CN114440137A - 一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法，该故障检测装置包括：脱硫塔、再生塔、旋转分离器、氧化器、两个硫冷凝器，以及分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道，其中脱硫塔的进气入口导入含硫烟气，含硫烟气在脱硫塔中与固体还原剂硫化钙进行还原反应，形成硫单质(硫磺)蒸汽。该硫单质蒸汽经由第一管道和第二管道流入硫冷凝器，并经过硫冷凝器冷凝后分别形成硫单质固体和脱硫气体；在第一管道和第二管道上分别设置了第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块。

Description

一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法

技术领域

本发明涉及故障检测领域，具体涉及一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，二氧化硫烟气的排放量急剧增加。煤炭和天然气等能源燃料燃烧后,通常会产生一定量的二氧化硫。而二氧化硫是主要的大气污染物之一，造成酸雨、雾霾等大气环境污染及严重的硫资源浪费。

对天然气和煤炭燃烧后的气体进行脱硫处理，并进行硫磺回收。燃烧烟气的硫磺回收不仅能够减少二氧化硫的污染，还能回收大量的硫资源，硫磺具有易于存储，便于运输、附加值高的优点，还可以作为化工原料，为企业带来一定的收益，具有较好的环境效益和经济效益。

目前的二氧化硫烟气的硫磺回收的方法通常为固体还原剂直接还原法。固体还原剂直接还原法是指在一定温度下(200～300℃)将含二氧化硫的烟气通过具有还原性的固体还原剂(如硫化钙、氧缺位磁体矿、焦炭)，使二氧化硫中的氧原子转移到固体还原剂的物质上从而实现二氧化硫的还原，而固体还原剂发生氧化，氧化后的固体还原剂可利用再生。该还原方法将还原过程分为两步进行，增加了操作的可控性，同时固体还原剂是可以再生的，无二次污染，选择性高，具有较好的发展前景。

参见图1，现有技术中的固体还原剂直接还原法进行硫磺回收的设备。如图1所示，含二氧化硫的气体通入硫化钙的流化床或填充床中，与之反应生成硫酸钙，释放出硫蒸气，硫蒸气冷凝形成元素硫。硫酸钙用焦炭重整后的天然气还原成硫化钙，硫化钙再循环反应。但是，在上述方法的主要的问题在于生成的硫蒸气在向硫冷凝器转移的过程中，会黏附在管道内表面，造成管道的堵塞。

综上所述，需要提供一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法，能够及时地判断由于硫蒸气在向硫冷凝器转移的管道中硫磺黏附造成的管道狭窄问题，并能够及时处理解除上述管道狭窄问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：在固体还原剂直接还原法进行硫磺回收工艺中，硫蒸气在向硫冷凝器转移的过程中，会黏附在管道内表面，造成管道的堵塞的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种硫磺回收设备故障检测装置，该故障检测装置包括：脱硫塔、再生塔、旋转分离器、氧化器、两个硫冷凝器，以及分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道，其中脱硫塔的进气入口导入含硫烟气，含硫烟气在脱硫塔中与固体还原剂硫化钙进行还原反应，形成硫单质(硫磺)蒸汽。该硫单质蒸汽经由第一管道和第二管道流入硫冷凝器，并经过硫冷凝器冷凝后分别形成硫单质固体和脱硫气体；在第一管道和第二管道上分别设置了第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块。

具体的，分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道具有不同的管道内部直径。

具体的，第二管道的内部直径为第一管道的内部直径的1.8-3倍之间。

具体的，第一、二堵塞监控模块分别包括腔体、阻隔网和检测传感器。

具体的，第一堵塞监控模块和第一管道连结的管道具有与第一管道相同的内径，第二堵塞监控模块和第二管道连结的管道具有与第二管道相同的内径。

具体的，第一、二堵塞监控模块和管道中设置的各个阀门的执行器连接到上位机。

具体的，第一、二堵塞监控模块通过无线方式和各个阀门的执行器连接到上位机。

具体的，无线方式为WIFI或者ZIGBEE。

具体的，阀门包括阀门本体和执行器。

基于所述硫磺回收设备故障检测装置的硫磺回收设备故障监测方法，该方法包括：第一步，上位机控制第一管道的V12、V13阀门、第二管道的V22、V23阀门以及第一、二管道出气端和硫冷凝器之间的阀门，同时实时采集第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中检测传感器的电容值测量信号，并将上述电容值传送至上位机；

第二步，上位机接受检测传感器的电容值测量信号，并通过数据处理，得到实时的第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度；

第三步，上位机根据第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度，判断第一管道、第二管道是否到达清理触发条件。

本发明提供的一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法，能够及时地判断由于硫蒸气在向硫冷凝器转移的管道中硫磺黏附造成的管道狭窄问题，并能够及时处理解除上述管道狭窄问题。

附图说明

图1为现有技术中的固体还原剂直接还原法进行硫磺回收的设备的结构示意图。

图2为本发明提供的硫磺回收的设备的结构示意图。

图3为本发明提供的硫磺回收的设备的脱硫塔和硫冷凝器之间的硫磺转移管道的结构示意图。

图4为本发明提供的硫磺回收的设备的硫磺黏附膜厚判断部件的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明提供的硫磺回收的设备作进一步的详细描述。

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图2为本发明提供的硫磺回收的设备的结构示意图。如图2所示，本发明提供的硫磺回收的设备包括：脱硫塔、再生塔、旋转分离器、氧化器、两个硫冷凝器，以及分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道。其中脱硫塔的进气入口导入含硫烟气，含硫烟气在脱硫塔中与固体还原剂硫化钙进行还原反应，形成硫单质(硫磺)蒸汽。该硫单质蒸汽经由第一管道和第二管道流入硫冷凝器，并经过硫冷凝器冷凝后分别形成硫单质固体和脱硫气体。

进行氧化还原反应后的固体还原剂硫化钙至少被部分地氧化为硫酸钙，形成硫化钙和硫酸钙的混合物。上述硫化钙和硫酸钙的混合物进入氧化器内通过热空气被进一步氧化，形成粉尘状的完全氧化后的固体还原剂硫酸钙。上述完全氧化后的固体还原剂硫酸钙进入旋转分离器进行旋转分离，完全氧化后的固体还原剂硫酸钙下沉至再生塔，旋转分离出的气体被排空。

进入再生塔的粉末状的完全氧化后的固体还原剂硫酸钙，用煤炭和蒸汽重整后的天然气还原成硫化钙，并在此进入脱硫塔进行氧化还原反应。所述蒸汽由蒸汽发生器产生，上述蒸汽发生器的蒸汽输出口之一连接到再生塔的蒸汽输入口。

其中，分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道具有不同的管道内部直径，具体的第二管道的内部直径大于第一管道的内部直径，优选的第二管道的内部直径为第一管道的内部直径的1.8-3倍之间。将第一、二管道的内部直径差值化设置的主要目的是通过不同的内部直径的设置形成第一、二管道中硫磺沉积的速率和堵塞程度的差异，从而能够在进行硫磺沉积清理的步骤中选择堵塞程度较高的管道进行处理，同时保证堵塞程度较低的一个管道保持正常的工艺运行，保证整个工艺系统的生产效率，避免了对于设备的硬启动。

此外，在第一管道和第二管道上分别设置了第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块。该第一堵塞监控模块的进气端和出气端分别连接在第一管道上，并分别靠近第一管道的进气端和出气端；该第二堵塞监控模块的进气端和出气端分别连接在第二管道上，并分别靠近第二管道的进气端和出气端优选地，该靠近可以为举例小于30cm。该第一管道和第二管道的进气端和出气端和第一管道和第二管道之间均设置阀门开关。上述各个阀门包括阀门本体和执行器。

第一堵塞监控模块和第一管道连结的管道具有与第一管道相同的内径，第二堵塞监控模块和第二管道连结的管道具有与第二管道相同的内径。

蒸汽发生器的两个蒸汽输入管道分别连接到第一管道和第二管道，并且上述连接的连接位置分别在第一、二堵塞监控模块的进气端和第一、二管道的进气端之间。在在第一、二堵塞监控模块的出气端和第一、二管道的出气端之间的管道部分上连接了蒸汽排出管。并且上述两个蒸汽输入管、蒸汽排出管和第一、二管道之间均设置阀门开关。上述各个阀门包括阀门本体和执行器。第一管道和第二管道分别通过各自的两个蒸汽输入管和蒸汽排出管能够向第一、二管道选择性地导入高温蒸汽，从而使得管道中凝结黏附的硫单质液化，从而清理堵塞物。

在第一、二管道的出气端和两个硫冷凝器之间分别还设置了阀门开关，从而选择性地控制第一、二管道中的气体是否进入硫冷凝器。

上述第一、二堵塞监控模块和各个阀门的执行器连接到上位机，上述连接可以通过无线的方式，例如wifi或者zigbee。第一、二堵塞监控模块将其通过传感设备检测到的电信号传送到上位机(未示出)，上位机通过数据处理得到相应的膜厚数据。通过上位机的判断，选择性地打开或者关闭阀门V11、V12、V13、V14、V21、V22、V23、V24，从而实现第一、二管道的检测、清理功能的切换。

图3为本发明提供的硫磺回收的设备的脱硫塔和硫冷凝器之间的硫磺转移管道的结构示意图。参见图3，分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道具有不同的管道内部直径，具体的第二管道的内部直径大于第一管道的内部直径，优选的第二管道的内部直径为第一管道的内部直径的1.8-3倍之间。优选的，第一管道的内部直径可以为15cm，第二管道的内部直径可以为30cm。

将第一、二管道的内部直径差值化设置的主要目的是通过不同的内部直径的设置形成第一、二管道中硫磺沉积的速率和堵塞程度的差异，从而能够在进行硫磺沉积清理的步骤中选择堵塞程度较高的管道进行处理，同时保证堵塞程度较低的一个管道保持正常的工艺运行，保证整个工艺系统的生产效率，避免了对于设备的硬启动。

在第一管道和第二管道上分别设置了第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块。如图3所示，第一堵塞监控模块包括腔体11、阻隔网12和检测传感器13。其中腔体11为圆筒状外壳，其中心轴线与其两侧连接到第一管道的管道垂直。其内部直径为第一管道内部直径的1.5-2倍。其中，阻隔网12为绝缘聚合物材料细丝编织成的网状片材，其孔隙率为40％-55％。如果空袭率过小会造成硫单质过度在在监测装置内聚集，使得监测准确率降低，如果孔隙率过高会造成阻隔网12的强度过低，使得监测模块寿命降低。

第二堵塞监控模块包括腔体21、阻隔网22和检测传感器23。其中腔体21为圆筒状外壳，其中心轴线与其两侧连接到第二管道的管道垂直。其内部直径为第二管道内部直径的1.5-2倍。其中，阻隔网22为绝缘聚合物材料细丝编织成的网状片材，其孔隙率为40％-55％。如果空袭率过小会造成硫单质过度在在监测装置内聚集，使得监测准确率降低，如果孔隙率过高会造成阻隔网22的强度过低，使得监测模块寿命降低。

在该阻隔网12、22上分别设置了检测传感器13、23，如图4所示，该检测传感器13、23分别为沉积在阻隔网12、22上的一对梳妆电极和电容电桥，一对梳妆电极包括第一电极和第二电极。该一对梳妆电极具有预设的形状尺寸，一对梳妆电极形成平板形叉指电容器。在原始状态下，叉指电容器的电容值由阻隔网12、22的介电常数决定。当硫单质沉积在检测传感器13、23的一对梳妆电极上并形成连续膜时，叉指电容器的电容值由第一电极和第二电极的间距和厚度以及单质硫的介点系数决定。通过电容电桥可以对一对梳妆电极之间的电容值进行测量。检测传感器13、23将上述电容值传送到上位机，上位机根据电容值的变化计算确定硫单质的厚度，上述计算方法为本领域公知的电容法测量膜厚的公知技术，具体算法本领域技术人员根据其掌握的技术知识可以知晓，在此不再赘述。

当上位机判断上述第一管道和第二管道的膜后到达相应管道的清理触发条件时，关闭相应的第一管道的V12、V13或者第二管道的V22、V23以及相应的第一或二管道的出气端和两个硫冷凝器之间、进气端和脱硫塔之间分别还设置了阀门，并打开相应的第一管道的V11、V14或者第二管道的V21、V24，同时将蒸汽发生器的高温蒸汽导入相应第一管道或者第二管道，进行硫单质的清理，由于高温蒸汽的温度可以达150摄氏度以上，从而将固化堵塞在管道内的硫单质熔化，并从相应管道的蒸汽排出管排出。

同时上位机控制通过相应的第一或二堵塞监控模块的N2喷入口，喷入高压氮气，将检测传感器表面的硫单质进行清理，在下一个监测周期内重新测量硫磺薄膜的厚度。在清理周期结束后，上位机控制相应的第一管道的V11、V14或者第二管道的V21、V24关闭。

下面介绍基于上述硫磺回收的设备的故障监测方法，该方法包括：

第一步，上位机控制第一管道的V12、V13阀门、第二管道的V22、V23阀门以及第一、二管道出气端和硫冷凝器之间、第一、二管道进气端和脱硫塔之间的阀门，同时实时采集第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中检测传感器13、23的电容值测量信号，并将上述电容值传送至上位机。

第二步，上位机接受检测传感器13、23的电容值测量信号，并通过数据处理，得到实时的第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度。

第三步，上位机根据第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度，判断第一管道、第二管道是否到达清理触发条件。

具体的清理触发条件判断步骤为：

设备的原始状态为：第一管道的V11、V14和第二管道的V21、V24关闭，并且第一管道的V12、V13以及第一管道的出气端和硫冷凝器之间、第一管道进气端和脱硫塔之间的阀门、第二管道的V22、V23以及第二管道的出气端和硫冷凝器之间、第二管道进气端和脱硫塔之间的阀门关闭，即设备处于硫蒸汽向冷凝器转运状态。

步骤1)，确定第一管道的膜厚T1，并判断T1是否大于D1/π[2ln(L1)-ln(Rv1T)]，其中D1为第一管道的内部直径，L1为第一管道长度，R为气体常数，v1为脱硫塔到第一管道位置安装的气体流量检测装置检测的进入第一管道的气体流量，T为气体温度。上述参数均可以通过设置在脱硫塔到第一管道位置安装的流量或者温度检测装置检测。

步骤2)，确定第二管道的膜厚T2，并判断T2是否大于D2/π[2ln(L2)-ln(Rv2T)]，其中D2为第二管道的内部直径，L2为第二管道长度，R为气体常数，v2为脱硫塔到第二管道位置安装的气体流量检测装置检测的进入第一管道的气体流量，T为气体温度。上述参数均可以通过设置在脱硫塔到第二管道位置安装的流量或者温度检测装置检测。

步骤3)，如果步骤1)和步骤2)的判断结果均为否，则返回步骤1)继续监控。

如果步骤1)的判断结果为是，步骤2)的判断结果为否，则通过上位机控制，关闭相应的第一管道的V12、V13以及第一管道的出气端和硫冷凝器之间、第一管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并打开相应的第一管道的V11、V14，同时将蒸汽发生器的高温蒸汽导入相应第一管道，进行硫单质的清理；同时第二管道步进行操作，继续工作，蒸汽清理时间为t，优选的t取值范围为5-10min。同时上位机控制通过相应的第一堵塞监控模块的N2喷入口，喷入高压氮气，将检测传感器13表面的硫单质进行清理，在下一个监测周期内重新测量硫磺薄膜的厚度。在清理周期结束后，上位机控制第一管道的V11、V14关闭，并重新打开第一管道的V12、V13以及第一管道的出气端和硫冷凝器之间、第一管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并返回步骤1)。

如果步骤2)的判断结果为是，步骤1)的判断结果为否，则通过上位机控制，关闭相应的第二管道的V22、V23以及第二管道的出气端和硫冷凝器之间、第二管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并打开相应的第二管道的V21、V24，同时将蒸汽发生器的高温蒸汽导入相应第二管道，进行硫单质的清理；同时第一管道步进行操作，继续工作，蒸汽清理时间为t，优选的t取值范围为5-10min。同时上位机控制通过相应的第二堵塞监控模块的N2喷入口，喷入高压氮气，将检测传感器23表面的硫单质进行清理，在下一个监测周期内重新测量硫磺薄膜的厚度。在清理周期结束后，上位机控制第二管道的V21、V24关闭，并重新打开第二管道的V22、V23以及第二管道的出气端和硫冷凝器之间、第二管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并返回步骤1)。

如果步骤1)和步骤2)判断结构均为是，则执行步骤4)。

步骤4)，判断T1/D1和T2/D2的大小关系，如果T1/D1大于等于T2/D2，则通过上位机控制，关闭相应的第一管道的V12、V13以及第一管道的出气端和硫冷凝器之间、第一管道的进气端和脱硫塔之间的的阀门，并打开相应的第一管道的V11、V14，同时将蒸汽发生器的高温蒸汽导入相应第一管道，进行硫单质的清理；同时第二管道不进行操作，继续工作，蒸汽清理时间为t*D1/D2。同时上位机控制通过相应的第一堵塞监控模块的N2喷入口，喷入高压氮气，将检测传感器13表面的硫单质进行清理，在下一个监测周期内重新测量硫磺薄膜的厚度。在清理周期结束后，上位机控制第一管道的V11、V14关闭，并重新打开第一管道的V12、V13以及第一管道的出气端和硫冷凝器之间、第一管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并返回步骤1)。

如果T1/D1小于T2/D2，则通过上位机控制，关闭相应的第二管道的V22、V23以及第二管道的出气端和硫冷凝器之间、第二管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并打开相应的第二管道的V21、V24，同时将蒸汽发生器的高温蒸汽导入相应第二管道，进行硫单质的清理；同时第一管道步进行操作，继续工作，蒸汽清理时间为t*D1/D2。同时上位机控制通过相应的第二堵塞监控模块的N2喷入口，喷入高压氮气，将检测传感器23表面的硫单质进行清理，在下一个监测周期内重新测量硫磺薄膜的厚度。在清理周期结束后，上位机控制第二管道的V21、V24关闭，并重新打开第二管道的V22、V23以及第二管道的出气端和硫冷凝器之间、第二管道的进气端和脱硫塔之间的阀门，并返回步骤1)。

本发明提供的一种硫磺回收设备故障检测装置及故障监测方法，能够及时地判断由于硫蒸气在向硫冷凝器转移的管道中硫磺黏附造成的管道狭窄问题，并能够及时处理解除上述管道狭窄问题。

本发明中的必要参数的获取如压强、流量均可以通过在管路中设置相应压强表或流量计来进行测量和控制。管道中必须的用于气压制造或维持的气泵或泄压口等，为了简化技术方案，进行了省略，但是本领域技术人员根据掌握的技术知识，能够在本申请公开的基础上合理判断上述必须部件设置的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，因此以上所述仅为本发明的实施例。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还包括各种等效变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：该故障检测装置包括：脱硫塔、再生塔、旋转分离器、氧化器、两个硫冷凝器，以及分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道，其中脱硫塔的进气入口导入含硫烟气，含硫烟气在脱硫塔中与固体还原剂硫化钙进行还原反应，形成硫单质(硫磺)蒸汽；该硫单质蒸汽经由第一管道和第二管道流入硫冷凝器，并经过硫冷凝器冷凝后分别形成硫单质固体和脱硫气体；在第一管道和第二管道上分别设置了第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块。

2.根据权利要求1所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：分别位于脱硫塔和两个硫冷凝器之间的第一管道和第二管道具有不同的管道内部直径。

3.根据权利要求2所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：第二管道的内部直径为第一管道的内部直径的1.8-3倍之间。

4.根据权利要求1所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：第一、二堵塞监控模块分别包括腔体、阻隔网和检测传感器。

5.根据权利要求1所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：第一堵塞监控模块和第一管道连结的管道具有与第一管道相同的内径，第二堵塞监控模块和第二管道连结的管道具有与第二管道相同的内径。

6.根据权利要求1所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：第一、二堵塞监控模块和管道中设置的各个阀门的执行器连接到上位机。

7.根据权利要求6所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：第一、二堵塞监控模块通过无线方式和各个阀门的执行器连接到上位机。

8.根据权利要求7所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：无线方式为WIFI或者ZIGBEE。

9.根据权利要求8所述硫磺回收设备故障检测装置，其特征在于：阀门包括阀门本体和执行器。

10.基于权利要求1-9之一所述硫磺回收设备故障检测装置的硫磺回收设备故障监测方法，其特征在于：该方法包括：第一步，上位机控制第一管道的V12、V13阀门、第二管道的V22、V23阀门以及第一、二管道出气端和硫冷凝器之间的阀门，同时实时采集第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中检测传感器的电容值测量信号，并将上述电容值传送至上位机；

第二步，上位机接受检测传感器的电容值测量信号，并通过数据处理，得到实时的第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度；

第三步，上位机根据第一堵塞监控模块和第二堵塞监控模块中沉积的硫单质厚度，判断第一管道、第二管道是否到达清理触发条件。

Images