氧/硫比自動控制

硫磺制酸裝置作為化工企業(yè)的上游裝置和能源供應，其生產(chǎn)效率與成本控制直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟效益。在硫磺制酸過程中，氧/硫直接影響著裝置的產(chǎn)能、能效和工藝參數(shù)的穩(wěn)定性。當前硫磺制酸裝置采用的手動控制方式，往往難以精準調(diào)控氧硫比，導致生產(chǎn)效率低下、能耗高以及工藝參數(shù)不穩(wěn)定為裝置帶來安全隱。因此，探索并實現(xiàn)硫磺制酸裝置最佳氧/硫比的自動控制方案，對于提升裝置運行效率、降低生產(chǎn)成本以及增強企業(yè)市場競爭力具有重要意義。

氧硫比對生的影響

每套硫磺制酸裝置在設(shè)計的時候就確定了焚硫爐出口SO₂濃度，國內(nèi)設(shè)計基本確定在f（SO₂）11.5%；由于空氣中f（O₂）（干基）為20.948%。硫磺燃燒的煙氣初始SO2濃度a與初始氧濃度b之和也是恒定的。

b=20.948-a 式中：a——初始SO₂體積分數(shù)，%； b——初始氧體積分數(shù)，%。
所以，氧/硫比R也只是初始SO₂體積分數(shù)的函數(shù)。R=20.948/11.5-1=0.824 氧/硫比對生產(chǎn)的影響體現(xiàn)在多個層面。

當氧/硫比過低時，意味著硫磺供應過剩，將出現(xiàn)轉(zhuǎn)化率下降和硫磺燃燒不充分產(chǎn)生升華硫，將導致尾氣超標和事故發(fā)生。過高的氧硫比雖然能確保硫磺完全燃燒，但過量的氧氣不僅消耗更多能源來驅(qū)，被煙氣帶走的熱量增多，蒸汽回收減少導致成本增。（SO₂濃度沒有下降0.1%噸酸生產(chǎn)成本增加）因此，把氧/硫比控制在最佳平衡點就非常關(guān)鍵，既保證硫磺完全燃燒提產(chǎn)量，又避免過度消耗氧氣浪費能源，是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。

氧硫比自動控制的邏輯

當焚硫爐出口SO₂濃度確認后，裝置在運行過程中同時會綜合轉(zhuǎn)化效率來確認最佳氧/硫比值實現(xiàn)裝置效率最佳。氧/硫比的兩個變量是硫磺和空氣，硫磺的量是由于裝置負荷確定的，在自動控制中設(shè)定為固定變量。氧是由風機提供的空氣流量（簡稱風量），在自動控制中風量會隨環(huán)境大氣壓、溫度、濕度和風機轉(zhuǎn)速而引起變化，因此，把風量設(shè)定為動態(tài)變量。氧/硫比的控制量為穩(wěn)定風量，當環(huán)境參數(shù)和負荷發(fā)生變化后自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)設(shè)定的最佳氧/硫比值。

最佳氧硫比值確定

國內(nèi)硫磺制酸裝置設(shè)計基本確定在f（SO2）11.5%，對應氧硫比值是R=0.824。但是每套裝置的最佳氧硫值是根據(jù)裝置的特性如（所裝催化劑、轉(zhuǎn)化器氣速、風機壓頭和工藝流程）來確定的。這些特性最終將反應到二吸塔出口的f（SO₂）排放濃度。該排放濃度受轉(zhuǎn)化率影響，影響轉(zhuǎn)化率下降的主要變量是進入轉(zhuǎn)化器內(nèi)氧含量變低。因此最佳氧硫比值的交叉點是裝置經(jīng)濟特性最好，進入裝置對應最小的氧量（空氣）與硫的比值是最佳氧硫比值。表1是裝置轉(zhuǎn)化率環(huán)保經(jīng)濟性與裝置能效的對應，每套裝置可以根據(jù)自身的特性選擇最佳的氧/硫比值R。

氧硫比值自動控制

氧硫比值自動控制能采用的過程變量為焚硫爐出口SO₂濃度和二吸塔出口O₂濃度。液硫流量為負荷固定值并并采用質(zhì)量流量計測量，測量結(jié)果準確穩(wěn)定，由于焚硫爐出口SO₂濃度測量是當前測量難度，主要是因為煙氣中含有SO₃（實際值0.2-0.5%）非常容易損壞分析儀。二吸塔出口的煙氣中僅含有微量酸霧（30mg/m³）SO₂的含量500ppm，因此，該煙氣對二吸塔出口氧分析儀是非常友好的可實現(xiàn)穩(wěn)定測量。因此，氧硫比值自動控制過程變量選擇二吸塔出口O₂濃度值，作為過程變量值。

安全自動控制

氧硫比值控制是實現(xiàn)裝置工藝指標穩(wěn)定的核心，也關(guān)系著裝置運行的安全，完善的安全自動控制是實施氧硫比值自動控制的保障。因此安全自動控制的核心是當控制回路中某個儀表故障或者工藝系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能及時報警退出自動控制或回到安全狀態(tài)。

負荷調(diào)整策略

當裝置要執(zhí)行降低負荷調(diào)整時，設(shè)定好負荷目標值，系統(tǒng)自動控制先降低液硫流量，氧硫比值變大，O₂量變高，系統(tǒng)自動控制風機轉(zhuǎn)速達到最佳氧硫比值。 當裝置要執(zhí)行增加負荷調(diào)整時，設(shè)定好負荷目標值，系統(tǒng)自動控制風機轉(zhuǎn)速升高到預定負荷轉(zhuǎn)速值，氧硫比值變大，O₂量變高，系統(tǒng)允許增加精硫泵變頻使液硫達到負荷目標值，系統(tǒng)自動控制分機轉(zhuǎn)速達到最佳氧硫比值。

升華硫預防策略

為防止升華硫產(chǎn)生，會根據(jù)風機運行功率曲線，對應系統(tǒng)阻力已風機出來風壓計算出風機風量，并根據(jù)該風壓值設(shè)計出對應裝置負荷折線函數(shù)，在把這函數(shù)與液硫流量進行比較，當該比值超出設(shè)定安全值，付出報警，自動停止風機轉(zhuǎn)速調(diào)整，并保持風機當前轉(zhuǎn)速。當風機進來溫度升高操作設(shè)定安全值，觸發(fā)安全聯(lián)鎖停機。

負荷驟變策略

當裝置在氧硫比值自動控制狀態(tài)下，沒有外界負荷調(diào)整時，系統(tǒng)是不會受外界干擾造成負荷驟變的情況，因此，系統(tǒng)在沒有負荷調(diào)整的時候，風機轉(zhuǎn)速只是微量調(diào)節(jié)來適應環(huán)境和液硫的微量變化。當系統(tǒng)出現(xiàn)驟變時，只能是控制回路上的測量儀表出現(xiàn)故障才能導致。因此，系統(tǒng)內(nèi)會設(shè)計不不同負荷自動控制調(diào)整自由度以此來應對負荷驟變情況發(fā)生。

溫馨提示：

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