高效硫黃噴槍采用兩級(jí)增速機(jī)械固定式多流道霧化技術(shù)，霧化粒徑小于20 μm，提高了噴嘴的霧化效率和抗堵塞能力。單槍流量可在4.6~10.5 t/h范圍內(nèi)調(diào)整，霧化工作壓力控制在0.4~1.0 MPa仍能高效霧化，降低了液體硫黃管線內(nèi)的壓力。

高效噴咀

高效噴咀采用固定式機(jī)械強(qiáng)制螺旋霧化和拉瓦爾噴管增速技術(shù)。液體硫黃從液硫管進(jìn)入噴咀，經(jīng)過一級(jí)拉瓦爾噴管加速，進(jìn)入機(jī)械強(qiáng)制螺旋霧化芯，形成高速離心旋轉(zhuǎn)體，再次進(jìn)入二級(jí)拉瓦爾噴管，再次被加速，此時(shí)噴出的液硫獲得高速離心力和加速度，使其形成小于20ｕm的霧化硫黃顆粒。在拉瓦爾噴管技術(shù)的作用下液硫霧化壓力降低至0.4MPa，達(dá)到高效霧化效果。

噴咀采用螺紋線密封，實(shí)現(xiàn)了800 ℃高溫冷熱激不會(huì)有液體硫黃泄漏。為減少槍身在焚硫爐內(nèi)出現(xiàn)焊縫泄漏的幾率，通過巧妙設(shè)計(jì)使槍身在焚硫爐內(nèi)只有一道焊縫，通過應(yīng)力消除設(shè)計(jì)，可有效避免該道焊縫因應(yīng)力集中而撕裂。對(duì)噴咀的蒸汽保溫夾套管焊縫進(jìn)行有限元應(yīng)力分析可見，蒸汽保溫夾套管焊縫處應(yīng)力非常低

為了解決噴咀密封面因裝置停產(chǎn)被熱輻射損壞的問題，將密封面后移至保溫夾套蒸汽冷卻處，可有效降低噴咀密封面的溫度，即使裝置短停8 h，密封面的溫度也能夠一直維持在200 ℃以下，同時(shí)為了避免冷卻蒸汽中斷超溫，噴咀密封墊采用耐800 ℃高溫的石墨復(fù)合墊。

槍身結(jié)構(gòu)

經(jīng)過分析,導(dǎo)致硫黃噴槍彎曲的主要原因是槍身受熱應(yīng)力分布不均。高效硫黃噴槍保溫夾套在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)槍身受熱應(yīng)力變化做了分析。裝置運(yùn)行時(shí)燃燒火焰受氣流漩渦影響，火焰會(huì)對(duì)硫黃噴槍前部加熱，而前部區(qū)域是受火焰炙烤的，因此噴槍前部會(huì)有熱應(yīng)力膨脹。為了使噴槍熱應(yīng)力膨脹一致，需要在槍身內(nèi)部使保溫蒸汽分布均勻。因此我們?cè)跇屔韸A套流通面積上，設(shè)置了4道保溫蒸汽均勻分布環(huán)（見上左圖），用均勻分布環(huán)強(qiáng)制混合每段蒸汽溫度，使進(jìn)入下一段的蒸汽溫度一致。從而達(dá)到噴槍槍身溫度一致，避免熱應(yīng)力膨脹使槍身。

噴槍為減少槍身泄漏風(fēng)險(xiǎn)，通過對(duì)槍身熱膨脹有限元膨脹量分析，把內(nèi)夾套管采用滑動(dòng)補(bǔ)償支撐（見上右圖），可把波紋膨脹節(jié)設(shè)計(jì)到焚硫爐外部，同樣能達(dá)到對(duì)槍身的有效膨脹補(bǔ)償，從而消除槍身薄弱環(huán)節(jié)受腐蝕泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

?傳統(tǒng)與高效前后對(duì)比

?傳統(tǒng)硫黃噴槍應(yīng)用情況

該客戶為某大型化工企業(yè)，有2套400 kt/a硫黃制酸裝置，焚硫爐均采用臥式布置，外殼為鋼制圓筒內(nèi)襯耐火磚和保溫材料，在爐內(nèi)設(shè)置兩道擋墻，空氣經(jīng)螺旋片以湍流狀從硫黃噴槍四周進(jìn)入焚硫爐。每個(gè)焚硫爐采用2支200 kt/a標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能機(jī)械固定式霧化硫黃噴槍，噴槍長(zhǎng)度2 650 mm，霧化噴嘴直徑12 mm，采用法蘭壓蓋密封。傳統(tǒng)噴槍霧化液體硫黃時(shí)，硫黃滴落在焚硫爐底部流淌燃燒，導(dǎo)致焚硫爐運(yùn)行溫度超高，而且還經(jīng)常出現(xiàn)槍身變形、噴咀保溫蒸汽泄漏、噴咀堵塞等故障，導(dǎo)致停產(chǎn)。

液體硫黃在沒有霧化的狀態(tài)下，自由燃燒速度平均為15.6 kg/(m2·h)。當(dāng)焚硫爐底部有液體硫黃燃燒時(shí)，運(yùn)行溫度會(huì)超高。為了避免爐內(nèi)因溫度升高體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力使?fàn)t體變形，或使砌體擠碎、拱起，在砌筑焚硫爐時(shí)都會(huì)留有膨脹縫。設(shè)計(jì)時(shí)在焚硫爐筒體爐墻與前端墻、后端墻之間分別留設(shè)了20 mm膨脹縫。擋墻被砌入耐火磚內(nèi)層，每堵?lián)鯄蓚?cè)分別留有膨脹縫，并且還在砌筑時(shí)設(shè)置了若干條10 mm膨脹縫，以保證總的膨脹量。流淌的液體硫黃會(huì)從底部的膨脹縫流進(jìn)保溫層內(nèi)緩慢燃燒。焚硫爐鋼殼的操作溫度一般為45 ℃左右，由于硫黃在保溫層與鋼殼中間燃燒的熱量無法向爐內(nèi)傳遞，只能向環(huán)境傳遞，導(dǎo)致焚硫爐鋼殼的實(shí)際溫度達(dá)到150~170 ℃，SO2在鐵的催化下與氧氣反應(yīng)生成SO3把鋼殼焊縫腐蝕穿孔。由于鋼殼與保溫層中間缺少空氣，液體硫黃燃燒緩慢，未燃燒的硫黃以升華硫的形式從腐蝕穿孔的位置流出，在焚硫爐下方形成硫黃鐘乳。

高效硫黃噴槍應(yīng)用情況

為了有效解決上述問題，該客戶將傳統(tǒng)硫黃噴槍更換為高效硫黃噴槍，焚硫爐各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)值，提高了裝置產(chǎn)能，有效保障了硫黃制酸裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。                           

投用后的半年時(shí)間里，在裝置臨時(shí)停車期間，未出現(xiàn)噴咀前端法蘭密封面泄漏的情況。高效硫黃噴槍能有效適應(yīng)裝置負(fù)荷在60%~110%，并且在該負(fù)荷范圍內(nèi)焚硫爐底部沒有液體硫黃燃燒（見上右圖1）。解決了因冷熱交替出現(xiàn)蒸汽夾套泄漏，在運(yùn)行過程中沒有出現(xiàn)霧化流量減小和焚硫爐下部出現(xiàn)硫黃鐘乳的情況。高效硫黃噴槍的工作流量范圍更大，最大流量增加了0.49 t/h，最小流量則降低了1.36 t/h；工作壓力降低了約0.3 MPa；霧化距離縮短了約1 m；焚硫爐內(nèi)部的運(yùn)行溫度降低了160 ℃，表面溫度降低了72~90度，保證焚硫爐在安全溫度下運(yùn)行；高效硫黃噴槍的應(yīng)用優(yōu)化了液體硫黃的霧化效果（見上右圖3），提高了硫黃制酸裝置的最高負(fù)荷和硫酸產(chǎn)能，每天可增加硫酸產(chǎn)量120 t。高效硫黃噴槍投用近半年的時(shí)間，硫酸產(chǎn)能增加了16 500 t，多產(chǎn)蒸汽23 100 t，為企業(yè)創(chuàng)造營(yíng)收2 100萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于硫黃噴槍運(yùn)行壓力的降低和制酸煙氣中φ(SO2)的提高，噸酸電耗可節(jié)約2.8 kWh/t，起到了節(jié)能降耗的作用。                            

結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，高效硫黃噴槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材更加合理，能夠滿足焚硫爐內(nèi)的工作環(huán)境，用高效硫黃噴槍代替?zhèn)鹘y(tǒng)硫黃噴槍，徹底解決了焚硫爐運(yùn)行溫度高、噴槍槍身變形和噴咀保溫蒸汽管套泄漏、液體硫黃管線保溫蒸汽管套堵塞、裝置產(chǎn)能較低等問題，提高了硫黃制酸裝置的產(chǎn)能和蒸汽產(chǎn)量，節(jié)能降耗效果和經(jīng)濟(jì)效益顯著，保障了裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，值得推廣應(yīng)用。