尚玉霞

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

酸性氣燃燒爐配風(fēng)方案探討

尚玉霞

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南洛陽(yáng) 471012)

著重介紹了目前酸性氣燃燒爐的配風(fēng)方案的控制原理及存在問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題提出改進(jìn)方案并介紹了改進(jìn)方案的控制原理及特點(diǎn)。

配風(fēng);反饋;前饋

洛陽(yáng)石化四聯(lián)合4萬(wàn)t/a硫黃回收裝置目前采用的制硫方法是部分燃燒法，即將全部酸性氣引入酸性氣燃燒爐，按烴類完全燃燒和1/3H2S完全燃燒生成SO2進(jìn)行配風(fēng)。反應(yīng)結(jié)果酸性氣燃燒爐內(nèi)約有65%的H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，余下約35%的H2S中有1/3燃燒成SO2，2/3保持不變。酸性氣燃燒爐內(nèi)反應(yīng)剩余的H2S、SO2進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在催化劑作用下進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)生成單質(zhì)硫，為H2S最大限度轉(zhuǎn)化為硫黃創(chuàng)造條件。

1 風(fēng)氣比對(duì)硫黃回收裝置的影響

風(fēng)氣比是指進(jìn)入酸性氣燃燒爐的氣體中空氣和酸性氣的體積比值。在酸性氣組分的含量已確定時(shí)，可按化學(xué)反應(yīng)的理論需氧量計(jì)算風(fēng)氣比。

在克勞斯反應(yīng)過(guò)程中，空氣量不足或過(guò)量均會(huì)使轉(zhuǎn)化率降低，但空氣不足比空氣過(guò)量對(duì)硫轉(zhuǎn)化率影響更大。風(fēng)氣比與硫轉(zhuǎn)化率關(guān)系如表1所示。

表1 風(fēng)氣比與硫轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 %

由表1可知酸性氣燃燒爐配風(fēng)調(diào)節(jié)控制是硫黃回收裝置生產(chǎn)的關(guān)鍵，直接影響著裝置的平穩(wěn)運(yùn)行、總硫轉(zhuǎn)化率及硫黃產(chǎn)品質(zhì)量。嚴(yán)格控制酸性氣燃燒爐配風(fēng)的目的是為了裝置能獲得最高硫轉(zhuǎn)化率，以降低尾氣凈化工段的加氫負(fù)荷。為了得到最高的硫回收率，使尾氣凈化加氫反應(yīng)器中過(guò)程氣H2S/SO2=2(體積比)是必不可少的。因此供給酸性氣燃燒爐合適的風(fēng)量是十分重要的，如空氣不足將產(chǎn)生過(guò)剩的H2S，如空氣過(guò)量引起SO2過(guò)剩，這二者都將導(dǎo)致克勞斯工段硫回收減少。

2 酸性氣燃燒爐的配風(fēng)方案

目前酸性氣燃燒爐配風(fēng)是通過(guò)對(duì)主空氣流量的比值控制和對(duì)微調(diào)空氣流量的串級(jí)控制的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后者提供為更精細(xì)的空氣流量調(diào)節(jié)。

2.1 主調(diào)風(fēng)控制

酸性氣流量和進(jìn)系統(tǒng)粗氨氣流量通過(guò)加法器加和作為主參數(shù)，乘上比值系數(shù)K，作為主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器的給定值，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主調(diào)風(fēng)流量，即：形成以酸性氣流量與粗氨氣流量加和值為主參數(shù)，主調(diào)風(fēng)流量為副參數(shù)的單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)控制，控制方框圖見圖1。

圖1 主調(diào)風(fēng)控制方框圖

2.2 微調(diào)風(fēng)控制

通過(guò)H2S/SO2在線分析儀檢測(cè)出尾氣中H2S和SO2濃度，H2S/SO2不等于2時(shí)，由在線分析儀測(cè)量值所屬的調(diào)節(jié)器的輸出值為主參數(shù)，作為微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器的給定值，通過(guò)微調(diào)風(fēng)控制閥調(diào)整微調(diào)風(fēng)流量，即：形成以在線分析儀所屬的調(diào)節(jié)器輸出值為主參數(shù)，以微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器為副參數(shù)的串級(jí)調(diào)節(jié)控制。微調(diào)風(fēng)控制方塊圖見圖2。

圖2 微調(diào)風(fēng)控制方塊圖

3 目前配風(fēng)方案存在問(wèn)題及原因分析

3.1 存在問(wèn)題

按照目前配風(fēng)方案進(jìn)行控制無(wú)論怎么調(diào)整PID都難以使H2S/SO2比值達(dá)到穩(wěn)定的理想值，嚴(yán)重滯后。檢查調(diào)節(jié)閥及測(cè)量?jī)x表均正常。

3.2 原因分析

①硫黃回收裝置為下游裝置，原料酸性氣成分比例隨時(shí)在變，相同體積、不同成分的酸性氣完全燃燒所需風(fēng)量是不同的，而主調(diào)風(fēng)比值自開工至今一直沒(méi)有改變，所以簡(jiǎn)單的靠單一不變的比值去控制主調(diào)風(fēng)是不對(duì)的。②H2S/SO2比值分析儀是在安裝在捕集器出口尾氣管線上，即：酸性氣經(jīng)過(guò)燃燒爐燃燒后要經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)冷凝冷卻器，一級(jí)、二級(jí)反應(yīng)加熱器，捕集器后才被比值分析儀測(cè)量，微調(diào)風(fēng)流量與H2S/SO2比值測(cè)量之間的工藝冗長(zhǎng)復(fù)雜，所以簡(jiǎn)單的通過(guò)捕集器出口過(guò)程氣的H2S/SO2的比值來(lái)串級(jí)控制微調(diào)風(fēng)流量勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重滯后。③起初設(shè)計(jì)的配風(fēng)量是按烴類完全燃燒和1/3 H2S生成SO2來(lái)控制80%的風(fēng)量(主調(diào)風(fēng))，按克勞斯尾氣中H2S/SO2=2控制20%的風(fēng)量(微調(diào)風(fēng))。也就是默認(rèn)為酸性氣在配風(fēng)控制中起主要作用而H2S/SO2比值在配風(fēng)控制中起次要作用。但在實(shí)際配風(fēng)控制中，酸性氣和過(guò)程氣對(duì)配風(fēng)量多少的要求是沒(méi)有主次之分的，更不會(huì)按照某一個(gè)一定的比例確定其在整個(gè)控制過(guò)程中的作用，所以通過(guò)酸性氣控制主調(diào)風(fēng)，過(guò)程氣控制微調(diào)風(fēng)的控制方案是不可行的。

4 對(duì)酸性氣燃燒爐配風(fēng)方案的改進(jìn)思路

4.1 改進(jìn)后的配風(fēng)方案

針對(duì)酸性氣燃燒爐配風(fēng)方案存在的問(wèn)題，提出配風(fēng)方案控制方塊圖，見圖3。

圖3 改進(jìn)配風(fēng)方案控制方塊圖

4.2 改進(jìn)后的配風(fēng)方案控制說(shuō)明

該控制方案由前饋控制與反饋控制組成，前饋控制主要用于調(diào)節(jié)酸性氣與粗氨氣流量變化時(shí)所需空氣量的補(bǔ)償，反饋控制主要用于原料酸性氣組分變化時(shí)所需空氣量的補(bǔ)償。

當(dāng)酸性氣與粗氨氣流量變化時(shí)必然要求空氣量變化，以酸性氣流量增加為例，假設(shè)酸性氣成分未改變，所以微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器給定值增加，由于微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器是反作用，所以微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥開大;同時(shí)由于微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器輸出增大，導(dǎo)致主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器測(cè)量增大，由于主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器為正作用，所以主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥亦開大，此時(shí)微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥閥位并非最佳閥位，經(jīng)過(guò)延時(shí)器延時(shí)，酸性氣流量變化轉(zhuǎn)化為主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器的給定值輸入到主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，主調(diào)風(fēng)的測(cè)量值也就是微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器的輸出值會(huì)慢慢回到一個(gè)新的與此酸性氣負(fù)荷相適應(yīng)的閥位。

該控制方案還要求每天定時(shí)分析原料酸性氣的組分，操作人員通過(guò)分析結(jié)果給定新的K值。而實(shí)際酸性氣中H2S是隨時(shí)可能變化的，即使酸性氣總量不變，只要H2S成分變化，也會(huì)引起進(jìn)酸性氣燃燒爐的配風(fēng)量不適應(yīng)，從而改變尾氣中H2S含量，這將由控制方案中的反饋部分來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，以酸性氣H2S組分增加為例，H2S/SO2在線分析儀測(cè)量勢(shì)必會(huì)增加，假設(shè)酸性氣量不變，微風(fēng)調(diào)節(jié)器給定值增加，由于微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器反作用，所以微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥開大，即微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器輸出增大，主風(fēng)調(diào)節(jié)器測(cè)量增大，由于主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器是正作用，所以主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥亦開大，即主調(diào)風(fēng)流量與微調(diào)風(fēng)流量均增大，同時(shí)由于酸性氣負(fù)荷未變，所以經(jīng)過(guò)主風(fēng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，微調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)閥會(huì)自動(dòng)回到以前的開度。

4.3 改進(jìn)后的配風(fēng)方案控制特點(diǎn)

酸性氣負(fù)荷變化而組分不變化時(shí)，先由支路空氣調(diào)節(jié)器來(lái)快速響應(yīng)以提供實(shí)際需要的空氣量，經(jīng)過(guò)延時(shí)器延時(shí)后，再由主調(diào)風(fēng)調(diào)節(jié)器來(lái)慢速調(diào)節(jié)，支路調(diào)節(jié)閥的開度自動(dòng)調(diào)整到與此負(fù)荷相適應(yīng)的最佳開度。

酸性氣負(fù)荷不變而組分變化時(shí)，通過(guò)反饋控制回路輸出的變化來(lái)修正理論空氣量，使微調(diào)風(fēng)空氣給定值變化而自動(dòng)調(diào)整空氣量。

當(dāng)然該控制方案只能修正酸性氣組分的較小波動(dòng)，如果出現(xiàn)酸性氣組分的大幅變化，只能通過(guò)修改K值來(lái)完成。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前使用的酸性氣燃燒爐的配風(fēng)方案不能滿足控制要求，而本文提出的控制方案具有可靠的理論基礎(chǔ)及可操作性，只要通過(guò)不斷的實(shí)踐為控制方案提供操作數(shù)據(jù)，對(duì)K值及調(diào)節(jié)器PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整就可以投用生產(chǎn)。

TQ037

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1003-3467(2012)09-0044-03

2012-04-03

尚玉霞(1968-)，女，助理工程師，從事儀表維護(hù)工作，電話：13903886347。