本实用新型涉及硫酸生产及余热回收技术领域，尤其涉及硫磺制酸、冶炼烟气制酸、硫铁矿制酸及其他用SO2烟气制取硫酸的技术领域，还适用于其他具有放热性质的化学反应工程相关的技术领域，具体地说是一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸装置。
背景技术：
硫酸生产中高浓度转化技术一直是行业难题，在有色冶炼烟气制酸领域，随着有色金属富氧技术的进步，现代冶炼炉生产的二氧化硫浓度（体积）高达20%～40%且烟气量和二氧化硫浓度有较大波动。在烟气制硫酸的过程中，SO2转化为SO3是一种放热反应，二氧化硫浓度越高，转化后的烟气温度就越高。受平衡转化率及触媒耐温的限制，目前常规浓度二氧化硫烟气转化工艺，通常加空气将烟气二氧化硫浓度稀释至<12%左右进行两次转化两次吸收。采用常规转化工艺转化工段及干吸工段的设备庞大，不利于热量综合回收，相应的投资及运行成本将增加约20%。因此，硫酸生产中高浓度转化技术已经成为目前冶炼烟气制酸领域的重点课题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸装置；该装置利用反应平衡原理，能够处理烟气中含SO2浓度为11%～20%的烟气；能够解决触媒耐温、平衡转化率低及烟气SO2浓度波动的技术难题，以提高热量回收，降低运行成本及工程投资。
本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：
一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸装置，包括SO2风机和转化器，其特征在于：所述的转化器包括多层传统触媒层且在传统触媒一层的上方设置一预转化触媒层，SO2风机的出口管道依次与初始冷热换热器、初始热热换热器相连后分别与传统触媒一层和预转化触媒层的进气口相连接，且在传统触媒一层的进气管上设有调节阀门，通过调节阀门能够调整进入预转化触媒层处理的烟气量和直接进入传统触媒一层的烟气量；该装置使用时，通过SO2风机输入的含SO2浓度为11%～20%的烟气依次经初始冷热换热器和初始热热换热器换热后达到触媒的起燃温度，当烟气中的SO2浓度为14.5%～20%时，则达到起燃温度的高浓度SO2烟气全部进入预转化触媒层进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO2平衡转化率前离开预转化触媒层并经降温后进入传统触媒一层，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；当烟气中的SO2浓度为11%～14.5%时，则达到起燃温度的高浓度SO2烟气部分进入预转化触媒层进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO2平衡转化率前离开预转化触媒层，并经降温后和剩余部分的高浓度SO2烟气混合后进入传统触媒一层，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程。
所述预转化触媒层的后侧设有能够产生中、低压蒸汽的余热锅炉，余热锅炉分别通过管道与预转化触媒层的出气口和传统触媒一层的进气口相连接，且余热锅炉能够使得预转化触媒层处理后的烟气降温到传统触媒一层的设定温度，该设定温度范围为400℃～460℃。
所述余热锅炉前侧的管道上设有旁路控温阀，旁路控温阀设置在余热锅炉的烟气进管和烟气出管之间，通过旁路控温阀的设置能够对余热锅炉降温到传统触媒一层前的烟气温度进行调节。
所述的预转化触媒层全部处理后进入传统触媒一层、或者部分处理并和未经处理的高浓度SO2烟气混合后进入传统触媒一层的SO2浓度＜11%。
所述调节阀门的开度大小与传统触媒一层的出气口温度大小呈反比，当传统触媒一层的出气口温度超过550℃时，则调节阀门的开度变小，直至传统触媒一层的出气口温度达到620℃时则关闭调节阀门，使得经两次换热后的高浓度SO2烟气全部进入预转化触媒层进行处理。
所述的转化器包括预转化触媒层、传统触媒一层、传统触媒二层、传统触媒三层、传统触媒四层，传统触媒一层的出气口和传统触媒二层的进气口分别通过管道与初始热热换热器相连接，传统触媒二层的出气口和传统触媒三层的进气口分别通过管道与层间热热换热器相连接，传统触媒三层的出气口和中间吸收塔的进气口分别通过管道与初始冷热换热器相连接，中间吸收塔的出气口依次与层间冷热换热器和层间热热换热器相连后与传统触媒四层的进气口相连接，传统触媒四层的出气口通过管道与层间冷热换热器相连后与最终吸收塔相连接。
所述触媒的起燃温度为380～400℃。
所述预转化触媒层采用的触媒为钒触媒、铯触媒或两者分层混合而成。
本实用新型相比现有技术有如下优点：
本实用新型通过加设预转化触媒层、调节阀门以及和预转化触媒层配套设置的带旁路控温阀的余热锅炉，将烟气中的SO2浓度分为11%～14.5%和14.5%～20%两个范围，采用一套装置两种方案进行处理，使得经过预转化触媒层全部或部分处理进入进入传统触媒一层的烟气中含SO2浓度＜11%，然后进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；与常规的二氧化硫烟气中含SO2浓度为11%～12%的常规转化工艺相比较，采用该可调节预转化制硫酸装置能够使进入转化系统的烟气SO2浓度在11%～20%进行波动，进入制酸的烟气量少约20～35%，设备投资减少约20%，运行成本降低约20%，同时更能适应冶炼方法及原料变化带来的烟气中SO2浓度波动的带来的影响。
附图说明
附图1为本实用新型的高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸装置的结构示意图。
其中：1—SO2鼓风机；2—初始冷热换热器；3—初始热热换热器；4—调节阀门；5—转化器；50—预转化触媒层；51—传统触媒一层；52—传统触媒二层；53—传统触媒三层；54—传统触媒四层；6—余热锅炉；7—层间热热换热器；8—中间吸收塔；9—层间冷热换热器；10—最终吸收塔；11—旁路控温阀。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示：一种高浓度二氧化硫烟气二元可调节预转化制硫酸装置，包括SO2风机1和转化器5，转化器5包括预转化触媒层50、传统触媒一层51、传统触媒二层52、传统触媒三层53、传统触媒四层54，传统触媒一层51的出气口和传统触媒二层52的进气口分别通过管道与初始热热换热器3相连接，传统触媒二层52的出气口和传统触媒三层53的进气口分别通过管道与层间热热换热器7相连接，传统触媒三层53的出气口和中间吸收塔8的进气口分别通过管道与初始冷热换热器2相连接，中间吸收塔8的出气口依次与层间冷热换热器9和层间热热换热器7相连后与传统触媒四层54的进气口相连接，传统触媒四层54的出气口通过管道与层间冷热换热器9相连后与最终吸收塔10相连接。在传统触媒一层51的上方设置一预转化触媒层50，SO2风机1的出口管道依次与初始冷热换热器2、初始热热换热器3相连后分别与传统触媒一层51和预转化触媒层50的进气口相连接，且在传统触媒一层51的进气管上设有调节阀门4，通过调节阀门4能够调整进入预转化触媒层50处理的烟气量和直接进入传统触媒一层51的烟气量，调节阀门4的开度大小与传统触媒一层51的出气口温度大小呈反比，当传统触媒一层51的出气口温度超过550℃时，则调节阀门4的开度变小，直至传统触媒一层51的出气口温度达到620℃时则关闭调节阀门4，使得经两次换热后的高浓度SO2烟气全部进入预转化触媒层50进行处理；该装置使用时，通过SO2风机1输入的含SO2浓度为11%～20%的烟气依次经初始冷热换热器2和初始热热换热器3换热后达到触媒的起燃温度（380～400℃），当烟气中的SO2浓度为14.5%～20%时，则达到起燃温度的高浓度SO2烟气全部进入预转化触媒层50进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO2平衡转化率前离开预转化触媒层50并经降温后进入传统触媒一层51，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；当烟气中的SO2浓度为11%～14.5%时，则达到起燃温度的高浓度SO2烟气部分进入预转化触媒层50进行转化反应，经转化反应升温在烟气达到SO2平衡转化率前离开预转化触媒层50，并经降温后和剩余部分的高浓度SO2烟气混合后进入传统触媒一层51，开始进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；在上述过程中，经预转化触媒层50全部处理后进入传统触媒一层51、或者部分处理并和未经处理的高浓度SO2烟气混合后进入传统触媒一层51的SO2浓度＜11%。
在上述装置中，预转化触媒层50采用的触媒为钒触媒、铯触媒或两者分层混合而成；在预转化触媒层50的后侧设有能够产生中、低压蒸汽的余热锅炉6，余热锅炉6分别通过管道与预转化触媒层50的出气口和传统触媒一层51的进气口相连接，且余热锅炉6能够使得预转化触媒层50处理后的烟气降温到传统触媒一层51的设定温度，该设定温度范围为400℃～460℃；另外在余热锅炉6前侧的管道上设有旁路控温阀11，旁路控温阀11设置在余热锅炉6的烟气进管和烟气出管之间，通过旁路控温阀11的设置能够对余热锅炉6降温到传统触媒一层51前的烟气温度进行调节。
本实用新型的装置使用时，来自外界的含SO2浓度为11%～20%的烟气经SO2鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与转化器5的传统触媒三层53的出口热烟气进行换热，换热后的SO2烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51的出口热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后，换热后的SO2烟气全部（或部分烟气）进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到400℃～460℃的温度后，与调节阀门4后的部分（或无）烟气混合后进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中含SO2浓度<11%，进入预转化触媒层50的烟气量和进入传统触媒一层51的烟气量受调节阀门4的控制，此后即为常规的“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程：经传统触媒一层51转化后的热烟气进入初始热热换热器3降温后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温后进入中间吸收塔8吸收SO3生产硫酸和降温，之后进入层间冷热换热器9和传统触媒四层54出口的热烟气进行换热，换热后的SO2烟气再次进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度达到触媒的起燃温度后进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温后，进入最终吸收塔10吸收SO3生产硫酸。
实施例一：
河南某黄金冶炼企业，黄金冶炼项目的冶炼烟气（冶炼炉满负荷全部开动时，工况一），含SO2体积浓度为16.5%，含O2体积浓度为13%，烟气流量为100000Nm3/h.采用本实用新型的预转化制硫酸装置的过程如下：来自外界的含SO2浓度为16.5%、温度为80℃的烟气经SO2鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与传统触媒三层53出口的热烟气进行换热温度升至200℃，换热后的SO2烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51出口的热烟气进行换热，经两次换热后的SO2烟气温度升至410℃，换热后的SO2烟气全部进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到450℃后，进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中的SO2浓度为10%左右；传统触媒一层51出口的热烟气进入初始热热换热器3降温至440℃后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温至430℃后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温至180℃后进入中间吸收塔8吸收SO3生产硫酸并降温至70℃进入层间冷热换热器9，与传统触媒四层54出口的热烟气进行换热温度升至250℃，换热后的SO2烟气再进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO2烟气进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温至170℃后，进入最终吸收塔10吸收SO3生产硫酸。
实施例二：
河南某黄金冶炼企业，黄金冶炼项目的冶炼烟气（冶炼炉部分设备开动时，工况二），SO2体积浓度为13%，O2体积浓度为13.5%，烟气流量为110000Nm3/h.采用本实用新型的预转化制硫酸装置的过程如下：来自外界的含SO2浓度为13%、温度为80℃的烟气经SO2鼓风机1加压后进入初始冷热换热器2，与传统触媒三层53出口的热烟气进行换热温度升至260℃，换热后的SO2烟气再进入初始热热换热器3，与传统触媒一层51出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO2烟气中有75%的烟气进入预转化触媒层50进行转化反应，反应后的烟气经余热锅炉6降温到430℃后，与通过调节阀门4直接输入的SO2浓度为13%、流量为25%的烟气混合后温度降至428℃，混合烟气进入传统触媒一层51再进行转化反应，此时进传统触媒一层51的烟气中的SO2浓度为9%；传统触媒一层51出口的热烟气进入初始热热换热器3降温至440℃后进入传统触媒二层52进行转化反应，经传统触媒二层52反应后的热烟气进入层间热热换热器7降温至435℃后进入传统触媒三层53进行转化反应，经传统触媒三层53反应后的热烟气进入初始冷热换热器2降温至180℃后进入中间吸收塔8吸收SO3生产硫酸并降温至70℃进入层间冷热换热器9，与传统触媒四层54出口的热烟气进行换热温度升至300℃，换热后的SO2烟气再进入层间热热换热器7，与传统触媒二层52出口的热烟气进行换热，经两次换热后的烟气温度升至410℃，换热后的SO2烟气进入传统触媒四层54进行转化反应，反应后的烟气经层间冷热换热器9降温至160℃后，进入最终吸收塔10吸收SO3生产硫酸。
本实用新型通过加设预转化触媒层50、调节阀门4以及和预转化触媒层50配套设置的带旁路控温阀11的余热锅炉6，将烟气中的SO2浓度分为11%～14.5%和14.5%～20%两个范围，采用一套装置两种方案进行处理，使得经过预转化触媒层50全部或部分处理进入进入传统触媒一层51的烟气中含SO2浓度＜11%，然后进行常规“31-42”3+1两转两吸制酸常规流程；与常规的二氧化硫烟气中含SO2浓度为11%～12%的常规转化工艺相比较，采用该可调节预转化制硫酸装置能够使进入转化系统的烟气SO2浓度在11%～20%进行波动，进入制酸的烟气量少约20～35%，设备投资减少约20%，运行成本降低约20%，同时更能适应冶炼方法及原料变化带来的烟气中SO2浓度波动的带来的影响。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。