升温装置采用徐州燃控科技股份有限公司提供的2台预热炉间接升温装置。具体工艺参数如下：被加热工艺气流量为5×104m3/h;燃烧炉功率为11 MW;换热器换热面积为1 900 m2;燃烧风机型号9-19№10.5D Y4-55 kW;稀释风机型号 W9-26-13№13.5D Y2-355M-4/250 kW;开车升温时间72 h。预热炉间接升温系统见图4。

图4 预热炉间接升温系统

4 结语

随着制酸规模的不断扩大,400 kt/a以上的大型硫酸装置越来越多。鉴于预热炉间接升温一次性投资及运行费用低、设备操作简单、热效率高、调节性强、技术成熟、对电网冲击低等优点,这种在大中型制酸装置中使用预热炉间接升温方式,已在国内大型冶炼厂、硫酸厂广泛使用。

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

[2] 重有色冶金炉编写组.重有色冶金炉[M].北京:冶金出版社,2000.

[3] 工业炉设计手册编写组.工业炉设计手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

Application of Indirect Temperature Rise of Preheating Furnace in Sulfuric Acid Device

WANG Kui,LIU Bin
(Xuzhou Combustion Control Technology Co.,Ltd.,Xuzhou,Jiangsu 221004,China)

3 temperature rise methods are compared in this paper,such as flue gas direct temperature rise,indirect temperature rise of preheating furnace and temperature rise of electric furnace,the paper introduces main equipment and working principles of indirect temperature rise device of preheating furnace,and analyzes application of this technology in sulfuric acid device by taking application of technology in Guangxi Jinchuan Company as an example.

hot air stove;heat exchanger;sulfuric acid device

TF806

B

1004-4345(2015)01-0023-02

2014-12-29

王 魁(1979—),男,工程师,主要从事工程设计方面的工作。