廢液噴槍選型對制硫酸焚燒爐的影響

項國祥

（南京金江冶金爐料有限公司，江蘇南京 210035）

制硫酸焚燒爐是用于燃燒硫磺生成SO2氣體，為硫酸生產提供原料的關鍵設備，也是制硫酸整套裝置中最重要的設備，焚燒爐工作狀況的好與壞是整套制酸裝置能不能長期穩定運行的關鍵。制硫酸焚燒爐按照硫磺的蒸發率不同，分為池式硫磺焚燒爐、階梯式硫磺焚燒爐以及噴霧式硫磺焚燒爐三種類型[1]。

目前使用最多的就是噴霧式硫磺焚燒爐，它的結構簡單，容積率大，一般為臥式的爐型，采用碳鋼圓筒外殼加內襯隔熱磚和耐火磚的結構設計，外壁溫度不小于150℃，以保證設備外殼不受環境中的露點腐蝕。與此同時，從安全角度上出發，還需要對焚燒爐采取隔熱處理，保證操作人員的人身安全。

1 廢液噴槍工作原理

噴霧式硫磺焚燒爐，主要是利用廢液噴槍，將含硫廢液噴入爐膛迅速完全燃燒，產生SO2氣體，為后續的硫酸生產提供原材料，它直接關系到硫酸的產量及后續設備的生產能力。其中廢液噴槍是非常重要的設備，它的好壞直接影響焚燒爐制酸的能力和工作狀態。本文主要研究廢液噴槍對焚燒爐的影響。

噴槍的選型。廢液噴槍，從物化方式分為機械霧化（圖1）和介質霧化（圖2）兩種，其中機械霧化是利用液體的壓力，在經過噴頭內部結構的高速切割產生微小的液體粒子，其缺點是霧化壓力很大，霧化粒徑大，容易堵塞噴頭；另一種就是目前使用比較多的介質霧化噴槍，它是利用壓縮空氣霧化液體，能夠使得多數化工廢液霧化成小粒徑，能有效地防止噴嘴堵塞[2]。同時噴嘴采用外混式的結構，旋流導向的方法，使得霧化后的噴出的液霧更均勻，粒徑更小，便于廢液焚燒的更充分，使的焚燒廢液導致的降溫更小，有害物質生成的更少。其特點是，工作壓力小，霧化粒徑小，不易堵塞等。

圖1 機械霧化槍型和霧化效果示意圖

圖2 介質霧化噴槍及霧化效果示意圖

2 介質霧化噴槍霧化效果影響因素

介質霧化噴槍目前是主流的廢液噴槍形式，經過研究和實際使用情況，霧化的粒徑和霧化的長度直接影響著焚燒爐的工作狀態，粒徑過大，會導致燃燒不充分，爐內容易產生大量的未完全燃燒的硫磺結垢，導致后期維護需要大量的人力進行清理工作，同時影響后續設備的生產能力。

經過對眾多介質霧化噴槍的使用經驗得出，在霧化粒徑小于50μm，霧化角度約120°時，廢液在進入爐體內時，第一時間被燃燒，由于粒徑小，霧化均勻，廢液的燃燒的很充分，廢液能夠很好地被燃燒器焚燒，廢液的未燃燒情況相對較少，使得爐子的工作狀態穩定，工作周期更長。

研究中發現，當霧化粒徑大于50μm時，廢液在被噴入爐體后，由于無法完全被迅速燃燒，部分廢液由于重力，在未被燃燒的情況下，就落入爐體底部，蒸發后形成硫磺，長期如此，會導致爐體工作周期變短，且影響爐體內襯的壽命，同時增加了人工清理硫磺的工作，還會導致后續設備的使用情況，所以說噴槍的霧化效果的好壞直接影響到制酸焚燒爐的正常運行。

3 噴槍的選型

3.1 噴槍自身屬性的配對

噴槍的選型要根據所噴液體的屬性、霧化介質、壓縮空氣（蒸汽）的工況等相關參數來綜合選擇。噴槍自身的結構（圖3）也對霧化結果產生非常大的影響。一般來說，霧化方式一般是利用機械結構對液體進行多次切割，使得液體被切割為均勻的較大的液滴，再經過混入壓縮空氣（蒸汽）使得液體和氣體完全混合，也使得液體粒徑被高速混入的壓縮空氣（蒸汽）再次切割，產生的粒徑更小，再經過噴嘴頂部的機械結構使得小粒徑的液氣混合物，高速擠壓從噴孔噴出，這樣產生的粒徑才能達到預想的效果。當然相關參數的選擇，在實際工況下，相關物料的配比是非常重要的，只有合理的、完全根據預設參數的配比，才能使得介質霧化噴槍達到設計要求，燃燒才能更加充分。不管是廢液的參數選擇，還是霧化介質（壓縮空氣/蒸汽）的參數選擇，都必須根據實際情況進行選擇和配比。對噴霧粒徑影響較大的是廢液的流量和壓力，已經配比的霧化介質（壓縮空氣/蒸汽）的流量及工作壓力，只有經過大量的實驗數據，才能得到相關的性能曲線，在現場實際調試時，根據性能曲線結合現場的實際工況，才能得到理想的霧化效果，同時達到預設的處理能力。綜上所述，噴槍的選型不是一成不變的，每把噴槍的選擇實際上都是獨一無二的，都是根據現場的實際情況選擇和調試才能達到的理想效果。

圖3 介質霧化噴嘴結構

3.2 噴槍與燃燒系統的配對

僅僅是噴槍霧化效果好壞的選擇和調試是完全不夠的，噴槍和燃燒系統的配對，也是十分重要的。燃燒器的形式、噴槍噴霧的進入形式和位置，以及燃燒器混入的助燃空氣對噴槍的霧化旋流的影響都會對燃燒情況產生重大的影響。廢液是否能充分燃燒離不開燃燒器，只有在噴槍選型和燃燒器選型的配合下，才能達到理想的結果。從工作原理上看，霧化后的液滴，在被燃燒器點燃后，在助燃空氣的影響下，充分的混合旋流，充分燃燒，才能完全產生SO2氣體，盡量不產生未燃燒的硫磺結垢。

再經過爐體內部（圖4）的縮頸和擋墻，以增強高溫爐氣擾動程度和局部的氣流速度，從而改善高溫爐氣在爐內分布得更加均勻，延長停留時間，使硫磺能夠得到更充分的燃燒，減少爐氣在燃燒時的流動死角。同時盡管霧化后的廢液在進入爐內會很快燃燒，同時借助燃燒器的影響，會更好地燃燒廢液。但是不得避免的是在爐子內部靠近噴嘴的位置仍然或多或少的可能有未完全燃燒的廢液落下，產生結垢，這種結構是有腐蝕性的，會對殼體腐蝕，所以內襯砌筑的好壞，也直接關系到爐子的壽命。所以噴霧的位置、角度、噴入的速度以及范圍，只有在被燃燒器充分燃燒的情況下，產生的結垢才會盡可能的少，從而大幅延長爐體的運行周期及使用壽命。

圖4 焚燒爐示意圖

擋墻也是影響噴槍的重要因素，擋墻的設立位置，必須在噴槍霧化長度以外，盡可能地不讓霧化后的液滴直接噴射在擋墻上，擋墻只是用于擾動爐氣，不用于阻擋噴霧。因為噴霧長期噴射在擋墻上時，會影響擋墻的壽命，還會導致擋墻堵塞等情況，從而產生重大的安全事故。一般情況下，擋墻采用多孔花墻或者局部折流的方式設立，使得爐氣擾動，更充分的混合。當噴霧長度選擇過長時，擋墻就會成為阻擋霧滴的工具，這樣的后果是十分嚴重的，其一，高速的霧滴長期擊打擋墻，會使得擋墻被破壞。其二，霧滴直接落在擋墻上，會產生結垢，長此以往會使得擋墻被堵死，或者流通能力下降。這兩點對設備的穩定運行都是十分不利的。

4 結論

本文雖然大部分是針對霧化噴槍對焚燒爐的影響，但是需要闡述的是，霧化噴槍和焚燒爐的每個部件都是影響焚燒爐運行情況的重要因素。

噴槍的材料必須選擇耐高溫，耐酸的特殊金屬材質，一般選擇較多的為Hastelloy C-276，或者Alloy 20等，此類材料屬于鎳基合金的一種，具有很強的抗腐蝕能力和耐高溫性能，是噴槍噴頭常用的金屬材料。雖然以上金屬材料耐高溫、耐腐蝕的能力很強，但是不代表不會腐蝕和沖擊波壞，所以在實際的設備運行中，建議定期對噴槍的使用情況進行檢查。

檢查范圍分為：在線檢查和停車檢修兩種，其中在線檢查包括噴槍噴頭情況的監測、爐內噴霧情況的監測、燃燒情況的監測、爐尾爐氣的監測，從而判斷出停車檢修的周期。停車檢修主要是針對設備停車后對噴槍噴嘴的檢查和更換，對燃燒器的檢查和維修，以及爐內的檢查清理和維護。

綜上所述，只有在相關設備的設計和選型時，充分考慮各個部件的影響，選擇最合理的方案，以及設備運行時檢查檢修工作的充分到位，才能使得制硫酸焚燒爐及整條生產線長期穩定的運行。