CN104150448B - 一种硫磺回收装置h2s/so2比值控制系统 - Google Patents

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本发明涉及硫磺回收装置控制技术领域，特别涉及一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统。该系统与分布式控制系统DCS连接，所述系统包括主配风控制器、副配风控制器和实时数据库；所述系统还包括过程参数输入模块、控制参数获取模块、副配风系数计算模块、副配风跟踪计算模块、主配风系数计算模块、主配风跟踪计算模块、主副配风设定值输出模块。本发明提供的硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统，通过有效控制H2S/SO2比值，使得制硫尾气中的H2S/SO2比值的平稳率提高，硫含量降低，从而降低后续尾气加氢处理部分的负荷，最终降低装置排空烟气的含硫量，实现显著的经济效益和社会效益。

Description

一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统
技术领域
本发明涉及硫磺回收装置控制技术领域，特别涉及一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统。
背景技术
硫磺回收装置是炼油企业污水处理流程中的一个环节，随着社会进步，对硫磺回收装置SO2的排放要求越来越高。目前国内SO2排放标准执行GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》，标准规定SO2排放浓度小于960mg/Nm3。国家有关部门正在酝酿修订大气污染物综合排放标准，要求新建硫磺回收装置SO2排放浓度小于400mg/Nm3，特定地区小于200mg/Nm3。
影响SO2排放浓度的主要因素有酸性气质量、脱硫溶剂质量、吸收塔温度、催化剂性能、液硫脱气废气、配风控制等。
炼油过程中各种脱硫装置产生酸性气，其主要成分是硫化氢(H2S)、氨(NH3)、氮气(N2)等。硫磺回收装置的作用是尽可能多地将酸性气中的硫成分转化为硫磺，尽量降低排入大气的排硫量。硫磺回收装置的工艺流程简介如下：
硫化氢和空气进入制硫燃烧炉，主要进行如下3个式子所示的化学反应：
2H2S+O2＝2H2O+2S（1）
2H2S+3O2＝2SO2+2H2O（2）
2H2S＋SO2＝3S＋2H2O（3）
约三分之二的硫化氢与氧气发生（式1）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水(H2O)；约10％的硫化氢与氧气发生（式2）所示反应，生成二氧化硫(SO2)和水(H2O)；约20％的硫化氢与二氧化硫发生（式3）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水(H2O)。
制硫燃烧炉反应过后的过程气，再相继进入反应转化炉和冷凝器。在反应转化炉中，大部分硫化氢(H2S)和二氧化硫(SO2)发生（式3）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水蒸汽(H2O)。
经冷凝器后，硫蒸汽(S)冷凝为液态，进入硫封罐。提取的硫成分占酸性气含硫总量的比例称为转化率。正常情况下，转化率高于95%。含小量硫成分的脱硫过程气进入加氢部分。
加氢装置将脱硫过程气中的绝大多数硫成分还原为硫化氢(H2S)并分离，硫化氢返回制硫装置，含微量硫成分的过程气燃烧后排入大气。排空烟气中二氧化硫(SO2)含量越少，对环境污染越轻。
在上述工艺过程中，希望制硫装置尽可能多地提取酸性气中的硫成分，即希望转化率尽可能高，以尽量降低排入大气的排硫量。
提高转化率的主要条件是，保证制硫燃烧炉和反应转化炉中硫化氢和二氧化硫的比值(H2S/SO2)稳定在最佳值。由（式3）可见，理论上，此最佳值为2。要保持H2S/SO2比值稳定，关键是保证进入制硫燃烧炉的空气量恰为所需量。
空气多了，（式2）所示反应多，SO2偏多，H2S/SO2比值偏低；空气少了，（式2）所示反应少，SO2偏少，H2S/SO2比值偏高；这两种情况都不利于（式3）所示反应。
但是，在实际操作中，所加空气量很难保持合适，主要有如下几方面原因：
（1）酸性气流量波动。随着原油中含硫量波动，加工量的波动，以及上游装置的其它波动，不可避免引起酸性气流量波动；
（2）酸性气中硫化氢（H2S）含量波动。由于上述同样原因，酸性气中硫化氢含量波动；
（3）酸性气中烃类杂质含量变化；或对于酸性气中H2S含量低，需额外添加燃料以维持炉温的装置，燃料量的变化；
（4）对于烧氨工艺的装置，氨含量的变化。
上述几种变化，都需要所加空气量随之改变，其中（2）、（3）、（4）类原因无从预测，常规控制手段难以控制，大部分装置虽然在配风环节设有自动控制手段，但实际运行中大部分处于手动或部分手动状态，H2S/SO2比值大范围波动。
H2S/SO2比值偏离理想值2，即H2S偏少或SO2偏少，实际运行中甚至经常出现末级冷凝器出口H2S或SO2含量为零的情况，这意味着制硫燃烧炉、一级转化反应器、二级转化反应器中（式3）所示反应不能正常进行，极端情况下一级转化反应器、二级转化反应器根本不起作用，从而降低了转化率，加大了排入大气的二氧化硫(SO2)排放量。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统，以克服现有技术H2S/SO2比值波动大，导致加大排入大气的二氧化硫(SO2)排放量，造成环境污染的问题。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统，所述系统与分布式控制系统DCS连接，所述系统包括主配风控制器、副配风控制器和实时数据库；所述系统还包括：
过程参数输入模块，用于从DCS中获取H2S/SO2比值的设定值和测量值、酸性气流量测量值、主配风量测量值、副配风量测量值，并送至所述实时数据库中；
控制参数获取模块，用于输入所述主配风控制器的参数值和副配风控制器的参数值至所述实时数据库中；
主配风控制器和副配风控制器从所述实时数据库中获取所述主配风控制器的全部参数值和所述副配风控制器的全部参数值；所述主配风控制器的状态包括手动状态和自动状态；所述副配风控制器的状态包括手动状态和自动状态；
副配风系数计算模块，用于当所述副配风控制器处于手动状态时，输出副配风系数，该副配风系数自动跟踪副配风量；当所述副配风控制器处于自动状态时，依据H2S/SO2的比值偏差和所述副配风控制器的参数值，计算修正得到副配风系数，使H2S/SO2比值偏差在预置范围内；其中，所述H2S/SO2的比值偏差为所述H2S/SO2比值的设定值和测量值的差值；所述H2S/SO2的比值偏差与酸性气中硫化氢含量变化、烃类杂质含量变化的扰动具有对应关系；
副配风跟踪计算模块，用于根据所述副配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到副配风优化设定值，并将所述副配风优化设定值输入至所述实时数据库中；
主配风系数计算模块，用于当所述主配风控制器处于手动状态时，输出主配风系数，该主配风系数自动跟踪主配风量；当所述主配风控制器处于自动状态时，依据所述副配风的测量值，计算修正得到主配风系数；
主配风跟踪计算模块，用于根据所述主配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到主配风的优化设定值，并将所述主配风的优化设定值输入至所述实时数据库；
主副配风设定值输出模块，用于从所述实时数据库中获取所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值，并送至所述DCS，由所述DCS根据所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值对所述H2S/SO2比值进行控制。
（三）有益效果
本发明提供一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统，通过有效控制H2S/SO2比值，使得制硫尾气中的H2S/SO2比值的平稳率提高，硫含量降低，从而降低后续尾气加氢处理部分的负荷，最终降低装置排空烟气的含硫量，实现显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
所述一种H2S/SO2比值控制系统可以与分布式控制系统（DistributedControlSystem，DCS）连接，所述系统可以包括主配风控制器100、副配风控制器102、实时数据库104、过程参数输入模块106、控制参数获取模块108、副配风系数计算模块110、副配风跟踪计算模块112、主配风系数计算模块114、主配风跟踪计算模块116、主副配风设定值输出模块118。
根据上述各模块的功能作用，还可以将所述系统分为四大模块，分别为：数据输入模块，副配风控制器控制模块，主配风控制器控制模块，以及，数据输出模块。
下面分别详细介绍各模块的功能，以及各模块之间的关系。
一、数据输入模块可以由过程参数输入模块106和控制参数获取模块108组成。
过程参数输入模块106，用于从DCS中获取H2S/SO2比值的设定值和测量值，酸性气流量的测量值，主配风量的测量值，副配风量的测量值，并送至所述实时数据库104中；
控制参数获取模块108，用于输入所述主配风控制器100的参数值和副配风控制器102的参数值至所述实时数据库104中。
所述过程参数输入模块106可以从DCS中获取一些相关信息，输入至实时数据库104中。实时数据库104中存储的数据或者信息等资源可以通过部分或者全部下列模块获取得到。
二、副配风控制器控制模块可以由副配风系数计算模块110和副配风跟踪计算模块112组成。
副配风控制器102从所述实时数据库104中获取所述副配风控制器102的全部参数值。
其中，所述主配风控制器100的状态可以分为手动状态和自动状态；所述副配风控制器102的状态可以分为手动状态和自动状态。
根据所述副配风控制器102的状态的不同，所述副配风系数计算模块110可以分为两种工作模式：
（一）当所述副配风控制器102处于手动状态时。
副配风系数计算模块110，用于从所述副配风控制器102输出副配风系数，所述副配风系数用于自动跟踪副配风量。
（二）当所述副配风控制器102处于自动状态时。
副配风系数计算模块110，用于依据H2S/SO2的比值偏差和所述副配风控制器102的参数值，计算修正得到副配风系数，使H2S/SO2比值偏差在预置范围内。
其中，所述H2S/SO2的比值偏差可以为所述H2S/SO2比值的设定值和测量值的差值。所述H2S/SO2的比值偏差与酸性气中硫化氢含量变化、烃类杂质含量变化的扰动具有对应关系。
此时，所述副配风系数计算模块110实现了副配风系数对酸性气中耗氧成分变化的自动调整。
副配风跟踪计算模块112，用于根据所述副配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到副配风优化设定值，并将所述副配风优化设定值输入至所述实时数据库104中。
此时，所述副配风跟踪计算模块112实现了副配风系数对酸性气流量的实时跟踪。
三、主配风控制器控制模块可以由主配风系数计算模块114、主配风跟踪计算模块116组成。
主配风控制器100从所述实时数据库104中获取所述主配风控制器100的全部参数值。
根据所述主配风控制器100的状态的不同，所述主配风系数计算模块114可以分为两种工作模式：
（一）当所述主配风控制器100处于手动状态时。
主配风系数计算模块114，用于从所述主配风控制器100输出主配风系数，所述主配风系数用于自动跟踪主配风量。
（二）当所述主配风控制器100处于自动状态时。
主配风系数计算模块114，用于依据所述副配风的测量值，计算修正得到主配风系数。
所述主配风系数计算模块114调整主配风系数，使副配风系数运行在合理的范围内。此时，主配风系数计算模块114实现了两个目的，一是使副配风系数运行在合适量程范围内，保证副配风控制器发挥最佳作用；二是自适应工况的漂移，例如酸性气中硫化氢含量、烃类杂质含量等的缓慢变化。
主配风跟踪计算模块116，用于根据所述主配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到主配风的优化设定值，并将所述主配风的优化设定值输入至所述实时数据库104。
此时，所述主配风跟踪计算模块116实现了主配风对酸性气流量的实时跟踪。
四、数据输出模块可以由主副配风设定值输出模块118组成。
主副配风设定值输出模块118，用于从所述实时数据库104中获取所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值，并送至所述DCS，以由所述DCS根据所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值对所述H2S/SO2比值进行控制。
综上所述，所述系统从DCS中接收过程参数，经过运算，得到控制数据，再送给DCS，由DCS实现对过程的控制。
所述系统的目标是：控制进入制硫燃烧炉的风量，使三级冷凝冷却器出口过程气中的H2S/SO2＝2/1。
实现这个目标，则燃烧炉出口、一级二级转化器内的H2S/SO2比都是2/1，这是制硫燃烧炉、一级转化器、二级转化器的最佳反应条件。达到这个条件，可使制硫尾气中的硫含量最低，从而降低后续尾气加氢处理部分的负荷，最终降低装置排空烟气的含硫量，有显著的经济效益和社会效益。
而且，对H2S/SO2比值的控制主要由副配风量实现，主配风量主要实现对酸性气流量的跟踪，但跟踪比例依据系统对工况的判断实时调整。主、副配风量相互配合，又各有侧重，共同应对引起H2S/SO2比值变化的各种干扰。
当控制系统正常运行时，发送给DCS一看门狗信号，供DCS判断控制系统的死机、掉电等意外情况。如果出现此类情况，系统自动切回DCS控制，维持基本的运行状态。
所述控制系统对H2S/SO2比值进行控制的关键有如下4点：
1、主、副配风都参与对酸性气流量的跟踪
很多控制方案仅由主配风实现对酸性气流量的跟踪，这是一个很大的缺陷，远远超过H2S/SO2比值对配风的不敏感范围。在理论上以及从实际运行操作看，即使主副配风量程比为10/1，副配风的跟踪也远远不能忽略。
2、副配风应对其它干扰
从酸性气中硫化氢含量变化、烃类杂质含量变化、氨含量变化等干扰对H2S/SO2比值的影响的机理看，这些干扰可以归结为一类。这些干扰都引起所消耗氧气量变化。这些干扰很难预先检测，只能对H2S/SO2比值产生影响后，才能给予调整。由副配风及时应对这类干扰。
3、随时、自动调整主配风跟踪比例
随时、自动调整主配风跟踪比例，实现两个目的，一是力图使副配风运行在40-60%量程范围内，保证副配风发挥最佳作用，二是自适应工况的漂移，例如酸性气中硫化氢含量、烃类杂质含量等的缓慢变化。
4、高鲁棒性、高投用率
计算修正主、副配风系数的过程采用了具有很高鲁棒性的算法，一经调试投用，就能适应绝大多数工况。整套算法由多个性能次优、但鲁棒性高的算法组成。这也保证了系统的高投用率。
以上4点，保证了系统的高投用率，以及整体高性能。
2009年9月－2010年5月项目实施前排空烟气SO2含量的实际数据见表1。
表1：项目实施前排空烟气SO2含量
采样日期 采样值（mg/m3）
2009.9.4 915
9.11 746
9.18　 846
9.25 301
9.27 41
10.22 779
10.29 596
11.13 576
11.19 436
11.24 510
2009.12.17 590
12.24 636
12.28 542
2010.1.7 642
1.10 564
1.21 492
1.28 546
2010.2.3 576
2.11 475
2.26 626
2010.3.4 684
3.8 596
3.19 721
3.23 614
2010.4.2 815
4.8 746
4.15 874
4.23 766
4.26 793
2010.5.4 736
5.14 710
5.20 729
5.28 642
　平均值 651
2010年8－9月项目实施后排空烟气SO2含量的实际数据见表2。
表2：项目实施后烟气SO2含量
采样日期 采样值（mg/m3）
2010.8.5 469
8.11 521
8.20 569
8.31 490
9.8 577
9.10 544
9.20 504
9.29 510
平均值 523
根据表1、表2，分析结果总结如下：
2009年9月－2010年5月，排空烟气SO2含量共采样33个，其中2009年9月27日采样值为41，明显不合理，剔除后，其余32个样平均值为651mg/m3；
2010年8－9月，排空烟气SO2含量共采样8个，平均值为523mg/m3。
即实施本项目后，排空烟气SO2含量降低了651－523＝128mg/m3，降幅为128/651＝19.6%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种硫磺回收装置H2S/SO2比值控制系统，其特征在于，所述系统与分布式控制系统DCS连接，所述系统包括主配风控制器、副配风控制器和实时数据库；所述系统还包括：
过程参数输入模块，用于从DCS中获取H2S/SO2比值的设定值和测量值、酸性气流量测量值、主配风量测量值、副配风量测量值，并送至所述实时数据库中；
控制参数获取模块，用于输入所述主配风控制器的参数值和副配风控制器的参数值至所述实时数据库中；
主配风控制器和副配风控制器从所述实时数据库中获取所述主配风控制器的全部参数值和所述副配风控制器的全部参数值；所述主配风控制器的状态包括手动状态和自动状态；所述副配风控制器的状态包括手动状态和自动状态；
副配风系数计算模块，用于当所述副配风控制器处于手动状态时，输出副配风系数，该副配风系数自动跟踪副配风量；当所述副配风控制器处于自动状态时，依据H2S/SO2的比值偏差和所述副配风控制器的参数值，计算修正副配风系数，使H2S/SO2比值偏差在预置范围内；其中，所述H2S/SO2的比值偏差为所述H2S/SO2比值的设定值和测量值的差值；所述H2S/SO2的比值偏差与酸性气中硫化氢含量变化、烃类杂质含量变化的扰动具有对应关系；
副配风跟踪计算模块，用于根据所述副配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到副配风优化设定值，并将所述副配风优化设定值输入至所述实时数据库中；
主配风系数计算模块，用于当所述主配风控制器处于手动状态时，输出主配风系数，该主配风系数自动跟踪主配风量；当所述主配风控制器处于自动状态时，依据所述副配风的测量值，计算修正得到主配风系数；
主配风跟踪计算模块，用于根据所述主配风系数与所述酸性气流量的测量值，计算得到主配风的优化设定值，并将所述主配风的优化设定值输入至所述实时数据库；
主副配风设定值输出模块，用于从所述实时数据库中获取所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值，并送至所述DCS，以由所述DCS根据所述主配风的优化设定值和所述副配风的优化设定值对所述H2S/SO2比值进行控制。
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