酸性氣燃燒爐配風方案探討

尚玉霞

(洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽 471012)

酸性氣燃燒爐配風方案探討

尚玉霞

(洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽 471012)

著重介紹了目前酸性氣燃燒爐的配風方案的控制原理及存在問題，針對存在的問題提出改進方案并介紹了改進方案的控制原理及特點。

配風;反饋;前饋

洛陽石化四聯(lián)合4萬t/a硫黃回收裝置目前采用的制硫方法是部分燃燒法，即將全部酸性氣引入酸性氣燃燒爐，按烴類完全燃燒和1/3H2S完全燃燒生成SO2進行配風。反應結(jié)果酸性氣燃燒爐內(nèi)約有65%的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，余下約35%的H2S中有1/3燃燒成SO2，2/3保持不變。酸性氣燃燒爐內(nèi)反應剩余的H2S、SO2進入轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下進一步發(fā)生反應生成單質(zhì)硫，為H2S最大限度轉(zhuǎn)化為硫黃創(chuàng)造條件。

1 風氣比對硫黃回收裝置的影響

風氣比是指進入酸性氣燃燒爐的氣體中空氣和酸性氣的體積比值。在酸性氣組分的含量已確定時，可按化學反應的理論需氧量計算風氣比。

在克勞斯反應過程中，空氣量不足或過量均會使轉(zhuǎn)化率降低，但空氣不足比空氣過量對硫轉(zhuǎn)化率影響更大。風氣比與硫轉(zhuǎn)化率關(guān)系如表1所示。

表1 風氣比與硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 %

由表1可知酸性氣燃燒爐配風調(diào)節(jié)控制是硫黃回收裝置生產(chǎn)的關(guān)鍵，直接影響著裝置的平穩(wěn)運行、總硫轉(zhuǎn)化率及硫黃產(chǎn)品質(zhì)量。嚴格控制酸性氣燃燒爐配風的目的是為了裝置能獲得最高硫轉(zhuǎn)化率，以降低尾氣凈化工段的加氫負荷。為了得到最高的硫回收率，使尾氣凈化加氫反應器中過程氣H2S/SO2=2(體積比)是必不可少的。因此供給酸性氣燃燒爐合適的風量是十分重要的，如空氣不足將產(chǎn)生過剩的H2S，如空氣過量引起SO2過剩，這二者都將導致克勞斯工段硫回收減少。

2 酸性氣燃燒爐的配風方案

目前酸性氣燃燒爐配風是通過對主空氣流量的比值控制和對微調(diào)空氣流量的串級控制的組合來實現(xiàn)的，后者提供為更精細的空氣流量調(diào)節(jié)。

2.1 主調(diào)風控制

酸性氣流量和進系統(tǒng)粗氨氣流量通過加法器加和作為主參數(shù)，乘上比值系數(shù)K，作為主調(diào)風調(diào)節(jié)器的給定值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主調(diào)風流量，即：形成以酸性氣流量與粗氨氣流量加和值為主參數(shù)，主調(diào)風流量為副參數(shù)的單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)控制，控制方框圖見圖1。

圖1 主調(diào)風控制方框圖

2.2 微調(diào)風控制

通過H2S/SO2在線分析儀檢測出尾氣中H2S和SO2濃度，H2S/SO2不等于2時，由在線分析儀測量值所屬的調(diào)節(jié)器的輸出值為主參數(shù)，作為微調(diào)風調(diào)節(jié)器的給定值，通過微調(diào)風控制閥調(diào)整微調(diào)風流量，即：形成以在線分析儀所屬的調(diào)節(jié)器輸出值為主參數(shù)，以微調(diào)風調(diào)節(jié)器為副參數(shù)的串級調(diào)節(jié)控制。微調(diào)風控制方塊圖見圖2。

圖2 微調(diào)風控制方塊圖

3 目前配風方案存在問題及原因分析

3.1 存在問題

按照目前配風方案進行控制無論怎么調(diào)整PID都難以使H2S/SO2比值達到穩(wěn)定的理想值，嚴重滯后。檢查調(diào)節(jié)閥及測量儀表均正常。

3.2 原因分析

①硫黃回收裝置為下游裝置，原料酸性氣成分比例隨時在變，相同體積、不同成分的酸性氣完全燃燒所需風量是不同的，而主調(diào)風比值自開工至今一直沒有改變，所以簡單的靠單一不變的比值去控制主調(diào)風是不對的。②H2S/SO2比值分析儀是在安裝在捕集器出口尾氣管線上，即：酸性氣經(jīng)過燃燒爐燃燒后要經(jīng)過一級、二級、三級冷凝冷卻器，一級、二級反應加熱器，捕集器后才被比值分析儀測量，微調(diào)風流量與H2S/SO2比值測量之間的工藝冗長復雜，所以簡單的通過捕集器出口過程氣的H2S/SO2的比值來串級控制微調(diào)風流量勢必會出現(xiàn)嚴重滯后。③起初設計的配風量是按烴類完全燃燒和1/3 H2S生成SO2來控制80%的風量(主調(diào)風)，按克勞斯尾氣中H2S/SO2=2控制20%的風量(微調(diào)風)。也就是默認為酸性氣在配風控制中起主要作用而H2S/SO2比值在配風控制中起次要作用。但在實際配風控制中，酸性氣和過程氣對配風量多少的要求是沒有主次之分的，更不會按照某一個一定的比例確定其在整個控制過程中的作用，所以通過酸性氣控制主調(diào)風，過程氣控制微調(diào)風的控制方案是不可行的。

4 對酸性氣燃燒爐配風方案的改進思路

4.1 改進后的配風方案

針對酸性氣燃燒爐配風方案存在的問題，提出配風方案控制方塊圖，見圖3。

圖3 改進配風方案控制方塊圖

4.2 改進后的配風方案控制說明

該控制方案由前饋控制與反饋控制組成，前饋控制主要用于調(diào)節(jié)酸性氣與粗氨氣流量變化時所需空氣量的補償，反饋控制主要用于原料酸性氣組分變化時所需空氣量的補償。

當酸性氣與粗氨氣流量變化時必然要求空氣量變化，以酸性氣流量增加為例，假設酸性氣成分未改變，所以微調(diào)風調(diào)節(jié)器給定值增加，由于微調(diào)風調(diào)節(jié)器是反作用，所以微調(diào)風調(diào)節(jié)閥開大;同時由于微調(diào)風調(diào)節(jié)器輸出增大，導致主調(diào)風調(diào)節(jié)器測量增大，由于主調(diào)風調(diào)節(jié)器為正作用，所以主調(diào)風調(diào)節(jié)閥亦開大，此時微調(diào)風調(diào)節(jié)閥閥位并非最佳閥位，經(jīng)過延時器延時，酸性氣流量變化轉(zhuǎn)化為主調(diào)風調(diào)節(jié)器的給定值輸入到主調(diào)風調(diào)節(jié)器，經(jīng)過調(diào)節(jié)，主調(diào)風的測量值也就是微調(diào)風調(diào)節(jié)器的輸出值會慢慢回到一個新的與此酸性氣負荷相適應的閥位。

該控制方案還要求每天定時分析原料酸性氣的組分，操作人員通過分析結(jié)果給定新的K值。而實際酸性氣中H2S是隨時可能變化的，即使酸性氣總量不變，只要H2S成分變化，也會引起進酸性氣燃燒爐的配風量不適應，從而改變尾氣中H2S含量，這將由控制方案中的反饋部分來進行補償，以酸性氣H2S組分增加為例，H2S/SO2在線分析儀測量勢必會增加，假設酸性氣量不變，微風調(diào)節(jié)器給定值增加，由于微調(diào)風調(diào)節(jié)器反作用，所以微調(diào)風調(diào)節(jié)閥開大，即微調(diào)風調(diào)節(jié)器輸出增大，主風調(diào)節(jié)器測量增大，由于主調(diào)風調(diào)節(jié)器是正作用，所以主調(diào)風調(diào)節(jié)閥亦開大，即主調(diào)風流量與微調(diào)風流量均增大，同時由于酸性氣負荷未變，所以經(jīng)過主風調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，微調(diào)風調(diào)節(jié)閥會自動回到以前的開度。

4.3 改進后的配風方案控制特點

酸性氣負荷變化而組分不變化時，先由支路空氣調(diào)節(jié)器來快速響應以提供實際需要的空氣量，經(jīng)過延時器延時后，再由主調(diào)風調(diào)節(jié)器來慢速調(diào)節(jié)，支路調(diào)節(jié)閥的開度自動調(diào)整到與此負荷相適應的最佳開度。

酸性氣負荷不變而組分變化時，通過反饋控制回路輸出的變化來修正理論空氣量，使微調(diào)風空氣給定值變化而自動調(diào)整空氣量。

當然該控制方案只能修正酸性氣組分的較小波動，如果出現(xiàn)酸性氣組分的大幅變化，只能通過修改K值來完成。

5 結(jié)束語

綜上所述，目前使用的酸性氣燃燒爐的配風方案不能滿足控制要求，而本文提出的控制方案具有可靠的理論基礎及可操作性，只要通過不斷的實踐為控制方案提供操作數(shù)據(jù)，對K值及調(diào)節(jié)器PID參數(shù)進行調(diào)整就可以投用生產(chǎn)。

TQ037

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2012-04-03

尚玉霞(1968-)，女，助理工程師，從事儀表維護工作，電話：13903886347。