CN1034061A - 调节含硫化氢气体燃烧过程的方法和间接测定水蒸汽饱和气体中硫化氢组分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及H₂S燃烧成硫磺过程的调节方法和 电路布线，目的是提高硫磺产量，减少后续净化处理 以及H₂S和SO₂排出量。按照本发明，先对燃烧原 料量、压力、温度和H₂S含量进行测定，然后计量加 入必须的燃烧空气量。本发明可用于硫磺生产设备 或者用于确定水蒸汽饱和气体中的气体组分。

Description

本发明涉及硫磺生产设备中含H₂S原料气燃烧过程的调节方法以及电路布线，硫磺生产设备上配有一个或多个前置不同组成的含H₂S原料气供给装置。

众所周知，为了调节按照克劳斯法进行H₂S燃烧设备中的燃烧过程，不仅在燃烧空气管线中而且在原料气管线中设置了流量测定装置。此外，已在含H₂S原料气管线中于燃烧炉附近分别设置压力和温度测定装置。为了调节燃烧空气耗量，首先将原料气测定装置的结果与其压力和温度关联起来。将这一值与燃烧空气耗量一起输入流量比调节仪，该调节仪将这些值转换成空气管线中设置的节流阀调节信号。为提高燃烧过程的效率，于燃烧设备的废气管线中设置过程分析仪，其中装有流量比调节仪并可测得H₂S/SO₂之比值。一旦H₂S/SO₂比值不符合化学计量所需要值，例如由原料气组成波动所引起，则经过流量比调节仪调节燃烧空气耗量直至废气流中又达到化学计量所需值为止。这种已知的测定装置和电路布线以及燃烧过程调节方法还具有以下缺点。过程空气管线中因压力或温度变化而引起的原料气入口处常见组成变化，以及燃烧氧量波动会导致设置中出现不符合要求的转化条件。首先通过测定硫磺生产设备出口处废气的H₂S/SO₂之比，则会延时获得这些过程失常状况并通过改变燃烧空气耗量而进行修正，其中直接关系到对H₂S/SO₂之比进行分析的时滞还可能提高当时调节的不准确性。由此带来的循环时滞会使快速波动变化不可控制。因此，硫磺生产的转换效率就会远远低于可能达到的水平。

只有在燃烧过程之后进行额外的设备投资才能减低由此而带来的H₂S和SO₂排出并进而将环境污染负荷限制在规定的范围内。

本发明的目的是降低H₂S燃烧时的硫磺损失，废气净化的设备消耗，SO₂和H₂S排出量以及因此而带来的环境污染负荷。

本发明这一目的建立在调节含H₂S气体燃烧成硫磺的过程以及无时滞测定原料气中燃烧过程可转化组分的方法和电路布线的基础上。首先，按已知方式根据燃烧计算获得燃烧因子（K）。然后，分别供给硫磺生产设备的含H₂S原料气并且不仅测出其可转化组分（C）还测出其流量（FG）。在水蒸气饱和原料气中含有可转化组分而在这种情况下为H₂S组分（C）的无时滞测定是这样进行的，即除了测出燃烧装置附近的流量（FL）以及压力（P1）和温度（T1）而外，还测出原料气供给装置附近的压力（P2）和温度（T2）。还可适当地持续测出燃烧空气的压力（PL）和温度（TL）。

无时滞确定可转化组分是用原料气的压力和温度值（P2和T2）进行的，首先用这些值按下式得出原料气中所含水蒸汽

H₂O＝ (f（T2）)/(P2)

其中f（T）为蒸汽压曲线，H₂S组分即可按下式简接确定：

C＝1- (f（T2）)/(P2)

将上述值（P、T、F），（C）值以及设计值（TLP，PLP，T1P和P1P）关联起来即可按下式修正空气消耗因子

（K）：

$\mathrm{Kkorr=K\; ·}\sqrt{\frac{\mathrm{T1P}}{\mathrm{p1P}}·\frac{\mathrm{PLP}}{\mathrm{TLP}}}·\sqrt{\frac{\mathrm{P1}}{\mathrm{T1}}·\frac{\mathrm{TL}}{\mathrm{PL}}}\mathrm{·G}$

然后，按已知方式但应用Kkorr因子即可确定燃烧过程所栌呕掌牧?

FL＝Kkorr·FG

并可将送至燃烧空气管线的流量比预调为Soll值（理论值）。这种调节与改变空气耗量的调节阀或节流阀极有关。Kkorr和FL通常可适当地应用已知计算机确定并将FL信号直接输入流量比调节装置。

在采用多个燃烧设备前置含H₂S原料气供给装置（A至n）时，需对每种原料气求得其修正的空气消耗因子Kkorr。然后，按下式确定所需燃烧空气耗量：

FL＝KAkorr·FGA+KBkorr·FGB

+……+Knkorr·FGn

如果将测定装置和调节装置支线与空气主管线相连，则其中除了节流阀而外还可同样设置流量测定装置。此外，在废气管线中还可按已知方式连入废气分析仪，一旦实际燃烧过程中出现失常状况，则将其信号送去修正FL值。

在燃烧空气主线和支线相连的设备中，燃烧空气的调节可适当地这样来进行，即将主线中空气流量信号FL，废气分析仪信号Fn送去对支线进行调节。

按上述方法调节硫磺生产设备的电路布线以按上述关系进行连接或用计算功能块组装为有利。将其输出信号传送去进行燃烧空气耗量比调节。在上述连有废气分析仪并借助支线将燃烧空气分成主流和支流的硫磺生产装置中，有效的连接方式是，必要时将信号Fn借助转换开关经调节流量比的加法元件输入主线。

在这种电路布线中总电路如下式：

FL′＝FL+F_W

例如

${\mathrm{FL}}^{\′}=K\·\sqrt{d}\·\sqrt{\frac{P1\·\mathrm{TL}}{T1\·\mathrm{PL}}}\·C.\mathrm{FC}+\mathrm{Fw}$

其中

FL-以原料气为基础而送入的燃烧空气Soll值

FL′-依据废气分析组分送入的燃烧空气Soll值

FG-原料气流量

K-按燃烧计算而得的空气消耗因子

C-水蒸汽中所含原料气量

α-设计参数中依赖于设备的系数

α＝ (T1P·PLP)/(P1P·TLP)

T1P/P1P-设计参数中原料气的温度和压力

TLP/PLP-设计参数中工艺空气的温度和压力

Fw-以废气中化学计量比偏差为基础的燃烧空气耗量组分

TL/PL-工艺空气的温度和压力

T1/P1-原料气的温度和压力

本发明的解决方案不仅保证了无时滞测定原料气中所含可转化组分而且可由此精确地确定燃烧空气耗量即每一种可转化气体组分所需的准确耗量。这进而又保证了H₂S优化转化成硫磺，因此不仅提高了硫磺产量，而且降低了设备废气中H₂S和SO₂的排出量。此外，还可考虑到原料气中存在的可变NH₂组分。

本发明以下述实施例进行详细说明，见附图：

图1表明了用过程指令系统并以两种不同原料气实施本发明方法⒓浣硬舛ㄆ遄榉值淖爸靡约胺掀芟咧猩柚玫姆治鲆?

图2表明了为原料气和带支线的燃烧空气主线以及为废气管线中设置的废气分析仪调节燃烧空气的电路布线：

图3大致同图1，但无分析仪。

实施例1

图1表明按克劳斯法的H₂S燃烧设备示意图，其中有两个前置含H₂S气供给装置。管线2和2′分别从前置废液再生装置A和酰性水汽提装置B连到克劳斯炉18。从克劳斯炉的设计结构考虑，在气体A组成为93.8mol%H₂S，6.1mol%H₂O和0.1mol%CnHm时，其空气消耗因子KA为2.25，而在气体B组成为40.8mol%H₂S，42.9mol%NH₂，15.8mol%H₂O和0.5mol%CnHm，其空气消耗因子KB为3.06。在每一管线2和2′中通过直接设在原料气供给装置A和B附近的测量仪获得压力P2和温度T2。此外，还通过管线2和2′中的测量仪测得克劳斯炉18附近原料气的流量FG以及压力P₁和温度T1。将测得信号P₂A、T₂A、FGA、P₁A、T₁A、P₂B、T₂B、FGB、P₁B、T₁B、PL和TL输入过程指令系统1。然后，就可按下式求得燃烧空气耗量的Soll值：

FL＝KAkorr·FGA+KBkorr·FGB

此外，为了保持废气中必须的化学计量比，将过程分析仪11的测得值输入过程指令系统1。再将其输出信号和管线10中的流量测定装置的测量值FL输入流量比调节仪7，其中将这些信号转换为节流阀9的调整值。

实施例2

图2中调节燃烧空气耗量的电路结构由测定水蒸汽中的气体组分以及监控燃烧过程的电路布线构成，其中通过功能块3.1，除法元件3.2和加法元件3.3对燃烧过程所需燃烧空气耗量进行精确计量，并考虑到实际燃烧过程中可能出现的失常状况。借助功能块可获得原料气于T2温度时的水蒸气压。将功能块3.1的输出信号以及原料气压力测定仪的信号P2输入除法元件3.2。然后通过加法元件3.3将该输出信号与值1联系起来。

这种精确控制电路还包括测定修正空气消耗因子Kkorr的电路布线。信号T1和P1即原料气管线2中所设测定仪的信号与信号TL和PL即燃烧空气管线10中所设测定仪的信号分别输入除法元件4.1G和4.1L，其输出信号又输入乘法元件4.2。再将该输出信号以及α值输入乘法元件4.3，其后接开方元件4.4。其输出信号以及加法元件3.3的输出信号再一起输入乘法元件4.5，并将其输出信号输入另一乘法元件4.6，其中再连同同时输入的理论K值即可得到修正空气消耗因子Kkorr。在下一个乘法元件5中，输入信号Kkorr以及原料气管线中流量测定装置的信号FG即可求得FLsoll值，该理论值在正常状况下即当燃烧炉实际转化过程中无偏差记载时经加法元件6后作为Soll值输入流量比调节仪7，该调节仪再将Soll值转化为调节阀9的调节值。如果在燃烧过程中出现预先不可测定或不可加以调整的失常状况，这可能导致废气中H₂S/SO₂的Soll值出现偏差，这时即可用废气管线12中设置的废气分析仪11测出Fwsoll值。将废气分析仪11的调整信号经转换开关17输入流量调节仪13，该调节仪与流量测定装置14和燃烧空气管线上支线中的调节阀15相通。在实施例2中说明的正常运行过程中，将废气分析仪11的输出信号Fws    oll输入流量调节仪13，而将输出信号FL    soll输入流量比调节仪7，这样一来，因气体组成偏差而引起的空气流量变化就可经流量比调节仪7和调节阀9加以修正并且燃烧过程中出现的失常状况也可经流量调节仪13和调节阀或调节装置15而得到修正。

实施例3

在图3的硫磺生产设备中带有两个前置含H₂S气体的供给装置，其中无废气分析仪。对于气体A和气体B，可用电路布线3A或3B测出其中所含H₂S组分。通过功能块3.1可在原料气于T₂温度时得到水蒸气压。将功能块3.1的输出信号以及原料气压力测定仪的信号P₂输入除法元件3.2。然后经加法元件3.3将其输出信号分别与1值联系起来。

相应地，通过电路布线4A或4B又可分别测出气体A和B的修正空气消耗因子KAkorr和KBkorr。

原料气管线2和2′中为气体A和B所设测量仪的信号T₁和P₁如同燃烧空气管线10中所设测量仪的信号TL和PL一样分别输入除法元件4.1G和4.1L，并将其输出信号输入乘法元件4.2。所得输出信号以及α值分别输入另一乘法元件4.3，其后接开方元件4.4。所得输出信号以及电路布线3A或3B的输出信号分别输入乘法元件4.5，再将该输出信号输入另一乘法元件4.6，其中用理论因子K即可获得修正空气消耗因子KAkorr或KBkorr。

所得KAkorr或KBkorr以及流量测定装置的信号FGA或FGB又分别输入乘法元件5中以分别确定必须的空气耗量。后续加法元件6的输出信号对应于保证精确燃烧过程所需的燃烧空气耗量FL soll值。这一值又以已知方式输入流量比调节仪，该调节仪根据所测FList值（FL_实际值）的偏差并对照当时的Soll值而对调节阀9作相应的调整。

实施例4

含H₂S气体从废液再生装置出来后送入克劳斯装置以将其中所含H₂S转化成元素硫。原料气主要含H₂S以及少量可略去不计的其它气态物质，其中水蒸汽达到饱和。

在废液再生装置出口处温度为45℃和压力为0.16MPa时，依据水蒸气压曲线f（T）可知水组分为0.0599并由此按下式：

H₂O＝ (f（45℃）)/(0.16MPa)

可得原料气中可转化H₂S组分为94.01%。

图中所用参考号表

1    过程指令系统

2（2′）    原料气管线A（B）

3 测定水蒸汽中所含H₂S组分的电路布线

3.1    获得水蒸气压曲线的功能块

3.2    除法原件

3.3    加法元件

4    测定修正空气消耗因子Kkorr的电路布线

4.1    除法元件

4.2    乘法元件

4.3    乘法元件

4.4    开方元件

4.5    乘法元件

4.6    乘法元件

5    乘法元件

6    加法元件

7    流量比调节仪

8    流量测定装置

9    调节阀/调节装置/节流阀

10    燃烧空气管线，主线

11    具有调节特性的过程分析仪

12    废气管线

13    流量调节仪

14    流量测定装置

15    调节阀

16    燃烧空气管线的支线

17    转换开关

18    克劳斯炉

Claims (8)

1、调节含H₂S气体燃烧过程的方法，其中控制用计算而得的空气消耗因子(K)测得的燃烧空气耗量，其特征在于，于燃烧前测定燃烧空气的温度和压力以及原料气或各原料气中所含的可转化H₂S组分(C)，应用该测定值修正空气消耗因子(K)并通入这样修正之后的燃烧过程所需燃烧空气耗量。

2、按权利要求1的方法，其特征在于，用燃烧空气的空气消耗因子（K），压力设计值（PLP）和温度设计值（TLP），送入燃烧设备的原料气的压力（P1）和温度（T1）以及原料气中可转化组分（C）按下式确定燃烧空气耗量（FL）

$\mathrm{FL=K\; ·}\sqrt{a}·\sqrt{\frac{\mathrm{P1}}{\mathrm{T1}}·\frac{\mathrm{TL}}{\mathrm{PL}}}\mathrm{·C.FG}$

3、按权利要求1和2的方法，其中用废气管线中所设废气分析仪来的调节信号进行调节，其特征在于，输入信号（Fw）对FL值进行修正。

4、按权利要求1-3的方法，其中用废气管线中所设废气分析仪来的调节信号进行调节，其特征在于，输入信号（FL）对燃烧空气主流量进行调节，输入废气分析仪来的信号（Fw）对燃烧空气的其余流量进行调节。

5、按权利要求1-4的方法，其特征在于，按下式确定燃烧空气耗量（FL′）

${\mathrm{FL}}^{\′}=K\·\sqrt{a}\·\sqrt{\frac{P1}{T1}\·\frac{\mathrm{TL}}{\mathrm{PL}}}\·C.\mathrm{FG}+\mathrm{Fw}.$

6、权利要求1-5的方法的电路布线，其特征在于，将流量调节装置（13）的信号（Fw）输入燃烧空气管线（16）的支线或经加法元件（6）输入流量比调节仪（7）。

7、无时滞测定原料气中可转化组分的方法，其特征在于，原料气或各原料气中可转化组分（C）间接由其水蒸汽用原料气供给装置附近直接测得的压力（P₂）和温度（T₂）按下式确定

C＝1- (f（T2）)/(P2)

8、权利要求7方法的装置，其特征在于，于原料气供给装置附近设置压力（P₂）和温度（T₂）的测定装置。

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