硫磺制酸装置焚硫炉在线更换磺枪可行性研究_杨义明.pdf

工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications74 第49卷第4期2023年4月工业上的硫酸生产以硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸为主，而硫磺制酸因其投资仅为硫铁矿制酸的一半左右，而且水、电等公用工程消耗和人工费、操作费用低，几乎没有废渣和废液排放，有利于保护环境，建成清洁文明工厂1，是最经济的方式。随着工艺技术、设备结构及材质的不断优化改进，HRS余热回收技术的应用、低压发电的引入、规整填料的更新换代以及计算机生产管理技术的日趋成熟，推动了硫磺制酸生产技术朝着大型化、精细化不断发展，目前已具备建设100万 t/a 的大型化装置能力，进一步提高了劳动生产率，降低生产成本，在硫酸生产行业有着越来越广泛的应用，特别是在磷复肥、饲料氢钙等企业，硫磺制酸基本作为首选硫酸生产方式。在磷复肥、饲料氢钙企业的生产经营中，硫酸装置为龙头装置，其装置运行的好坏至关重要，决定了后系统的用酸及蒸汽平衡，特别是单系统生产的运作模式，装置一旦停车，将导致整个生产链的中断，造成全线停车，对企业的生产经营具有极大的影响，同时，因生产特性使然，硫酸装置最忌讳频繁停车。一方面，在停、开车过程，较大的温度波动，频繁地热胀冷缩变化，形成交变应力，造成热力系统设备焊缝及衬砖拉裂、干吸系统设备内衬脱落和法兰密封失效等现象，每次开车后，都需要花费很长一段时间对高温过热器、省煤器等设备、管道进行多次带压堵漏处理，具有较大的安全风险；另一方面，频繁的停车、开车，会使转化触媒受损，转化率降低，影响酸吸收和尾气排放指标，造成产能下降，增加环保压力，因 此，从生产经营需求及装置安全考虑，装置的长周期稳定运行尤显重要。要保持装置的长周期运行，除了选用成熟稳定的生产工艺、控制系统、可靠的设备等硬件以及员工精心操控外，还必须切实做好设备“四懂三会”培训工作，在熟知设备原理、性能、构造、工艺的基础上，能正确鉴别设备故障，在不停车情况下就能处理的问题就尽量不停车。焚硫工序是硫磺制酸装置的核心工序，目的是将硫氧化生成 SO2，主要是将精制液硫通过精硫泵加压后，经硫磺喷枪机械雾化而喷入焚硫炉与来自干燥塔的干燥空气充分混合焚烧，形成所需的高温 SO2气体。而焚硫炉作为工序核心设备，其运行的好坏影响着整套装置的工作的成败。目前产能在30万 t/a 以上的硫磺制酸装置，基本采用喷雾式焚硫炉设计：空气进口采用双螺旋结构的进气装置，炉头设有大蜗形旋流装置，旋流装置中间放置数根磺枪，从而在保证液硫充分燃烧的前提下，提高了焚硫炉的容积热强度2，其具有结构简单、容积热强度高，不需另设加压风机等优点，节省了动力消耗，简化了流 程3。但在实际生产过程中，尽管设计上采取了先进的叶片式过滤机、增加管道过滤器等多种手段，以控制液硫灰分在生产指标范围内，但仍不可避免地会出现因液硫磺枪堵塞、喷嘴孔径磨损雾化效果差造成装置不能正常、稳定、满负荷运行而停车的情况。因对焚硫炉配风系统的理解差异，大多生产企业直观认为在线更换磺枪在拆装过程中，存在炉火外窜引发安全摘要：通过对硫磺制酸装置焚硫炉的结构及设计原理进行分析，提出在装置运行过程中，焚硫炉液硫磺枪堵塞、喷嘴孔径磨损导致雾化效果差或喷枪泄漏时进行在线安全更换磺枪的可行性，减少不必要的被动停车，为装置“安、稳、长、满、优”运行创造条件。关键词：硫酸制酸；焚硫炉；在线更换；长周期中图分类号：TQ111.16文献标志码：A文章编号：10036490（2023）04007403Study on the Feasibility of Online Replacement of Sulfur Lance in Sulfur Incinerator of Sulfur-Burning Sulphuric Acid PlantYang Yi-mingAbstract:Based on the analysis of the structure and design principle of the sulfur incinerator in the sulfur-burning sulphuric acid plant,it is proposed that during the operation of the plant,the feasibility of online safe replacement of the sulfur lance in case of poor atomization effect or nozzle leakage due to the blockage of the sulfur lance in the sulfur incinerator liquid and the wear of the nozzle aperture,so as to reduce unnecessary passive shutdown,and create conditions for the“safe,stable,long,full and optimal”operation of the plant.Keywords:sulfuric acid production;sulfur incinerator;online replacement;long period硫磺制酸装置焚硫炉在线更换磺枪可行性研究杨义明（云南磷化集团有限公司，云南晋宁 650600）收稿日期：20230305作者简介：杨义明（1972），男，云南祥云人，工程师，主要从事化工机械与设备管理工作。工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 75第49卷第4期2023年4月事故的隐患，为稳妥起见，一般采取以下措施。（1）通过磺枪液硫输送压力、喷磺量变化情况和蒸汽夹套测温情况，初步判断各支磺枪堵塞情况：磺压不变，喷磺量减少，即喷头有堵；有滤网时，磺压降低，喷磺量减少即滤网堵。（2）现场操作人员穿戴好防护用品，与控制室做好信息联系工作，根据磺枪堵塞程度，从堵塞严重的磺枪开始，逐支进行疏通工作：短时间关闭磺枪液硫控制阀门，轻轻敲击炉头外磺枪夹套管部分，引起磺枪轻微振荡，然后迅速打开控制阀门，看能否使枪头堵塞物产生松动而被液硫带出（通过查看磺枪液硫输送压力、喷磺量变化情况判断）而恢复正常运行，该动作视情况重复几次尝试，实践证明，有30%的概率可通过这种方式恢复生产。（3）如尝试不能起到作用，则只有先维持低负荷生产然后进行系统计划停车更换磺枪处理，不得不中断装置长周期运行目标，承受停车带来的影响。有鉴于此，为减少因磺枪堵塞而被迫停车造成的影响，从喷雾式焚硫炉螺旋进风的结构原理分析入手，阐述在线更换磺枪的可行性。1 焚硫炉结构1）焚硫炉目前基本采用钢制卧式圆筒形结构，在炉体燃烧室前部设置螺旋涡流式进气装置，燃烧室内衬保温砖和耐火砖，上部安装防雨罩。如图1所示。油枪磺枪视镜雨罩壳体砌体4 200支座图1 焚硫炉结构2）为使硫磺和空气有充分混合的时间，炉内设置数道挡火墙。其中第一道在最下端开拱形孔，第二道墙在上部开一弓形孔，出气口设于炉子后端。3）为满足硫磺和空气能充分混合和燃烧，空气经螺旋涡流式进气装置与液硫同时喷洒入焚硫炉内，为避免升华硫的生成，再在两道挡墙之间设置二次风进口，使硫与空气的燃烧尽量充分。4）为保证燃烧完全和高效，关键在磺枪。不同硫磺喷枪的主要区别在雾化方式及喷入方式上。一般采用机械雾化形式，喷枪的设计应保证满足装置所需的喷硫量，且能形成易于雾化的微粒，喷雾角度大，雾化行程短且分散均匀。喷枪设有蒸气夹套，防止硫磺冷凝堵塞，如图2所示。安装法兰 HG20592PL250-0.25RF安装法兰 HG20592PL25-1.6RF蒸汽入口法兰 HG20592PL25-1.0RF蒸汽出口法兰HG20592PL25-1.0RF858533537576652 3351 9858516014014012-18跨中4-14跨中(3个法兰)图2 焚硫炉结构简图2 磺枪堵塞原因1）固体硫磺经过多次转运和堆存，不可避免地混入灰尘等杂质，这样运到现场实际灰分含量要达到0.5%1%，甚至达到3%，同时硫磺中可能混有大量的有机物2，杂质和有机物在液硫管线缩口处-磺枪部位凝结，越积越多，导致磺枪喷嘴口径变小或直接堵塞。2）磺枪夹套保温蒸汽泄漏、保温效果差，导致液硫冷凝、流动性差，造成磺枪堵塞。3）因生产经营调整，装置长时间低负荷运行，液硫输送压力较低，枪内液硫灰分沉积，造成磺枪堵塞。4）尽管通过采取先进的叶片式过滤机、增加管道过滤器等多种手段，液硫灰分基本都能控制在生产指标范围内，但经不起长时间的积累，仍存在磺枪堵塞的情况。3 在线更换磺枪可行性分析3.1 钢制卧式圆筒形焚硫炉螺旋进风结构分析螺旋进风装置安装在炉墙端部空气进入口，有导流作用。如图3所示，气流是分成两部分进入旋流装置：一部分从切向进口管进入圆筒，从小圆锥筒内旋转而出；而另一部分则穿过内外圆锥筒之间的空隙，空隙内装有几条螺旋叶片，气流进入后分别沿各槽道进行螺旋运动。通过旋流装置后，可加强早期混合过程，使气体在炉内剧烈旋转，造成切向扰动，有利于消除死角。气流气流图3 旋流装置3.2 螺旋涡流式进气原理采用双螺旋结构的进气装置，在进气过程中形成切向气道和螺旋气道组合，螺旋气道在后。切向气道是一部分干燥空气沿着切向进口管管壁切线方向进入小圆锥筒，在小圆锥筒内强烈收缩，引导气流以单边切线方向进入焚硫炉炉膛，造成进气涡流。螺旋气道则是另一部分干燥空气穿过内外圆锥筒之间的空隙，（下转第105页）化工教学化 工 设 计 通 讯Chemical TeachingChemical Engineering Design Communications 105第49卷第4期2023年4月问题的核心驱动力 J.现代远程教育研究，2022（2）：93-102.5 王一岩，郑永和.基于情境感知的学习者建模：内涵、特征模型与实践框架 J.远程教育杂志，2022，40（2）：66-74.6 顾雯，王娟.人工智能技术在汉语教学中的应用 J.软件导刊，2020，19（6）：39-43.7 黄荣怀，李敏，刘嘉豪.教育现代化的人工智能价值分析 J.国家教育行政学院学报，2021，285（9）：8-15,66.8 朱小琴，陈小虹.大数据环境下高职院校大学生的个性化培养与管理研究 以泉州经贸职业技术学院为例J.杨凌职业技术学院学报，2021，20（4）：57-62.9 张帆.高职艺术专业人才个性化培养策略分析 J.哈尔滨职业技术学院学报，2022（2）：90-92.10 王磊杰，曹静云.现代信息技术背景下技能人才个性化培养生态体系建设路径研究 J.漯河职业技术学院学报，2021，20（5）：95-97.11 王志凤.“人工智能+”视域下高职院校专业建设探索 J.教育与职业，2022，1021（21）：47-50.12 夏宝平.高职院校人工智能专业建设的探索 J.华东科技，2022（9）：131-133.13 农铮.基于人工智能视阈下的高职院校资源库建设路径探索 J.科学咨询（科技 管理），2022（13）：22-24.14 张玉军，赵世杰，赵艳，等.高职院校多元化考试模式在英语教学中的应用 J.科技创新导报，2017，14（2）：226-227.15 吴佩如.高职院校智能化课酬管理系统的设计与应用J.科教文汇（中旬刊），2020（11）：115-116.16 姜海晨.“智能+”信息技术科创中心建设的研究与实践 J.中国新通信，2022，24（21）：146-148.通过空隙内装有的螺旋叶片，分别沿各槽道围绕焚硫炉轴线进行螺旋运动进入炉膛，在相同的涡流水平下获得更高的流量系数。3.3 双螺旋结构的进气装置进气涡流就是在进气过程中，使充入炉膛的干燥空气在炉膛内