克勞斯?fàn)t自動點(diǎn)火系統(tǒng)剖析

馬紅杰

（唐山首信自動化信息技術(shù)有限公司，河北 唐山063200）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵公司焦化作業(yè)部化產(chǎn)制酸工程是由德國多特蒙德的伍德·克虜伯公司和焦耐院共同設(shè)計，工藝設(shè)備主要由克勞斯?fàn)t、接觸塔、吸收塔、尾氣處理堿洗塔等構(gòu)成。其中，克勞斯?fàn)t是一個高密閉裝置，由主燒、副燒、點(diǎn)火裝置、火焰檢測器、紅外測溫裝置、爐體等組成，其作用是在1 000℃的高溫下，使H2S在空氣中充分燃燒，生成SO2和H2O。

1 工藝原理

來自真空解吸裝置真空泵的溫度約40℃的酸氣被送入燃燒爐的燒嘴，通過一次空氣，酸氣將被加熱到900℃，而且HCN、NH3和碳?xì)浠衔镞@些易燃成分將被燃燒。在第二燃燒階段，通過二次空氣H2S將轉(zhuǎn)變成SO2，隨著空氣的過剩其溫度將達(dá)到1 050℃。在后續(xù)的廢熱鍋爐中，過程氣將被冷卻到420～450℃，廢熱鍋爐將生產(chǎn)壓力為4 MPa的高壓蒸汽，且并入蒸汽管網(wǎng)。溫度在420～450℃、氧含量在7%～9%（體積）的過程氣，從接觸塔的頂部供給第一層接觸床。在5層接觸床內(nèi)，完成SO2到SO3的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在吸收塔內(nèi)，SO3到 H2SO4更進(jìn)一步發(fā)生水合作用，溫度約40℃的大量硫酸通過噴嘴從吸收塔的頂部噴入，在吸收塔的底部排出，溫度約60～70℃的硫酸直接自流到硫酸槽。用泵將硫酸送入冷卻器，移走吸收熱。用冷卻水通過板式換熱器將硫酸冷卻到大約40℃。冷卻后的大部分硫酸送回吸收塔，產(chǎn)生的剩余硫酸用泵送到硫銨裝置使用。離開吸收塔的廢氣被送到廢氣過濾器，回收從吸收塔頂帶出的酸滴和酸霧，處理過的廢氣由煙囪排入大氣［1］。

2 聯(lián)鎖因果

克勞斯?fàn)t采用SCS安全控制系統(tǒng)（伍德）和DCS標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)（焦耐院）共同控制。引進(jìn)國外先進(jìn)工藝和設(shè)計理念，自動化水平非常高，存在大量的聯(lián)鎖條件，任一聯(lián)鎖條件不滿足就會造成停產(chǎn)，自動化維護(hù)的質(zhì)量要求非常高。由于現(xiàn)場設(shè)備處于存在有毒氣體、高溫高壓的環(huán)境，長時間停爐或頻繁停爐會對設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，同時也會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

表1 是導(dǎo)致克勞斯?fàn)t無法正常點(diǎn)火和在燃燒過程中導(dǎo)致其滅爐的主要聯(lián)鎖條件，需要說明的是，燃燒爐爐體溫度共3個，只有2個或是2個以上同時滿足條件才會引起滅爐。

3 程序架構(gòu)

程序架構(gòu)如圖1所示。

隨著現(xiàn)代工業(yè)向大型化、集成化和精細(xì)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性問題愈顯重要，因此迫切需要建立性能優(yōu)良穩(wěn)定的自動化控制系統(tǒng)。尤其像制酸工段，現(xiàn)場存在有毒有害氣體、高溫高壓的惡劣工藝環(huán)境，就更需要一個安全可靠的自動化控制系統(tǒng)。而首鋼京唐焦化制酸工程生產(chǎn)線由西門子S7－400冗余系統(tǒng)控制，燃燒爐點(diǎn)火系統(tǒng)由西門子S7－300F和大量安全模塊進(jìn)行安全控制，從而保證了自動化控制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，大大提高了生產(chǎn)效率［2］。

表1 克勞斯?fàn)t點(diǎn)火失敗主要聯(lián)鎖條件

圖1 程序架構(gòu)圖

4 點(diǎn)火步驟及技術(shù)要點(diǎn)

點(diǎn)火步驟如圖2所示。

圖2 點(diǎn)火步驟

針對圖2，筆者總結(jié)了以下技術(shù)要點(diǎn)：

（1）上圖左半部分S0～S14為克勞斯?fàn)t煤氣烘爐點(diǎn)火步驟，右半部分S0～S10是引酸氣燃燒步驟。

（2）S3～S5為空氣吹掃時間，為240 s，在這段時間里吹掃空氣量不能低于300 m3/h，否則程序?qū)⑼Ｖ勾祾咦x秒，即點(diǎn)爐失敗。

（3）S6～S8為點(diǎn)火槍打火階段，打火電壓為220 V，此時調(diào)節(jié)好點(diǎn)火煤氣和助燃空氣量至關(guān)重要，最佳配比值為1∶2.5。

（4）S9是點(diǎn)火槍火焰穩(wěn)定時間，需超過5 s程序才能繼續(xù)進(jìn)行下一步，一般造成該步失敗的原因有：1）點(diǎn)火槍火焰檢測信號故障；2）爐內(nèi)壓力過大，造成點(diǎn)火煤氣和助燃空氣無法通到點(diǎn)火槍頂端；3）點(diǎn)火煤氣與助燃空氣比例失調(diào)，一般出現(xiàn)這種情況是由于煤氣或空氣管路堵塞［3］。

（5）S10為燃燒煤氣去燒嘴，點(diǎn)爐成功。這時候我們需要調(diào)節(jié)燃燒煤氣與空氣的配比來控制爐體溫度，同時要保證火焰強(qiáng)度不低于20%。

（6）當(dāng)爐體溫度達(dá)到1 000℃左右時，我們可以按照酸氣燃燒步驟來引酸氣進(jìn)行燃燒，相對于煤氣烘爐步驟來說，引酸氣要簡單得多，只要保證酸氣壓力不低于5 kPa，各相關(guān)調(diào)節(jié)閥能正常工作，一般情況下不會出現(xiàn)什么問題，畢竟此時爐體溫度已經(jīng)很高了。

（7）在克勞斯?fàn)t燃燒過程中，我們也不能將溫度提升得過高，這樣一來不但會減短爐子的燃燒壽命，還存在一定的安全隱患。因此，我們將溫度上限設(shè)定為1 250℃。

5 結(jié)語

通過對克勞斯?fàn)t自動點(diǎn)火系統(tǒng)的剖析以及克勞斯?fàn)t工藝、點(diǎn)火注意事項、滅爐聯(lián)鎖條件等的完善介紹，我們深刻地了解了克勞斯?fàn)t點(diǎn)火系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)以及相關(guān)配套設(shè)備，希望通過這個項目能夠讓大家掌握這方面的相關(guān)知識，提高相關(guān)從業(yè)人員的整體技術(shù)水平。

［1］李德昌.克勞斯?fàn)t生產(chǎn)的PLC控制［J］.燃料與化工，1997（5）

［2］邢愛東，崔秉華，王銳鋒，等.克勞斯?fàn)t點(diǎn)火系統(tǒng)的改造［J］.今日科苑，2008（20）

［3］王霄，趙永鋒，邢愛東.克勞斯?fàn)t自動點(diǎn)火裝置故障分析［J］.設(shè)備管理與維修，2008（10）