CN109809368A - 一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统及工艺，系统包括依次连接的燃烧器、主燃烧炉和余热锅炉，所述燃烧器与富氧空气预热器的出口连接，所述富氧空气预热器的进口分别与氧气、空气管线连接，所述燃烧器与酸性气管线连接，所述燃烧器与点火控制系统连接。本发明对进入硫回收系统的含氨的原料酸性气经过富氧高温焚烧，转化为氮气，NH3残留浓度小于1mg/Nm3，满足后续工艺要求；焚烧生成氮氧化物小于100mg/Nm3，符合工艺要求，同时也符合环保保护的烟气排放控制要求，残留的H2S小于5mg/Nm3，达到后续硫回收工艺的要求。本发明采用富氧工艺，可有效减少焚烧烟气量，从而有效减少工艺气量。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工领域，具体为煤化工脱硫工艺中的硫磺回收的富氧燃烧系统及工艺。
背景技术
我国的能源结构为多煤、贫油、少气情况，油气资源匮乏，煤炭资源丰富。但煤中含量不同浓度的硫化物，我国煤炭资源总平均硫分为0.9％。随着我国大气环境保护的日趋严格，控制二氧化硫(SO2)的排放浓度的主要途径是提高硫的回收率。对于我国煤炭资源的开发和利用，特别是现代煤化工工艺过程中，脱硫过程成为一个必不可少的工艺过程。由此带来的含硫尾气的处理也成为现代煤化工高效清洁利用的一项重要的环境配套工程。在煤化工中主要的脱硫手段是采用克劳斯工艺回收硫和烟气脱硫处理。
煤化工过程中对含硫粗煤气的净化工序是含硫化氢(H2S)酸气的主要来源，除此之外，酚氨回收、煤气水分离、提氨等工序也会产生含氨(NH3)、H2S等组分的酸性气。
在本发明中，涉及的为克劳斯硫磺回收工艺中的焚烧段工艺。煤化工行业进入硫回收装置的原料酸性气中H2S浓度一般在20％～30％范围，同时还含有NH3、烯烃类、氢氰酸(HCN)、羰基硫(COS)、甲醇(CH3OH)等杂质，在克劳斯工艺的主焚烧段，不仅需要将可燃气完全燃烧，把酸性气中的硫化物转化为SO2，还需要把含氮化合物转化为氮气，从而达到工后续工艺回收硫和脱出氨等目的。
随着硫磺回收工艺的不断发展，从选择性氧化法、常规克劳斯工艺、超级克劳斯工艺、富氧克劳斯工艺逐步发展，提升硫回收率。为了进一步提升硫回收率，在克劳斯工艺中需要解决酸气焚烧的效果，保证如何在处理低H2S浓度酸气工况下，硫磺回收装置主燃烧炉较高的温度(大于1250℃)的问题，该问题影响到硫磺回收装置能否完全分解氨，保证下游装置平稳运行，采用主燃烧炉富氧高温位平稳燃烧技术以及酸气预热、分流技术等技术。
在富氧燃烧条件下，燃烧温度比空气燃烧温度更高，根据氮氧化物生成机理，在高于1300℃，主要是热力型氮氧化物生成，如何控制富氧燃烧氮氧化物的生成对富氧燃烧提出了提出了更高的要求。在通常的燃烧器中，多采用二次燃烧降低氮氧化物的生成。另外燃烧器还可采用旋流燃烧技术、引射流燃烧技术，来增加燃烧湍流度、强化混合过程，有利于降低烧嘴温度。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统及工艺，旨在解决富氧克劳斯工艺中高温位燃烧中需要解决的平稳完全燃烧，保证脱氨、控制氮氧化物生成的技术问题，以适应不同浓度富氧工艺的燃烧工艺。
本发明所采用的技术方案是：一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，包括依次连接的燃烧器、主燃烧炉和余热锅炉，所述燃烧器与富氧空气预热器的出口连接，所述富氧空气预热器的进口分别与氧气、空气管线连接，所述燃烧器与酸性气管线连接，所述燃烧器与点火控制系统连接。
本发明还提供了一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，空气与氧气混合形成富氧空气，经过富氧空气预热器预热至150～200℃后进入燃烧器中；酸性气经过富氧/纯氧燃烧后进入主燃烧炉内；其中：当氧气浓度在21％～55％范围时，酸性气和氧气从燃烧器的喷枪进入燃烧器内，空气从燃烧器壳体进入燃烧器内；当氧气浓度在55％～100％范围时，酸性气从燃烧器壳体或者主燃烧炉的气体分配管进入燃烧室进行燃烧，氧气和空气从燃烧器的主喷枪进入，在主燃烧炉内与酸性气混合燃烧；燃烧后的过程气在主燃烧炉中停留1～1.2S后进入余热锅炉回收热量后进入下一工序。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明对进入硫回收系统的不同来源的原料酸性气中的H2S等硫化物经过充分焚烧，生成SO2，残留的H2S小于5mg/Nm3，最大程度减少后续硫回收工艺吸收-再生单元SO2吸收剂的降解和损耗降低，且降低可能对硫回收后续工艺中催化剂造成影响，或者带来设备积碳、堵塞等问题。
本发明对进入硫回收系统的含氨的原料酸性气经过富氧高温焚烧，转化为氮气，NH3残留浓度小于1mg/Nm3，满足后续工艺要求；焚烧生成氮氧化物小于100mg/Nm3，符合工艺要求，同时也符合环保保护的烟气排放控制要求，残留的H2S小于5mg/Nm3，达到后续硫回收工艺的要求。
采用富氧工艺，可有效减少焚烧烟气量，从而有效减少工艺气量，有效地减少了主要设备的尺寸，减小设计难度和固定投资。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，如图1所示，包括：燃烧器1、点火控制系统2、主燃烧炉3、余热锅炉4、风机5、富氧空气预热器6、空气过滤器7等，其中：
燃烧器1与主燃烧炉3连接，主燃烧炉3与余热锅炉4相连，余热锅炉回收过程气热量后，过程气进入下一工序。
点火控制系统2包括点火枪及就地控制柜，所述点火枪与燃烧器1连接，提供装置点火功能。
主燃烧炉3为高温燃烧设备，内衬耐火和隔热衬里，长期工作温度在1350℃以上。
本发明还公开了一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，包括如下步骤：
风机5提供燃烧所需的空气，与氧气按一定比例混合形成富氧空气，经过富氧空气预热器6预热后进入燃烧器1。在风机5的空气入口处设置空气过滤器7。
酸气、含氨酸气通过富氧/纯氧燃烧后进入燃烧器1，富氧空气浓度可以通过氧气量/空气量的配比进行调节。
当酸气H2S浓度为30～40％V时，将导致主燃烧炉3温度低，无法进行有效的高温克劳斯反应。这时采取提高富氧空气中氧气浓度至30％V以上甚至达到纯氧(100％V)，以确保主燃烧炉温度。
本发明在工艺上预留了富氧空气预热器功能，将富氧空气预热至150～200℃温度，达到提高主燃烧炉3温度的目的，确保高温反应的进行，提高装置的硫回收率。
另外在工艺控制上，控制主燃烧炉温度非常关键，传统的工艺是增加燃料气，但其势必会造成消耗提高，无法达到节能降耗的目的。
本工艺采用空气流量计量、氧气流量计量，通过混合形成一定浓度的富氧空气。
当酸气(H2S)组分降低时，主燃烧炉3温度会相应降低，此时采用提高富氧空气的氧气浓度达到提高主燃烧炉温度的目的。通过酸气组分的自动分析，达到主燃烧炉控温的目的。
当酸气组分中含有组分氨(NH3)时，要求主燃烧炉3的温度在1250℃～1300℃，当主燃烧炉3炉膛温度低于1250℃时，通过增加氧气流量/减少空气流量的方式提高富氧空气浓度(甚至达到纯氧)的方式达到提高主燃烧炉3温度。
主燃烧炉燃烧后的过程气在主燃烧炉3中停留1～1.2S以进行高温克劳斯反应。
本发明的特点在于富氧空气浓度的自动分析、酸气H2S浓度、流量的自动分析、主燃烧炉温度自动测量的方式，通过一定的控制手段，达到自动控制最佳反应温度，提高装置硫回收率的目的。
另外对于不同酸气组分，控制不同的主燃烧炉温度，在提高硫回收率的同时，最大限度地节能降耗。
本发明的工作原理是：本发明的工艺控制流程，根据酸性气中的成分，控制富氧浓度和酸性气的配比；在酸性气、空气、氧气进气方式上选择通过燃烧器进入、焚烧炉段进入等不同位置进入方式，作用是控制燃烧的温度并使燃烧过程中的不良因素的尽量减少。
根据氧气浓度不同，分为两种进气工艺；当氧气浓度控制在21％～55％范围时，酸性气和氧气从燃烧器的喷枪进入燃烧器内，空气从燃烧器1壳体进入燃烧器内。当氧气浓度55％～100％范围时，酸性气从燃烧器壳体或者焚烧炉气体分配管进入燃烧室进行燃烧，氧气和空气从燃烧器的主喷枪进入，在焚烧炉内与酸性气混合燃烧。
在燃烧器和焚烧炉内，考虑高温焚烧时的停留时间，保证酸性气的完全燃烧，同时控制停留时间不能过长，最佳控制1.5～2.5秒。高温区焚烧停留时间控制在3秒内，避免高温区停留时间过长产生过多的热力型氮氧化物。特别是温度超过1300℃的火焰区域的停留时间的控制。
对于含氨的酸性气，富氧燃烧温度需要通过气体配比，控制燃烧温度在1250℃～1400℃，并保证高温停留时间1.5秒，最佳控制温度范围在1250℃～1300℃。
Claims (10)
1.一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，其特征在于：包括依次连接的燃烧器、主燃烧炉和余热锅炉，所述燃烧器与富氧空气预热器的出口连接，所述富氧空气预热器的进口分别与氧气、空气管线连接，所述燃烧器与酸性气管线连接，所述燃烧器与点火控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，其特征在于：在空气管线上设置风机。
3.根据权利要求2所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，其特征在于：在风机的空气入口处设置空气过滤器。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，其特征在于：所述点火控制系统包括点火枪和就地控制柜，所述点火枪与燃烧器连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧系统，其特征在于：在所述主燃烧炉内设置耐火内衬和隔热衬里。
6.一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，其特征在于：空气与氧气混合形成富氧空气，经过富氧空气预热器预热至150～200℃后进入燃烧器中；酸性气经过富氧/纯氧燃烧后进入主燃烧炉内；其中：当氧气浓度在21％～55％范围时，酸性气和氧气从燃烧器的喷枪进入燃烧器内，空气从燃烧器壳体进入燃烧器内；当氧气浓度在55％～100％范围时，酸性气从燃烧器壳体或者主燃烧炉的气体分配管进入燃烧室进行燃烧，氧气和空气从燃烧器的主喷枪进入，在主燃烧炉内与酸性气混合燃烧；燃烧后的过程气在主燃烧炉中停留1～1.2S后进入余热锅炉回收热量后进入下一工序。
7.根据权利要求6所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，其特征在于：当酸气H2S浓度为30～40％V时，将富氧空气中的氧气浓度提高至30％V以上甚至达到100％V。
8.根据权利要求6所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，其特征在于：在燃烧器和主燃烧炉内的焚烧停留时间为1.5～2.5秒。
9.根据权利要求6所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，其特征在于：温度超过1300℃的在高温区的焚烧停留时间不超过3秒。
10.根据权利要求6所述的一种用于煤化工的硫磺回收的富氧燃烧工艺，其特征在于：对于含氨的酸性气，通过气体配比调节，将富氧燃烧温度控制在1250℃～1400℃范围内，并保证高温停留时间为1.5秒。
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