克勞斯爐自動點火系統剖析

馬紅杰

（唐山首信自動化信息技術有限公司，河北 唐山063200）

0 引言

首鋼京唐鋼鐵公司焦化作業部化產制酸工程是由德國多特蒙德的伍德·克虜伯公司和焦耐院共同設計，工藝設備主要由克勞斯爐、接觸塔、吸收塔、尾氣處理堿洗塔等構成。其中，克勞斯爐是一個高密閉裝置，由主燒、副燒、點火裝置、火焰檢測器、紅外測溫裝置、爐體等組成，其作用是在1 000℃的高溫下，使H2S在空氣中充分燃燒，生成SO2和H2O。

1 工藝原理

來自真空解吸裝置真空泵的溫度約40℃的酸氣被送入燃燒爐的燒嘴，通過一次空氣，酸氣將被加熱到900℃，而且HCN、NH3和碳氫化合物這些易燃成分將被燃燒。在第二燃燒階段，通過二次空氣H2S將轉變成SO2，隨著空氣的過剩其溫度將達到1 050℃。在后續的廢熱鍋爐中，過程氣將被冷卻到420～450℃，廢熱鍋爐將生產壓力為4 MPa的高壓蒸汽，且并入蒸汽管網。溫度在420～450℃、氧含量在7%～9%（體積）的過程氣，從接觸塔的頂部供給第一層接觸床。在5層接觸床內，完成SO2到SO3的轉化反應。在吸收塔內，SO3到 H2SO4更進一步發生水合作用，溫度約40℃的大量硫酸通過噴嘴從吸收塔的頂部噴入，在吸收塔的底部排出，溫度約60～70℃的硫酸直接自流到硫酸槽。用泵將硫酸送入冷卻器，移走吸收熱。用冷卻水通過板式換熱器將硫酸冷卻到大約40℃。冷卻后的大部分硫酸送回吸收塔，產生的剩余硫酸用泵送到硫銨裝置使用。離開吸收塔的廢氣被送到廢氣過濾器，回收從吸收塔頂帶出的酸滴和酸霧，處理過的廢氣由煙囪排入大氣［1］。

2 聯鎖因果

克勞斯爐采用SCS安全控制系統（伍德）和DCS標準控制系統（焦耐院）共同控制。引進國外先進工藝和設計理念，自動化水平非常高，存在大量的聯鎖條件，任一聯鎖條件不滿足就會造成停產，自動化維護的質量要求非常高。由于現場設備處于存在有毒氣體、高溫高壓的環境，長時間停爐或頻繁停爐會對設備造成嚴重的損害，同時也會造成極大的經濟損失。

表1 是導致克勞斯爐無法正常點火和在燃燒過程中導致其滅爐的主要聯鎖條件，需要說明的是，燃燒爐爐體溫度共3個，只有2個或是2個以上同時滿足條件才會引起滅爐。

3 程序架構

程序架構如圖1所示。

隨著現代工業向大型化、集成化和精細化的方向發展，生產的安全性、穩定性和可靠性問題愈顯重要，因此迫切需要建立性能優良穩定的自動化控制系統。尤其像制酸工段，現場存在有毒有害氣體、高溫高壓的惡劣工藝環境，就更需要一個安全可靠的自動化控制系統。而首鋼京唐焦化制酸工程生產線由西門子S7－400冗余系統控制，燃燒爐點火系統由西門子S7－300F和大量安全模塊進行安全控制，從而保證了自動化控制系統的安全性、穩定性和可靠性，大大提高了生產效率［2］。

表1 克勞斯爐點火失敗主要聯鎖條件

圖1 程序架構圖

4 點火步驟及技術要點

點火步驟如圖2所示。

圖2 點火步驟

針對圖2，筆者總結了以下技術要點：

（1）上圖左半部分S0～S14為克勞斯爐煤氣烘爐點火步驟，右半部分S0～S10是引酸氣燃燒步驟。

（2）S3～S5為空氣吹掃時間，為240 s，在這段時間里吹掃空氣量不能低于300 m3/h，否則程序將停止吹掃讀秒，即點爐失敗。

（3）S6～S8為點火槍打火階段，打火電壓為220 V，此時調節好點火煤氣和助燃空氣量至關重要，最佳配比值為1∶2.5。

（4）S9是點火槍火焰穩定時間，需超過5 s程序才能繼續進行下一步，一般造成該步失敗的原因有：1）點火槍火焰檢測信號故障；2）爐內壓力過大，造成點火煤氣和助燃空氣無法通到點火槍頂端；3）點火煤氣與助燃空氣比例失調，一般出現這種情況是由于煤氣或空氣管路堵塞［3］。

（5）S10為燃燒煤氣去燒嘴，點爐成功。這時候我們需要調節燃燒煤氣與空氣的配比來控制爐體溫度，同時要保證火焰強度不低于20%。

（6）當爐體溫度達到1 000℃左右時，我們可以按照酸氣燃燒步驟來引酸氣進行燃燒，相對于煤氣烘爐步驟來說，引酸氣要簡單得多，只要保證酸氣壓力不低于5 kPa，各相關調節閥能正常工作，一般情況下不會出現什么問題，畢竟此時爐體溫度已經很高了。

（7）在克勞斯爐燃燒過程中，我們也不能將溫度提升得過高，這樣一來不但會減短爐子的燃燒壽命，還存在一定的安全隱患。因此，我們將溫度上限設定為1 250℃。

5 結語

通過對克勞斯爐自動點火系統的剖析以及克勞斯爐工藝、點火注意事項、滅爐聯鎖條件等的完善介紹，我們深刻地了解了克勞斯爐點火系統技術要點以及相關配套設備，希望通過這個項目能夠讓大家掌握這方面的相關知識，提高相關從業人員的整體技術水平。

［1］李德昌.克勞斯爐生產的PLC控制［J］.燃料與化工，1997（5）

［2］邢愛東，崔秉華，王銳鋒，等.克勞斯爐點火系統的改造［J］.今日科苑，2008（20）

［3］王霄，趙永鋒，邢愛東.克勞斯爐自動點火裝置故障分析［J］.設備管理與維修，2008（10）