酸性气燃烧炉配风方案探讨

尚玉霞

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

酸性气燃烧炉配风方案探讨

尚玉霞

(洛阳三隆安装检修有限公司，河南洛阳 471012)

着重介绍了目前酸性气燃烧炉的配风方案的控制原理及存在问题，针对存在的问题提出改进方案并介绍了改进方案的控制原理及特点。

配风;反馈;前馈

洛阳石化四联合4万t/a硫黄回收装置目前采用的制硫方法是部分燃烧法，即将全部酸性气引入酸性气燃烧炉，按烃类完全燃烧和1/3H2S完全燃烧生成SO2进行配风。反应结果酸性气燃烧炉内约有65%的H2S转化为单质硫，余下约35%的H2S中有1/3燃烧成SO2，2/3保持不变。酸性气燃烧炉内反应剩余的H2S、SO2进入转化器，在催化剂作用下进一步发生反应生成单质硫，为H2S最大限度转化为硫黄创造条件。

1 风气比对硫黄回收装置的影响

风气比是指进入酸性气燃烧炉的气体中空气和酸性气的体积比值。在酸性气组分的含量已确定时，可按化学反应的理论需氧量计算风气比。

在克劳斯反应过程中，空气量不足或过量均会使转化率降低，但空气不足比空气过量对硫转化率影响更大。风气比与硫转化率关系如表1所示。

表1 风气比与硫转化率的关系 %

由表1可知酸性气燃烧炉配风调节控制是硫黄回收装置生产的关键，直接影响着装置的平稳运行、总硫转化率及硫黄产品质量。严格控制酸性气燃烧炉配风的目的是为了装置能获得最高硫转化率，以降低尾气净化工段的加氢负荷。为了得到最高的硫回收率，使尾气净化加氢反应器中过程气H2S/SO2=2(体积比)是必不可少的。因此供给酸性气燃烧炉合适的风量是十分重要的，如空气不足将产生过剩的H2S，如空气过量引起SO2过剩，这二者都将导致克劳斯工段硫回收减少。

2 酸性气燃烧炉的配风方案

目前酸性气燃烧炉配风是通过对主空气流量的比值控制和对微调空气流量的串级控制的组合来实现的，后者提供为更精细的空气流量调节。

2.1 主调风控制

酸性气流量和进系统粗氨气流量通过加法器加和作为主参数，乘上比值系数K，作为主调风调节器的给定值，调节系统主调风流量，即：形成以酸性气流量与粗氨气流量加和值为主参数，主调风流量为副参数的单闭环比值调节控制，控制方框图见图1。

图1 主调风控制方框图

2.2 微调风控制

通过H2S/SO2在线分析仪检测出尾气中H2S和SO2浓度，H2S/SO2不等于2时，由在线分析仪测量值所属的调节器的输出值为主参数，作为微调风调节器的给定值，通过微调风控制阀调整微调风流量，即：形成以在线分析仪所属的调节器输出值为主参数，以微调风调节器为副参数的串级调节控制。微调风控制方块图见图2。

图2 微调风控制方块图

3 目前配风方案存在问题及原因分析

3.1 存在问题

按照目前配风方案进行控制无论怎么调整PID都难以使H2S/SO2比值达到稳定的理想值，严重滞后。检查调节阀及测量仪表均正常。

3.2 原因分析

①硫黄回收装置为下游装置，原料酸性气成分比例随时在变，相同体积、不同成分的酸性气完全燃烧所需风量是不同的，而主调风比值自开工至今一直没有改变，所以简单的靠单一不变的比值去控制主调风是不对的。②H2S/SO2比值分析仪是在安装在捕集器出口尾气管线上，即：酸性气经过燃烧炉燃烧后要经过一级、二级、三级冷凝冷却器，一级、二级反应加热器，捕集器后才被比值分析仪测量，微调风流量与H2S/SO2比值测量之间的工艺冗长复杂，所以简单的通过捕集器出口过程气的H2S/SO2的比值来串级控制微调风流量势必会出现严重滞后。③起初设计的配风量是按烃类完全燃烧和1/3 H2S生成SO2来控制80%的风量(主调风)，按克劳斯尾气中H2S/SO2=2控制20%的风量(微调风)。也就是默认为酸性气在配风控制中起主要作用而H2S/SO2比值在配风控制中起次要作用。但在实际配风控制中，酸性气和过程气对配风量多少的要求是没有主次之分的，更不会按照某一个一定的比例确定其在整个控制过程中的作用，所以通过酸性气控制主调风，过程气控制微调风的控制方案是不可行的。

4 对酸性气燃烧炉配风方案的改进思路

4.1 改进后的配风方案

针对酸性气燃烧炉配风方案存在的问题，提出配风方案控制方块图，见图3。

图3 改进配风方案控制方块图

4.2 改进后的配风方案控制说明

该控制方案由前馈控制与反馈控制组成，前馈控制主要用于调节酸性气与粗氨气流量变化时所需空气量的补偿，反馈控制主要用于原料酸性气组分变化时所需空气量的补偿。

当酸性气与粗氨气流量变化时必然要求空气量变化，以酸性气流量增加为例，假设酸性气成分未改变，所以微调风调节器给定值增加，由于微调风调节器是反作用，所以微调风调节阀开大;同时由于微调风调节器输出增大，导致主调风调节器测量增大，由于主调风调节器为正作用，所以主调风调节阀亦开大，此时微调风调节阀阀位并非最佳阀位，经过延时器延时，酸性气流量变化转化为主调风调节器的给定值输入到主调风调节器，经过调节，主调风的测量值也就是微调风调节器的输出值会慢慢回到一个新的与此酸性气负荷相适应的阀位。

该控制方案还要求每天定时分析原料酸性气的组分，操作人员通过分析结果给定新的K值。而实际酸性气中H2S是随时可能变化的，即使酸性气总量不变，只要H2S成分变化，也会引起进酸性气燃烧炉的配风量不适应，从而改变尾气中H2S含量，这将由控制方案中的反馈部分来进行补偿，以酸性气H2S组分增加为例，H2S/SO2在线分析仪测量势必会增加，假设酸性气量不变，微风调节器给定值增加，由于微调风调节器反作用，所以微调风调节阀开大，即微调风调节器输出增大，主风调节器测量增大，由于主调风调节器是正作用，所以主调风调节阀亦开大，即主调风流量与微调风流量均增大，同时由于酸性气负荷未变，所以经过主风调节器调节，微调风调节阀会自动回到以前的开度。

4.3 改进后的配风方案控制特点

酸性气负荷变化而组分不变化时，先由支路空气调节器来快速响应以提供实际需要的空气量，经过延时器延时后，再由主调风调节器来慢速调节，支路调节阀的开度自动调整到与此负荷相适应的最佳开度。

酸性气负荷不变而组分变化时，通过反馈控制回路输出的变化来修正理论空气量，使微调风空气给定值变化而自动调整空气量。

当然该控制方案只能修正酸性气组分的较小波动，如果出现酸性气组分的大幅变化，只能通过修改K值来完成。

5 结束语

综上所述，目前使用的酸性气燃烧炉的配风方案不能满足控制要求，而本文提出的控制方案具有可靠的理论基础及可操作性，只要通过不断的实践为控制方案提供操作数据，对K值及调节器PID参数进行调整就可以投用生产。

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1003-3467(2012)09-0044-03

2012-04-03

尚玉霞(1968-)，女，助理工程师，从事仪表维护工作，电话：13903886347。