氧/硫比自動(dòng)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(yīng)，其生產(chǎn)效率與成本控制直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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(dāng)前硫磺制酸裝置采用的手動(dòng)控制方式，往往難以精準(zhǔn)調(diào)控氧硫比，導(dǎo)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(lái)安全隱。因此，探索并實(shí)現(xiàn)硫磺制酸裝置最佳氧/硫比的自動(dòng)控制方案，對(duì)于提升裝置運(yùn)行效率、降低生產(chǎn)成本以及增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

氧硫比對(duì)生的影響

每套硫磺制酸裝置在設(shè)計(jì)的時(shí)候就確定了焚硫爐出口SO₂濃度，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)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?jǐn)?shù)，%； b——初始氧體積分?jǐn)?shù)，%。
所以，氧/硫比R也只是初始SO₂體積分?jǐn)?shù)的函數(shù)。R=20.948/11.5-1=0.824 氧/硫比對(duì)生產(chǎn)的影響體現(xiàn)在多個(gè)層面。

當(dāng)氧/硫比過低時(shí)，意味著硫磺供應(yīng)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(dǎo)致尾氣超標(biāo)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(lái)驅(qū)，被煙氣帶走的熱量增多，蒸汽回收減少導(dǎo)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(diǎn)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(fèi)能源，是降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。

氧硫比自動(dòng)控制的邏輯

當(dāng)焚硫爐出口SO₂濃度確認(rèn)后，裝置在運(yùn)行過程中同時(shí)會(huì)綜合轉(zhuǎn)化效率來(lái)確認(rèn)最佳氧/硫比值實(shí)現(xiàn)裝置效率最佳。氧/硫比的兩個(gè)變量是硫磺和空氣，硫磺的量是由于裝置負(fù)荷確定的，在自動(dòng)控制中設(shè)定為固定變量。氧是由風(fēng)機(jī)提供的空氣流量（簡(jiǎn)稱風(fēng)量），在自動(dòng)控制中風(fēng)量會(huì)隨環(huán)境大氣壓、溫度、濕度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速而引起變化，因此，把風(fēng)量設(shè)定為動(dòng)態(tài)變量。氧/硫比的控制量為穩(wěn)定風(fēng)量，當(dāng)環(huán)境參數(shù)和負(fù)荷發(fā)生變化后自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)定的最佳氧/硫比值。

最佳氧硫比值確定

國(guó)內(nèi)硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)基本確定在f（SO2）11.5%，對(duì)應(yīng)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(fēng)機(jī)壓頭和工藝流程）來(lái)確定的。這些特性最終將反應(yīng)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(jìn)入轉(zhuǎn)化器內(nèi)氧含量變低。因此最佳氧硫比值的交叉點(diǎn)是裝置經(jīng)濟(jì)特性最好，進(jìn)入裝置對(duì)應(yīng)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(jì)性與裝置能效的對(duì)應(yīng)，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(dòng)控制

氧硫比值自動(dòng)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(fù)荷固定值并并采用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定，由于焚硫爐出口SO₂濃度測(cè)量是當(dāng)前測(cè)量難度，主要是因?yàn)闊煔庵泻蠸O₃（實(shí)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(duì)二吸塔出口氧分析儀是非常友好的可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測(cè)量。因此，氧硫比值自動(dòng)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(dòng)控制

氧硫比值控制是實(shí)現(xiàn)裝置工藝指標(biāo)穩(wěn)定的核心，也關(guān)系著裝置運(yùn)行的安全，完善的安全自動(dòng)控制是實(shí)施氧硫比值自動(dòng)控制的保障。因此安全自動(dòng)控制的核心是當(dāng)控制回路中某個(gè)儀表故障或者工藝系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)報(bào)警退出自動(dòng)控制或回到安全狀態(tài)。

負(fù)荷調(diào)整策略

當(dāng)裝置要執(zhí)行降低負(fù)荷調(diào)整時(shí)，設(shè)定好負(fù)荷目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)控制先降低液硫流量，氧硫比值變大，O₂量變高，系統(tǒng)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳氧硫比值。 當(dāng)裝置要執(zhí)行增加負(fù)荷調(diào)整時(shí)，設(shè)定好負(fù)荷目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高到預(yù)定負(fù)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(dá)到負(fù)荷目標(biāo)值，系統(tǒng)自動(dòng)控制分機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最佳氧硫比值。

升華硫預(yù)防策略

為防止升華硫產(chǎn)生，會(huì)根據(jù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率曲線，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)阻力已風(fēng)機(jī)出來(lái)風(fēng)壓計(jì)算出風(fēng)機(jī)風(fēng)量，并根據(jù)該風(fēng)壓值設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)裝置負(fù)荷折線函數(shù)，在把這函數(shù)與液硫流量進(jìn)行比較，當(dāng)該比值超出設(shè)定安全值，付出報(bào)警，自動(dòng)停止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整，并保持風(fēng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)來(lái)溫度升高操作設(shè)定安全值，觸發(fā)安全聯(lián)鎖停機(jī)。

負(fù)荷驟變策略

當(dāng)裝置在氧硫比值自動(dòng)控制狀態(tài)下，沒有外界負(fù)荷調(diào)整時(shí)，系統(tǒng)是不會(huì)受外界干擾造成負(fù)荷驟變的情況，因此，系統(tǒng)在沒有負(fù)荷調(diào)整的時(shí)候，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速只是微量調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)環(huán)境和液硫的微量變化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)驟變時(shí)，只能是控制回路上的測(cè)量?jī)x表出現(xiàn)故障才能導(dǎo)致。因此，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)設(shè)計(jì)不不同負(fù)荷自動(dòng)控制調(diào)整自由度以此來(lái)應(yīng)對(duì)負(fù)荷驟變情況發(fā)生。

溫馨提示：

禮正來(lái)科技（重慶）有限公司致力硫酸裝置智能化、數(shù)字化愿意為硫酸行業(yè)提供自動(dòng)化、智能化、自主運(yùn)行提供最佳氧/硫比值控制咨詢、實(shí)施技術(shù)服務(wù)。