硫磺回收装置尾气焚烧炉熄火原因分析及对策

硫磺回收焚烧炉F-301熄火原因分析及对策张健 阿不地外力 郝东来（中油股份独山子石化分公司炼油厂硫磺车间）摘 要：独山子石化硫磺回收装置自06年6月扩能改造后，尾气焚烧炉F-301生产运行中频繁出现熄火现象，对装置平稳运行和装置安全生产影响很大。为此，车间通过多方面查找原因，进行分析并实施对策，解决了焚烧炉频繁熄火的问题。关键词；硫磺回收 焚烧炉 熄火1 前言独山子石化硫磺装置生产规模为处理炼厂干气10万吨/年，生产硫磺3000吨/年。制硫单元采用部分燃烧法，二级高温掺合，二级催化转化的Claus制硫工艺，尾气处理单元采用RAR工艺，通过催化加氢和胺溶剂吸收使硫磺尾气达标排放。属于石油炼化环保型装置。硫磺回收装置2006年6月扩能改造完成，硫磺产能从3000吨/年增加到4000吨/年，经济效益和环保效益均得到很大提升。在运行过程中尾气焚烧炉F-301频繁出现熄火现象，对装置平稳运行和装置安全生产影响很大。车间通过多方面查找原因，进行分析并制定相应对策，消除了尾气焚烧炉熄火对装置产生的影响。自从07年8月开始实施对策后，至今未出现一次F-301熄火现象。 2 尾气焚烧炉运行情况及熄火危害2006年3月至2007年3月期间，尾气焚烧炉F-301熄火次数为15次，熄火率达 1.25次/月。 F-301熄火直接造成尾气加氢单元停工，同时留下不安全隐患，影响装置长周期运行： 熄火后尾气改进焚烧炉燃烧造成排放不合格使得厂区大面积环境污染，严重时造成装置停工；系统瓦斯带硫相关设备的腐蚀加重，影响全厂安稳长运行；当F-301熄火时炉前炉膛温度下降至400以下，炉火完全熄灭，尾气及瓦斯通过烟囱排出，大量可燃气体及未完全燃烧的硫化氢气体直接排放大气，造成严重的环境污染和安全隐患；酸性气进事故炉、降C-102温度、干气改出装置、重新点炉、升温等一系列工艺调节至恢复生产需要68小时；F-301熄火，还会造成装置能耗上升，装置操作波动，烟气不能达标排放，硫磺产量下降。硫磺装置原则流程见图1。图1：硫磺装置原则流程图3 F301熄火原因分析3.1 配风因素装置设计为制硫炉F-201与尾气焚烧炉F-301共用风机J-201供风，因而当F-201配风波动过大必然影响F-301供风平稳, 造成F-301缺氧熄火；另外，制硫系统配风波动大时，会造成进入尾气焚烧炉的尾气中可燃组分大幅变化，当F-301供风不足或配风比不当时极易造成超温或熄火，可从图2的DCS实时数据中得到验证。图2：熄火前进尾气焚烧炉配风量和燃料气量实时数据（带圈处为熄火点） 从每次熄火时的数据来看，F-301的进风量是造成炉子熄火的主要因素。化学表达式为（燃料气按照纯甲烷计算）：燃料气燃烧：CH4 + 2O2 2H2O + CO2 Q即：1Nm3燃料气需2Nm3纯氧气，按照空气中氧气含量约20计算，1m3瓦斯燃烧，最少需要空气8m3，为保证去F-301的加氢尾气正常燃烧，防止F-301发生窒息熄火，所以，必须保证燃料气/空气1：8，车间通过操作摸索，确定F-301燃料气配风原则：燃料气/空气1：1015以上，装置运行平稳时F-301消耗瓦斯平均量为25 m3/h，根据配风计算公式，F-301理论入炉风量约250300m3/h。3.2 控制系统因素合理对制硫炉F-201进行配风，可以有效的提高硫磺的转化率，配风通过空气鼓风机（J-201）两路控制阀（AIC-200和FIC-206）进行控制，FIC-206为主调节，通过酸性气量和酸性气浓度串级控制进行调节，其中酸性气浓度是根据化验分析手动输入，AIC-200为微调，输入信号是尾气捕集器（V-209）出口尾气中H2S和SO2含量的比值，将比值尽量控制在13左右，有利于装置的平稳生产和硫化氢转化率的提高。硫磺回收装置的关键操作就是配风，配风是否合适对操作影响较大，合适的配风，会提高装置的硫转化率，保证装置的正常生产，不合适的配风，会造成硫转化率下降：酸性气生产硫磺的反应是1/3的H2S与空气中的O2反应生成SO2，剩下2/3的H2S与SO2反应生成硫磺，化学表达式为：H2S+3/2O2H2O+SO2Q2H2S +SO22H2O+3SQ图3：硫磺单元工艺原则图如果制硫炉配风过大，反应剩余的SO2过量，使得硫转化率下降， 尾气加氢反应器R-301的温升会升高，严重时会造成，急冷水过滤器压差升高，尾气急冷塔C-301堵，致使C-301/302切出系统，制硫系统压力升高，最终导致F-201无法配风；如果配风量过小，反应剩余的H2S过量，使得硫转化率下降， R-301将无温升或温升很小，尾气吸收C-302吸收负荷升高，C-302富液硫化氢浓度升高，严重时会使硫化氢带入尾气焚烧炉中，导致烟气不达标排放，同时引起溶剂再生塔C-102的负荷增高，贫液质量不好，导致净化干气不合格和其他用户的产品无法合格，控制尾气中的H2S/ SO213，反应相对充分，硫转化率较高，才不至于尾气中的可燃组分大幅度变化，导致尾气焚烧炉超温或熄火。图4：尾气加氢单元工艺原则图3.3 设备因素：F-301炉头燃烧器配有常明灯，理论上讲主火嘴熄灭时常明灯是炉子继续燃烧的保障，炉子不会熄灭。观察历次焚烧炉熄灭时发现，焚烧炉熄火多发生在炉子温度大幅波动时，而F-301 常明灯引线在炉子温度控制阀后，此阀开度随炉子温度变化而变化,从而使得长明灯在此阀位开度不大时，长明灯内的瓦斯压力得不到保证，使得长明灯的作用大大降低。F-301采用江阴石油机械厂HFA-C-1200尾气燃烧器，这种火嘴设计合理、应用广泛，已在多个炼油厂使用，焚烧炉熄火现象比较少见，因而不做讨论。总之，F-301缺氧燃烧是熄火的最主要原因，从DCS实时数据来看，熄火前配风比仅为1：6.7远低于理论配风比1：8；F-301缺氧燃烧，火嘴火焰不稳定，尾气系统来量较大，尾气中多为不燃组分，在操作波动下，氢气量也存在一定的波动，造成F-301炉前配风不足致使F-301缺氧熄火。4 对策实施4.1 确保在线分析仪正常及时联系仪表确保在线分析仪测量数据正常。在线分析仪故障时，根据R-301床层温升及C-302上部温升判断配风大小并及时调节。 4.2 稳定配风加强监屏力度保证风机压力在0.0500.055MPa。及时调节防喘振阀副线阀开度不大于80%保证配风量。当酸性气波动时及时调节配风H2S/SO2比值在13之间。4.3 加强长明灯管理将长明灯引线移位至焚烧炉温度控制阀前, 长明灯加伴热线，保证长明灯的稳定燃烧。管理好长明灯可以稳定F-301的燃烧，长明灯为独立配风，保证长明灯的稳定燃烧，可以及时引燃瓦斯主火嘴和尾气中的可燃气，车间制定管理措施，加强长明灯的巡检，发现问题要及时汇报，保证长明灯的正常燃烧。4.4 保证尾气焚烧炉F-301瓦斯配风量相对稳定F-301进风量FIC307瓦斯流量与空气量（FI305)配风比值控制在1:10以上，一般控制在1:15-20，可以保证F-301稳定燃烧，同时可以防止大量尾气排至F-301造成窒息熄火瓦斯控制阀TIC312阀位不小于10。 FIC307显示值不小于10kg/h。调节尾气降温风机量FI306在100300m3/h，同时保证F-301后炉膛温度不低于500，控制加氢反应器R-301进口温度在260300。4.5 加强设备维护与工艺考核制度加强设备日常维护及巡检避免设备事故造成熄火。造成F-301熄火列为车间事故进行考核。5 结论5.1 硫磺回收尾气焚烧炉熄火主要原因是气风比控制不好缺氧燃烧导致熄火，当制硫炉与尾气焚烧炉共用一台风机供风时，制硫系统配风操作对尾气焚烧炉操作影响很大，可考虑尾气焚烧炉单独供风，从根本上消除系统之间的影响。5.2 通过调整操作、加强长明灯管理，熄火现象可得到有效控制。5.3 尾气焚烧炉进烟囱应增设氧含量在线分析仪表，以指导调整焚烧炉F-301配风，消除因缺氧燃烧导致焚烧炉熄火现象。参考文献1 葛晓强. 石油与天然气化工硫磺装置尾气焚烧炉燃烧器的改进2006，（3）：2442 魏芳. 独山子硫磺装置基础设计 独山子设计院，2002作者简介：张健 ： 男， 汉， 工程师 ，1970年5月出生，1992年毕业于抚顺石油学院石油炼制专业，独山子石化公司炼油厂硫磺回收车间，长期从事炼油生产管理工作。联系电话：13809925440。