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專家論述:關於燃硫爐
作者:管理員    發布於:2014-03-09 17:13:17    文字:【】【】【
摘要:燃硫爐有多種結構形式。其工作壓力有正壓和負壓兩類,燃燒方式有燒固體硫和液體硫兩類。

1、硫和二氧化硫 

硫亦稱硫黃,是黃色晶狀固體,有菱形硫和單斜晶硫兩種。它們的熔點分別為110.2℃114.5℃。初熔化的硫為淺黃色液體,在溫度更高時變成紅色以至黑色的粘稠液,再冷卻時形成黑色的無定形硫。硫的熔化熱為49.8kj/kg(菱形硫)38.5kj/kg(單斜晶硫),液體硫的比熱為0.96kj/kg·℃,密度為17991770kg/m3
  液體硫在150℃以下的粘度不大,但在160℃以上則急劇升高。在150℃的粘度(n·s/m2)0.0066165℃0.5 187℃時升高到93
  硫在高溫下氣化,硫蒸汽的分壓力隨溫度升高而增大,在360℃以上氣化十分強烈,不同溫度下的硫蒸汽分壓如下表。

溫度 

140

180

240

300

360

400

硫氣分壓 pa

1.2

9.3

78.5

466

1630

3730

mm hg

0.12

0.95

8.0

47.5

166

380

硫的氣化通常稱為升華,它主要是由熔融的硫黃產生,液體硫在444.6℃沸騰變成紅褐色的蒸汽。
  液體硫在250℃著火燃燒。在其上方35cm之處測量,火焰溫度在280460℃之間。火焰的顏色與其溫度有關。280360℃的火焰呈藍紫色,360420℃呈紅黃色,420460℃由紅轉白色。溫度升高時顏色的變化是由於火焰中所含的未及燃燒的硫蒸汽的含量增加,火焰的輻射增強。
  溫度高時硫迅速氣化,如果它未及燃燒就被帶走,在以後冷卻時,又複凝結成固體,沉積在管路設備中,甚至將管路堵塞。為避免硫黃升華堵塞管路,燃燒溫度不宜過高。
  硫燃燒時放出大量熱能,其燃燒熱為9287kj/kg(2218 kcal/kg)。為防止燃硫爐溫度過高,爐體必須用水冷卻。
  硫燃燒時生成二氧化硫so2。它是無色氣體,有強烈刺激性氣味,在空氣中的含量1ppm就能感覺到,英美等國規定環境中的so2含量極限為25ppmso2的密度為空氣的2.26倍,泄漏的so2會沉積在空氣的下部。
  so2的比熱為0.645kj/kg℃
  so2易溶於水,溶解度隨溫度升高而降低。在0℃185g/l,在50℃43g/l,比糖汁硫熏的需要量大很多。
  so2會被氧化成so3,後者對製糖過程非常有害。因為它溶於水生成硫酸,與石灰反應生成的硫酸鈣能溶於清汁中,在蒸發濃縮時則析出成為罐垢。硫酸鈣是糖廠積垢和白糖灰份的主要成份。
  據廣東幾個糖廠的測定,燃硫爐的燃燒氣中so3的含量為0.10.6%,與設備和操作有關。
  so2氧化成so3的速度,首先決定於氣體的溫度和含氧量。在700800℃及含氧較多時進行得較快。
  為減少這種有害的反應,應當將燃燒生成的氣體迅速冷卻和減少進入燃硫爐的過量空氣。此外,金屬及其氧化物對此反應有明顯的催化作用。一般來說,用鑄鐵製的燃燒爐的這種反應較弱,而且較為耐用。

2、燃硫爐
  燃硫爐有多種結構形式。其工作壓力有正壓和負壓兩類,燃燒方式有燒固體硫和液體硫兩類。早期不少燃硫爐是正壓工作,用壓縮機壓入空氣燃燒,由於容易泄漏二氧化硫汙染環境並要用壓縮機,設備較複雜,後期多數轉用負壓工作。早期的一些燃硫爐直接燒固體硫,燃燒不穩定,以後多數改進為燒液體硫,將固體硫熔化後燃燒。將硫熔化有兩種方式,一種是利用燃硫產生的熱量自行將硫熔化,設備較簡單,可用人工管理;另一種是用蒸汽將硫加熱熔化,它要多用熱能,設備較複雜,但可以集中熔硫和用儀表控製,適於大型和自控管理。燃燒方式多數為平麵燃燒,但也有空間燃燒(壓力噴燃)的,後者的設計與管理水平要求較高。

上世紀70年代,國內糖廠研究成功自熔式液體燃硫爐。它利用燃硫產生的熱量將固體硫熔化成液體,均勻連續地流入燃燒盤,盤中布滿熔硫液及燃燒火焰,燃燒穩定。在設備設計和操作良好的情況下,不產生升華硫,燃氣含so2濃度較高,如12%或以上,含so3較少。

這種燃硫爐結構簡單,製造容易,操作方便。爐體為長方形,內設燃燒盤。燃燒盤的長度應比爐體短約300mm,使氣化的硫有足夠的空間燃燒完全,不產生升華硫。這樣,爐體的後麵就不需要設輔助燃燒室。否則,如硫在爐內未完全燃燒,其後設輔助燃燒室也不一定能夠解決問題(因為它的溫度較低)。空氣應由爐口進入,從燃燒盤上方通過。要防止空氣走短路或從爐後漏入,這會降低硫氣的濃度,甚至降低硫熏強度。

熔硫盤的配置要適當,使加入的固體硫能及時熔化,供給足夠的液體硫,而熔硫液的溫度亦不過高,如在150℃左右。如果熔硫盤受熱過度,硫液溫度過高,強烈氣化甚至自燃著火,將燃硫間空氣嚴重汙染。但若熔硫盤受熱不足,熔硫量就不夠供應。通常,熔硫盤麵積為燃燒盤麵積的2030%,熔硫盤底離燃燒盤距離250350mm,並低於冷卻盤,熔硫盤側壁應離開水冷部分。

燃硫爐多數是單層的,結構簡單,但占地麵積大。可以在爐體內裝兩層或多層燃燒盤,增大燃燒麵積。熔硫液先入上層,再自流入下層。這種爐在上、下層燃燒盤之間必須運水冷卻。否則上盤受下盤火焰加熱,溫度會過高會產生強烈升華。此運水部分要很好設計與施工,不能漏水。多層爐因熔硫量較大,要較大的熔硫麵積。

自熔式液體燃硫爐的最重要工作參數是它的燃燒溫度和燃燒強度。燃燒溫度以320360℃為宜,溫度過高會增加升華硫。燃燒盤每單位麵積每小時燃燒硫黃量kg/m2 稱為燃燒強度,它與燃燒溫度有對應關係。在上述溫度下的燃燒強度約為20kg/m2,溫度高時燃燒強度較大。當燃燒強度增大到25kg/m2 左右時,形成升華硫的危險就明顯增加。燃燒強度低於20kg/m2 時很少出現升華硫。但燃燒溫度與強度過低亦不好,此時硫氣濃度較低。一組試驗測出的燃燒溫度與燃氣中so2濃度的關係如下表。

燃燒溫度 

285

315

325

330

338

348

硫氣濃度 %

9.8

11.8

12.4

13.0

13.4

14.0

影響燃燒溫度和燃燒強度的主要因素是抽風量、爐體的冷卻及熔硫的供應。燃硫爐的頂部要運水冷卻,爐口風門的大小要和抽吸力大小適當配合。抽吸力強時宜適當關小入風口。熔硫的供應要充足,使整個燃燒盤上複蓋著適當厚度的液體硫,燃燒旺盛均勻,火焰呈藍紫色,不使盤底露空,不讓灰渣占去燃燒麵積(有積渣時要及時清理)

3、主要的計算數據
  () 燃燒氣體中含so2的濃度

如果燃燒時空氣中的氧完全與硫化合,無剩餘o2,則燃燒氣體中so2所占容積為氣體總體積的21%,但實際燃燒過程必然有過量空氣,以a代表過量空氣係數,即實際進入空氣量與理論所需空氣量的比率;則實際燃燒氣體中so2濃度(按體積計)(21/a)%,如 a 分別為1.52.0時,so2濃度相應為14%10.5%
  現在多數糖廠燃硫氣中so2濃度為1012%。設計與操作良好者較高,最高可能達1416%。 但也有一些較差的燃硫爐,硫氣濃度低於10%。硫氣濃度高有利於下一步so2的吸收,提高硫熏強度和吸收率,硫氣濃度低會影響蔗汁硫熏強度不足,吸收率下降。

() 燃燒用空氣量與燃氣體積

理論上,燃燒1kg硫要1kg氧氣或4.33kg空氣,實際所用空氣量則為4.33a kg。 所需空氣體積按標準狀態計算,理論值為3.33m3 ,實際值為3.33a m3 
  每1kg硫燃燒後所產生的氣體體積可按下式計算:

 

 273 + t 

 

v = 3.33a ×  

--------  ( m3 

 

 

   273

 

式中,t 為燃燒氣的溫度℃ (此處將燃燒氣壓力與大氣壓力的微小差別忽略不計)

例如,若a =1.8t = 60℃,則燃燒 1kg硫產生的燃氣體積為7.3m3

() 硫氣輸送管

由燃燒爐至硫熏器的輸氣管,管中氣體流速不高(否則阻力過大)。通常取56m/s來計算所需管道直徑。

 

作者:霍漢鎮(廣東省製糖學會學術委員會主任,原廣東省製糖造紙工業總公司總工程師)
標簽:燃硫爐
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