硫回收裝置自動控制方案探析

王小健（科洋環(huán)境工程（上海）有限公司 ，上海 200233）

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硫回收裝置自動控制方案探析

王小健
（科洋環(huán)境工程（上海）有限公司 ，上海 200233）

摘 要介紹硫回收裝置的自動控制方案，主要對硫回收裝置中的配風(fēng)比調(diào)節(jié)系統(tǒng)、廢鍋液位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)及反應(yīng)器分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的具體控制方案進行描述。硫回收裝置自動控制方案的合適選擇，不僅能使裝置高效、平穩(wěn)運行，同時也能很大程度上提高硫的回收率。

關(guān)鍵詞硫回收裝置；自動控制方案；儀表

隨著社會的發(fā)展，工業(yè)化程度的提高，環(huán)境問題日益突出，減少污染物排放，提高空氣質(zhì)量已成為目前的一項緊迫任務(wù)。硫回收裝置作為環(huán)保裝置，可處理工業(yè)排放尾氣，濾除尾氣中的酸性氣體，使排放的尾氣符合環(huán)保標(biāo)準。

隨著新環(huán)保法的推出，對工業(yè)化裝置排出的尾氣中酸性氣濃度做了更為嚴格的限制，故如何控制尾氣中酸性氣體的含量變得尤為關(guān)鍵，如要降低尾氣中酸性氣體的濃度，則需提高硫回收率，硫回收率的提高和裝置的自動控制方案息息相關(guān)，這就需要先進并且穩(wěn)定可靠的控制方案。

1 硫回收裝置的工藝介紹

硫回收裝置流程圖如圖1所示，主要設(shè)備有燃燒爐、廢熱鍋爐、組合式反應(yīng)器、風(fēng)機、硫酸蒸汽冷凝器及除霧器。主要包括三個階段：酸性氣燃燒段，二氧化硫催化轉(zhuǎn)化段及三氧化硫轉(zhuǎn)化和硫酸蒸汽冷凝段。具體流程為：來自上游低溫甲醇洗裝置的酸性尾氣與由風(fēng)機送來的燃燒空氣在燃燒爐中發(fā)生燃燒反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)為下述的反應(yīng)式（1），燃燒后的氣體經(jīng)廢熱鍋爐充分換熱后進入組合式反應(yīng)器，在反應(yīng)器中二氧化硫在催化劑的作用下與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具體為反應(yīng)式（2）和（3），反應(yīng)后產(chǎn)生的硫酸蒸汽在硫酸蒸汽冷凝器中冷凝，形成液態(tài)硫酸，具體為反應(yīng)式（4）。同時尾氣經(jīng)除霧器后通過煙囪排出。

本文根據(jù)硫回收裝置的工藝特點及控制要求，介紹硫回收裝置控制方案中的酸氣燃燒爐燃燒控制方案、組合式反應(yīng)器床層溫度控制方案及廢鍋液位控制方案，因為要提高酸性氣中硫回收率，首先得保證酸性氣中硫化氫能完全并充分燃燒及二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，硫化氫的完全并充分燃燒，需控制燃燒爐進口燃燒空氣量及爐膛溫度；而提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率則需控制床層溫度，床層溫度的控制是通過由廢熱鍋爐產(chǎn)生的中壓蒸汽換熱達到的，故廢熱鍋爐液位的恒定是床層溫度穩(wěn)定的前提。

圖1 硫回收裝置流程Fig.1 Sulfur recycling device flow diagram

發(fā)生的反應(yīng)有：

2 控制方案

2.1 酸性氣燃燒爐燃燒控制系統(tǒng)

酸性氣燃燒爐是硫回收裝置的重要設(shè)備，其作用是將上游低溫甲醇洗送來的含硫化氫的酸性氣體與空氣中的氧發(fā)生燃燒反應(yīng)。燃燒爐主要控制指標(biāo)是爐膛溫度的恒定，需維持爐膛溫度在950 ℃以獲得穩(wěn)定的火焰，爐膛溫度取決于酸性氣中H2S濃度，燃料氣流量與熱值，燃燒配風(fēng)量 ，采取的控制方案如圖2所示，包含內(nèi)容如下。

2.1.1 酸性氣燃燒爐入口酸性氣流量定值系統(tǒng)

為了保證生產(chǎn)的連續(xù)運行及延長酸氣燃燒爐的使用壽命，需保證燃燒爐燃燒穩(wěn)定，采用來自低溫甲醇洗的酸性氣流量FIC-01和調(diào)節(jié)閥FV-01構(gòu)成單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)對燃燒爐酸性氣進口流量進行控制，這樣在上游酸性氣流量出現(xiàn)波動的情況下，可以通過調(diào)節(jié)FV-01的開度來保證進入燃燒爐的酸性氣流量恒定，保證酸性氣平穩(wěn)的進入燃燒爐，從而保證燃燒爐穩(wěn)定地工作。

2.1.2 配風(fēng)比調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒爐中發(fā)生的是酸性氣的燃燒反應(yīng)，由于酸性氣中硫化氫的濃度一直存在波動，這樣需要調(diào)整燃燒空氣的量來保證酸性氣的完全充分燃燒，采用的是比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)和串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體方法為：

酸性氣的流量可由酸性氣管道上的流量計FT-01并經(jīng)溫度壓力補償檢測得出，在DCS上與酸性氣的燃燒配風(fēng)率HK-01進行運算，得到酸性氣燃燒所需的空氣量FY-01A，即：FY-01A = FY-01×HK-01。

燃料氣的流量可由燃料氣管道上的流量計FT-02并經(jīng)溫度壓力補償檢測得出，在DCS上與燃料氣燃燒配風(fēng)率HK-03進行運算得到燃料氣燃燒所需的空氣量FY-02B，即：FY-02B = FY-02×HK-03。

在DCS上對酸性氣燃燒所需空氣量FY-01A和燃料氣所需空氣量FY-02B進行求和得到總的燃燒所需空氣的量FY-01B，即：FY-01B = FY-01A+FY-02B。

為確保酸性氣的完全燃燒，采用過氧燃燒的方法，即將得到總的空氣量FY-01B與配風(fēng)過量比HK-02在DCS上進行運算的到新的需求空氣量FY-01C，即：FY-01C = FY-01B×HK-02。

將上述得到的需求空氣量FY-01C作為熱空氣管道流量計FIC-03的設(shè)定值，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機變頻器來控制進入燃燒爐的燃燒空氣量。

2.1.3 燃燒爐爐膛溫度控制的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)及自動選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒爐爐膛溫度恒定是燃燒反應(yīng)的必備條件，如果燃燒爐內(nèi)溫度過高，則會損壞設(shè)備，過低則不利于硫化氫的完全燃燒。燃燒爐內(nèi)發(fā)生的主要是酸性氣中硫化氫與氧的燃燒反應(yīng)，由于酸性氣中的硫化氫濃度存在波動，這樣反應(yīng)放出的熱量也一直變化，當(dāng)酸性氣中硫化氫濃度偏低不能維持溫度恒定時需通過加入燃料氣的方法來維持溫度。具體方案如下：

燃燒爐的溫度由三支高溫?zé)犭娕紲囟茸兯推鱐T-04ABC測出，TT-04ABC信號送入DCS中高選器模塊TSY-04自動選擇一支作為溫度控制信號TIC-04的輸入，燃料氣的流量由燃料氣管線上的流量計FT-02并經(jīng)溫壓補償測出，由此，燃燒爐溫度和燃料氣流量構(gòu)成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)檢測到燃燒爐溫度低于控制設(shè)定值時，通過調(diào)節(jié)燃料氣的流量調(diào)節(jié)閥FV-02的開度從而控制進入燃燒爐的燃料氣量，從而達到控制燃燒爐溫度的目的。

2.2 廢熱鍋爐三沖量控制系統(tǒng)及單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

廢熱鍋爐是硫回收裝置的主要設(shè)備之一，廢熱鍋爐液位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，反映了鍋爐負荷與給水的平衡關(guān)系，要求鍋爐液位控制在設(shè)定值附近，以適應(yīng)各種工況的運行。當(dāng)鍋爐液位偏高時會造成蒸汽帶水，影響氣水分離效果，液位偏低則容易使水全部汽化從而燒壞鍋爐。影響鍋爐液位的因素，除了加熱汽化外，還有蒸汽負荷和給水流量的波動，當(dāng)蒸汽負荷突然增大、汽包壓力突然降低時，水就會被急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“假液位”現(xiàn)象[1-2]。為維持鍋爐液位恒定，同時避免出現(xiàn)“假液位”的干擾，采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和自動選擇調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即廢鍋液位，給水流量和出口的蒸汽流量。如圖3所示，廢鍋的液位由LT-01AB來測量，LT-01AB信號送入低選器LSY-01自動選擇輸入LIC-01的信號，鍋爐給水流量由FT-06來測量，出口的蒸汽流量由FT-07來測量[3]，運算功能塊LY-01作為鍋爐給水控制器FIC-06的設(shè)定值。FIC-06通過控制LV-01的開度從而控制鍋爐給水的進水流量，從而達到控制廢鍋液位的目的。

在開停車或者符合不正常時，控制系統(tǒng)應(yīng)切換到單沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為此，在設(shè)置有單沖量和三沖量液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的手動切換開關(guān)LHS-01，當(dāng)切換到單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，LIC-01的輸出作為LV-01的控制信號，通過調(diào)節(jié)LV-01的開度從而調(diào)節(jié)鍋爐給水的流量，從而控制廢熱鍋爐液位。

圖2 燃燒爐燃燒控制系統(tǒng)Fig.2 Burner control system

圖3 廢熱鍋爐液位控制系統(tǒng)Fig.3 The level of boiler control system

2.3 反應(yīng)器床層溫度分程控制系統(tǒng)

反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)是二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)，由于催化劑活性溫度的要求，所以需要控制反應(yīng)器床層溫度，提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率。具體方案見圖4。

反應(yīng)器床層溫度為386 ℃，由TT-17熱電偶溫度變送器測出，溫度信號送入TIC-17調(diào)節(jié)模塊，TIC-17調(diào)節(jié)模塊的輸出被設(shè)置為分程控制，分別控制閥門TV-17 A 和TV-17 B的開度。從工藝安全角度考慮，在斷氣或者斷電等故障情況下，需避免床層溫度過低造成的硫酸露點腐蝕，因此將TV-17 A設(shè)計為氣開閥， TV-17 B設(shè)計為氣關(guān)閥。TV-17 A和TV-17 B的分程圖如圖5所示，當(dāng)R-2203進口工藝氣溫度偏高時，TIC-17的輸出信號增加并送至TV-17 A和TV-17 B ，使TV-17 A的開度減小，同時增大TV-17 B的開度，增加進入E-2203的中壓蒸汽量，達到充分換熱降低床層溫度的目的。當(dāng)R-2203進口工藝溫度過低時，TIC-17的輸出信號減少，TV-17 A開度增大，TV-17 B開度減小，減少換熱，使床層溫度恢復(fù)正常。

HIC-17 A和HIC-17 B為手自動切換，在開停車或者參數(shù)異常等情況下，采用手動控制，通過HIC-17 A和HIC-17 B來控制TV-17 A和TV-17 B的開度。

圖4 反應(yīng)器床層溫度控制系統(tǒng)Fig.4 Reactor bed temperature control system　

圖5 分程圖Fig.5 Split diagram

3 結(jié)束語

硫回收裝置自動控制方案的合適選擇，能有效提高裝置運行的可靠性，保障硫的回收率以及產(chǎn)品硫酸的質(zhì)量，同時為裝置的長周期運行創(chuàng)造條件。

參考文獻

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《化工與醫(yī)藥工程》征稿啟示

《化工與醫(yī)藥工程》征稿的具體范圍為：化工工藝與工程、醫(yī)藥工藝與工程、裝備應(yīng)用與研究、HSE與節(jié)能減排、綜述與專論等。

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Analysis of Automatic Control Scheme for Sulfa Recovery Unit

Wang Xiaojian
（Shanghai Keyontechs Co., Ltd, Shanghai 200120）

Abstract:In this article, automatic control scheme for sulfur recovery unit was introduced, in which the schemes for air distribution control system, liquid level adjustment system in waste heat boiler and partitioning adjustment system in reactor were described in detail. Proper selection of automatic control scheme for sulfur recovery unit makes not only high efficient and stable performance of the unit, but also creates high sulfur recovery rate.

Keywords:sulfur recovery unit; automatic control scheme; instrument

作者簡介：王小健（1987—），男，助理工程師，主要從事石油化工自控設(shè)計工作。

收稿日期：2015-09-02

中圖分類號：TK 223.7

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）01-0051-000