淺談環(huán)保高效低溫燃硫爐在糖廠的應(yīng)用

王 輝，何寧東，藍(lán)文仲

（1.云南德宏隴川糖廠，云南 德宏 678704；2.南寧蘇格爾科技有限公司，廣西 南寧 530000；3.柳州市易普科化工技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545000）

0 引言

二氧化硫是亞硫酸法甘蔗糖廠的主要澄清劑，二氧化硫氣體由固體硫磺在空氣中燃燒而產(chǎn)生，其反應(yīng)式：S＋O2→SO2＋10467.5kJ/kg。

SO2的制備在硫磺爐中進(jìn)行。硫在空氣中加熱達(dá)119℃即熔化成液體，至160℃硫的環(huán)狀分子斷裂，各分子聚合成長(zhǎng)鏈，液體硫黏度增加，加熱至180℃時(shí)黏度最高，幾乎失去流動(dòng)性，至235℃時(shí)著火，當(dāng)溫度升高至300℃時(shí)又完全成為流動(dòng)的液體狀態(tài)。硫在高溫下汽化，在360℃以上汽化十分強(qiáng)烈，當(dāng)液體硫溫度過高（444.7℃）而又缺氧時(shí)，液體硫即變成了硫蒸汽，這種氣體遇驟冷便凝固為無定形的固體硫，俗稱升華硫，使SO2氣體濃度降低。

在甘蔗制糖的磷酸/亞硫酸法生產(chǎn)工藝中，蔗汁吸收二氧化硫后生成亞硫酸（H2SO3），再和石灰乳（Ca（OH）2）反應(yīng)形成了亞硫酸鈣﹙CaSO3）沉淀。其作用為：生成的亞硫酸鈣吸附膠體等非糖雜質(zhì)；SO2能夠抑制色素的生成；降低鈣鹽含量；降低黏度等。達(dá)到糖汁的除雜提純，提高白砂糖產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)率目的，因此二氧化硫在磷酸/亞硫酸法甘蔗糖廠生產(chǎn)中起到非常重要的作用。

1 硫磺爐設(shè)備的使用狀況

甘蔗糖廠傳統(tǒng)的硫氣生成設(shè)備為自熔抽屜式燃硫爐，該爐存在許多缺陷，如：普通鋼板制作高溫易變形，強(qiáng)酸腐蝕易通漏；SO2流量和濃度波動(dòng)較大，供應(yīng)不穩(wěn)定，不能適應(yīng)蔗汁流量的變化，硫熏汁pH值不穩(wěn)定；停榨或其它原因突然停止來汁時(shí)，無法立即停止燃燒，SO2氣體溢出，污染空氣，影響工人身體健康；設(shè)備安全性差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，與蔗比高浪費(fèi)輔料增加白糖成本，制約制糖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因燃燒效率低，燃燒過程中無法做到精確配風(fēng)容易生成SO3或升華硫，升華硫凝結(jié)會(huì)造成堵管，每隔一段時(shí)間都要停下來疏通硫氣管，既費(fèi)時(shí)又傷害人身體（硫有較強(qiáng)的腐蝕性）。

噴射式燃硫爐，采用霧化液滴燃燒方式，啟動(dòng)、停機(jī)方便迅速，無滯后；但初次點(diǎn)火需燃油或柴火較長(zhǎng)時(shí)間烘爐，SO2濃度穩(wěn)定性較差，容易生成SO3，同時(shí)由于混合不好，極易產(chǎn)生升華硫，爐體使用壽命長(zhǎng)，但冷卻器使用壽命很短，而且維護(hù)和更換費(fèi)用高。

基于以上等問題，2008年自控式燃硫爐開始慢慢走入糖廠，自控燃硫爐的應(yīng)用有效的杜絕了傳統(tǒng)燃硫爐的弊端和缺點(diǎn)，提高了生產(chǎn)效率，改善了工作環(huán)境。根據(jù)燃燒溫度的不同，自控燃硫爐可分為高溫燃硫和低溫燃硫爐兩種。

隴川糖廠于2010年開始使用高溫自控燃硫爐后，有效的杜絕了傳統(tǒng)燃硫爐的弊端，但因?yàn)楦邷厝剂驙t對(duì)降溫器和硫氣管腐蝕比較嚴(yán)重，維護(hù)和更換費(fèi)用高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大。故于2013/2014年榨季開始改用易普科環(huán)保高效燃硫爐（低溫自控式），經(jīng)過6個(gè)榨季的生產(chǎn)運(yùn)行，從產(chǎn)品質(zhì)量、工作環(huán)境、勞動(dòng)強(qiáng)度、設(shè)備運(yùn)行安全和節(jié)能降耗等各個(gè)方面獲得了良好的效果。

2 環(huán)保高效燃硫爐組成及工藝流程

2.1 系統(tǒng)組成

環(huán)保高效燃硫爐主要由控制系統(tǒng)、熔硫池、一次燃燒室、二次燃燒室、風(fēng)機(jī)、液硫泵、冷卻器等組成，和硫磺接觸的部件均采用耐腐蝕的復(fù)合金屬材料制作。其系統(tǒng)組成如圖1所示，其中a為立式，b為臥式，我廠使用的是臥式結(jié)構(gòu)。

2.2 工藝流程

固體硫磺加入熔硫保溫池，利用二氧化硫氣體余熱（開機(jī)時(shí)用蒸汽）將固體硫磺熔化成液態(tài)硫磺，液硫泵將液硫輸送到一次燃燒室并保持恒定的液位，一次風(fēng)機(jī)向一次燃燒室加入少量空氣，進(jìn)行分段燃燒后形成了硫蒸汽進(jìn)入二次燃燒室，二次風(fēng)機(jī)向二次燃燒室加入一定配比的空氣，與硫蒸汽均相混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成SO2氣體，經(jīng)冷卻器冷卻至生產(chǎn)所需溫度，送到SO2使用工段。

圖1 環(huán)保高效燃硫爐系統(tǒng)組成圖

3 環(huán)保高效燃硫爐的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過幾個(gè)榨季的生產(chǎn)運(yùn)行，獲得了良好的效果，其主要特征如下。

一是系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行安全穩(wěn)定。

二是全封閉式設(shè)計(jì)，系統(tǒng)無硫氣泄漏，工作環(huán)境良好，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

三是硫熏強(qiáng)度穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，10～40mL任意調(diào)節(jié)，適應(yīng)榨季生產(chǎn)波動(dòng)。

四是產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升，澄清汁色值明顯下降，成品糖含硫量降低；最顯著的是硫磺與蔗比，有效的節(jié)約了成本。表1是6個(gè)榨季的累計(jì)平均值，其中2010～2013年3個(gè)榨季是未使用易普科環(huán)保高效燃硫爐時(shí)的平均值，2016～2019年3個(gè)榨季是使用了易普科環(huán)保高效燃硫爐后的平均值。

五是相對(duì)大于1000℃的高溫爐，其低于550℃的低溫燃燒過程，更能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

表1 環(huán)保高效燃硫爐使用前后6個(gè)榨季指標(biāo)對(duì)比表

六是無硫氣泄漏；熱能回收熔硫、硫磺消耗量??；提高澄清效果，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)了環(huán)保、節(jié)能、增效的生產(chǎn)方式。

4 環(huán)保高效燃硫爐的技術(shù)特征

4.1 熔硫方式節(jié)能、環(huán)保、新穎

該燃硫爐熔硫方式是利用剛從二次燃燒室時(shí)出來的高溫硫氣（≤500℃），使其從熔硫池底部通過，給熔硫池的硫提供了源源不斷的熱源，該設(shè)計(jì)既利用硫氣自身釋放的熱量熔硫，又能給硫氣降溫，達(dá)到節(jié)能的目的。

4.2 抑制了升華硫和SO3的生成

環(huán)保高效熔硫爐三種技術(shù)的應(yīng)用，即低溫燃燒、分段燃燒和螺旋式推進(jìn)燃燒，減少了生產(chǎn)運(yùn)行中升華硫和SO3的生成。

4.2.1 低溫燃燒

該燃硫爐的二次燃燒室外部有環(huán)型冷卻水套設(shè)計(jì)，燃硫爐在運(yùn)行時(shí)，該水套有冷卻水循環(huán)即將二次燃燒室的冷卻水和降溫器的冷卻水排放在一個(gè)池子里循環(huán)使用，確保硫磺在二次燃燒室的溫度≤500℃，實(shí)現(xiàn)了低溫燃燒，從而大大減少了高溫燃燒時(shí)空氣過量形成了SO3或空氣不足時(shí)升華硫形成的幾率，同時(shí)低溫燃燒對(duì)設(shè)備損傷也非常小。

4.2.2 分段燃燒

燃硫爐分為一次燃燒室和二次燃燒室進(jìn)行分段燃燒，在開機(jī)前把熔化完全的液態(tài)硫通過流泵泵至一次燃燒室并保持恒定液位和溫度，開機(jī)運(yùn)行時(shí)少量的空氣通入一次燃燒室內(nèi)使部分液態(tài)硫磺初步燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量同時(shí)使周圍的硫磺汽化變?yōu)榱蛘羝?。這就使得進(jìn)入二次燃燒室的硫磺呈現(xiàn)“汽化”狀態(tài)參與燃燒，它能和空氣混合更均勻、燃燒更徹底、燃燒速率更快，避免由于組分混合不均勻引起SO3的生成，以及硫磺未充分燃燒造成在硫氣中有升華硫殘留。我們還可以通過控制通入一次燃燒室內(nèi)的空氣量，可以方便地控制硫蒸汽的生成速率來控制硫熏強(qiáng)度。

4.2.3 螺旋式推進(jìn)燃燒

二次燃燒室的硫磺即蒸汽硫，是經(jīng)過一次燃燒室初步燃室后的硫氣，其入口和空氣入口是呈對(duì)立切向進(jìn)入的，這就使硫氣在二次燃燒室呈“螺旋式”旋轉(zhuǎn)燃燒；二次燃燒室的空氣入口是根據(jù)燃燒的型號(hào)進(jìn)行合理分配設(shè)計(jì)的進(jìn)風(fēng)口位置，一般分為三級(jí)進(jìn)風(fēng)，型號(hào)大的為4級(jí)進(jìn)風(fēng)，每級(jí)進(jìn)風(fēng)口都通過閥、門的開度來控制進(jìn)（配）風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)了逐級(jí)逐量配風(fēng)，和一次燃燒室過來的蒸汽硫混合充分、燃燒充分，減少了SO3和升華硫的產(chǎn)生。

4.3 利用硫磺的物理性質(zhì)參與運(yùn)行控制

該爐把硫磺的物理性質(zhì)用在運(yùn)行控制中，把硫磺的三種形態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、汽態(tài)）充分合理運(yùn)用，保溫池的溫度為120℃，它確保了硫磺為液態(tài)不會(huì)因凝固而造成堵管；運(yùn)行時(shí)，通過一次燃燒室的一次燃燒，使液態(tài)的硫磺形成了硫蒸汽后進(jìn)入二次燃燒室和空氣充分混合燃燒，確保SO2供應(yīng)穩(wěn)定，且能夠自動(dòng)根據(jù)蔗汁量及時(shí)作出響應(yīng)，硫熏穩(wěn)定，蔗汁澄清效果佳，而且通過遠(yuǎn)程電腦就可以對(duì)燃硫爐實(shí)施全程、實(shí)時(shí)的監(jiān)控。2018/2019年榨季生產(chǎn)中熔硫爐零故障、零清理。

4.4 工作環(huán)境良好，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)自熔式燃硫爐燃燒室不密閉，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，更嚴(yán)重的是當(dāng)停榨或其它原因突然停止來汁時(shí)，無法立即停止燃燒，SO2氣體溢出，污染空氣。

而環(huán)保高效汽化旋風(fēng)燃硫爐燃燒過程完全密閉、硫磺自動(dòng)添加，即使突然停止來汁時(shí)也無SO2氣體溢出，工作環(huán)境好。而且該燃硫爐極少產(chǎn)生升華硫，所以“洗機(jī)”也安全。由于環(huán)保高效低溫燃硫爐硫磺燃燒充分，無殘留升華硫，SO3生成量極低，且硫熏中和穩(wěn)定，避免硫磺的浪費(fèi)，從而減少石灰的用量，降低了生產(chǎn)成本。

燃硫爐主體設(shè)備采用抗腐蝕性能非常強(qiáng)的復(fù)合材料，使用壽命長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)啟爐一鍵點(diǎn)火，快速達(dá)到穩(wěn)定燃燒；溫度、流量和濃度智能調(diào)節(jié)即時(shí)響應(yīng)，保證使用要求；現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程控制自由選擇，圖形界面清晰，方便操作。計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)，完全密閉燃燒設(shè)計(jì)，參照壓力容器制造工藝制作，安全、無環(huán)境污染，有利于保護(hù)工人的身體健康。

由于是低溫燃燒，故對(duì)設(shè)備造成的損傷相對(duì)小一些，使用傳統(tǒng)燃硫爐時(shí)每年都要更換降溫器和硫氣管，在榨季生產(chǎn)過程中焊補(bǔ)腐蝕硫氣管時(shí)有發(fā)生；自從更換環(huán)保高效低溫燃硫爐后，降溫器和硫氣管已經(jīng)使用了三個(gè)榨季，依然可以繼續(xù)使用，每年的維修費(fèi)用都很低。

5 結(jié)論

環(huán)保高效低溫燃硫爐供應(yīng)的硫氣質(zhì)量高，使用方便，工藝穩(wěn)定且糖產(chǎn)品質(zhì)量好，體積小，運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，能帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益而受到越來越多制糖企業(yè)的關(guān)注。隨著環(huán)保高效汽化旋風(fēng)燃硫爐不斷推廣應(yīng)用，其對(duì)制糖過程節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而提高糖廠的競(jìng)爭(zhēng)力，逐漸得到了糖業(yè)界的廣泛認(rèn)可。隨著食品標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，目前環(huán)保高效低溫燃硫爐是傳統(tǒng)燃硫爐最好的替代品。