用于将硫燃烧生成二氧化硫的方法和设备技术

本发明专利技术描述了一种用于硫燃烧的反应器。反应器壁(23)形成对称的基底区域b，至少两个燃烧器(2,2')分别利用燃烧器保持装置(22)来安装。所有燃烧器保持装置(22)相对于彼此具有相同的距离，每个燃烧器保持装置(22)相对于基底区域b的中心点z具有相同的距离。至少一个燃烧器保持装置(22')布置成使得在运行期间燃烧器(2')的火焰相对于中心轴线a成0°至45°之间的角度α，中心轴线a定义为燃烧器保持装置(22')和中心点z之间的最短连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将硫燃烧生成二氧化硫的方法和设备
本专利技术涉及用于硫燃烧的反应器，反应器壁形成对称的基底区域(b)，至少两个燃烧器分别利用燃烧器保持装置来安装，所有燃烧器保持装置相对于彼此具有相同的距离，每个燃烧器保持装置相对于基底区域(b)的中心点(z)具有相同的距离。
技术介绍
几十年来，用于制造硫酸的方法是众所周知的。通过此方法，将硫燃烧生成二氧化硫(SO2)，然后通过多相催化反应进一步氧化成三氧化硫(SO3)。在浓硫酸中吸收生成的三氧化硫，添加水，最终转化为硫酸(H2SO4)。硫燃烧所需氧的来源可以是空气或富氧空气，或者是纯氧。具体地，液态硫经由管线输送到至少一个燃烧器，在燃烧器中，液态硫与经由管线输送到燃烧器中的含氧气体(例如空气)混合。燃烧器向炉中喷焰，炉通常衬有多层耐火砖。在炉中，根据绝热燃烧的反应形成含SO2的气体：S+O2→SO2；ΔH～-297kJ/mol在已知的方法中，在炉内发生硫的氧化，硫被喷入炉中或通过其他装置雾化，例如通过喷嘴或特定的燃烧器，正如可以在例如EP2627949中找到的。由于液滴尺寸和主流燃烧温度，需要一定的驻留时间以便液滴的完全蒸发和随后的氧化。因此，反应仅受到传质现象的限制，这就是为什么要使向反应器供给的硫和氧完全混合相当重要的原因。通常，1,000℃以上的绝热燃烧温度是根据硫与燃烧空气之比决定的结果。此外，标准的硫燃烧单元采用废热锅炉(WHB)，以从系统中回收多余能量。通常，火管锅炉安装在燃烧炉的下游，以将燃烧气体冷却到400至500℃之间的典型值，同时产生高压蒸汽。通常，当采用火管锅炉时，由于以下两个原因，所描述方法的设备产能受到限制。首先，由于热管板(废热锅炉的气体入口侧)不能在没有局部材料过热风险的情况下承受较高温度，所以将气体温度限制在约1200℃。通过管道给送热气体，而高压水/蒸汽出现在壳程处。在非常大的设备尺寸下，这也导致火管锅炉外壳直径非常大；因此，由于蒸汽压力的缘故，机械设计要求该外壳和管板的壁厚非常大。此外，在这种情况下，采用较高蒸汽压力尤其重要。在典型的5,000mtpd(公吨/天)的大型设备尺寸下，火管设计不能适应蒸汽压力从目前典型65巴到例如100巴的任何实质性进一步增加。然而，由于产品蒸汽优选用于给送到蒸汽涡轮发电机，所以需要较高的蒸汽压力，因为这提供了提高热效率的优点。其次，对于硫燃烧炉而言，可以说它们通常是衬有多层耐火材料的卧式容器。耐火材料的质量和设计取决于运行条件，例如绝热燃烧温度。通常，所需的比体积热率在300,000至3,000,000kcal/m3炉体积的范围内。在设备产能非常大的情况下，炉尺寸会变得非常大。在这种情况下，因在较大炉直径下砖衬完善性减弱(特别是在周向压应力和/或卧式圆柱形不稳定性增大方面)会带来限制，使得这种设计潜在地不可持续。此外，由于不同的热膨胀及其补偿变得越来越困难，炉的长度也受到就砖衬而言的限制。通过减小炉尺寸，高比热率可以使问题最小化，但是也对雾化硫的均质/均匀分布和所需的气体彻底混合方面带来了限制。尽管通过多个平行的燃烧炉和废热锅炉单元可以实现大的设备输出产能，但未来将需要明显更大的单个单元来降低投资成本并提高能效。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供燃烧器、炉和相关废热锅炉的布置，以便能够实现几乎不受限制的设备产能。通过具有根据权利要求1的特征的装置来实现上述任务。将反应器设想为水管型废热锅炉，其特征在于，高压水/蒸汽在壁管内循环(与火管型锅炉相反)。还优选地是，用适当比例的空气来燃烧硫，以实现1500至2000℃的绝热燃烧温度，这与常规装置相比明显更高。同时，燃烧气体的总流量将变小，使得容器/反应器的尺寸/直径显著减小。因此，废热锅炉的下部不包含对流表面，而是壁仅暴露于辐射。一旦原始燃烧气体温度降低(基于辐射向壁的传热)，废热锅炉的上部则将还包含对流传热表面，而壁将在容器的整个长度延伸。此种用于硫燃烧的反应器包括壁，壁形成对称的平面图区域/基底区域。在反应器内，至少两个燃烧器分别利用燃烧器保持装置来安装。燃烧器保持装置彼此对称地安装在燃烧室的壁上。每个燃烧器保持装置之间的距离是相同的。此外，每个燃烧器保持装置距燃烧基底区域中心的距离应相同。决定性因素在于，燃烧器保持装置中的至少一个燃烧器保持装置设计成能够有意地调节成使得相关的火焰相对于横向中心点轴线成角度α，该角度在0°至45°之间，优选为2°至15°之间。中心轴线是形成燃烧器保持装置中心和基底区域中心之间直接连接的轴线。因此，燃烧器可以有意地调节成使得燃烧室的最热点不再位于基底区域的中心。然而，重要的是在反应器内相对于基底区域中心建立不对称的温度分布。这种不对称的温度分布导致气体流动一方面促进气体更好地混合但另一方面也使得热量更好地散发到下游对流表面。因此，也可以设计和建造没有任何砖衬炉的硫燃烧系统，并用水管锅炉代替传统的火管锅炉。这种燃烧反应器适用于不受限制的设备尺寸，本质上设计为工业已知的水管锅炉，并结合有多个燃烧器。请比较将此构思专用于热容量和操作压力更大的发电设备。因此，上面讨论的限制因素得以忽略。本专利技术的优选设计是将反应器基底设计成正方形或圆形，这可以保证最简单的可行设计并从而可以保证最简单可行和最经济的制造。另一个优点是：基底区域是具有至少六条边的多边形，边的数量与燃烧器数量相同或者是燃烧器数量的倍数，优选乘以一或二，以便确保燃烧器的对称分布，各燃烧器装置之间的距离相等。边的数量对应于燃烧器的数量是特别优选的。这种特殊的设计能够实现模块化设计。还优选的是具有至少三个燃烧器。燃烧器数量的增加能够进一步提高设备产能。本专利技术的另一个有利设计提供了在燃烧区域上方/周围的所谓对流区域，其中，下部的传热由辐射主导，气流进一步混合。这可靠地防止了热回流。此外，有利的是壁至少部分设计成膜壁。膜壁是由管制成的壁，至少部分地包围燃烧室。传热介质(例如水/蒸汽混合物)可以通过管传送。总之，反应器壁是水管型废热锅炉的组成部分，由多个优选为竖直的管组成，管内容纳废热锅炉内部循环水的水/蒸汽混合物，在管的每个相对侧上具有焊接翅片，以便连接(焊接)到相邻的管，从而形成膜壁结构。为了承受高气体温度并保护炉部件，膜壁外壳内部可以覆有耐火浇注料薄层。这不仅可以保护壁(和底部)以防与未蒸发的硫液滴发生不希望的接触，冷却的壁还显著降低了耐火材料的内表面温度，使其适于使用浇注料。不需要单独的卧式或立式炉。燃烧部(即浇注保护)的高度由硫液滴完全蒸发所需的驻留时间决定。因此，下游对流传热区段不会暴露于未蒸发的硫。燃烧器安装在独立砖衬炉中的缺点是：一旦设备跳闸或暂时离线，则必须将燃烧器从炉移除，即，否则燃烧器暴露于热炉辐射而不能冷却，这会导致燃烧器转杯或传统喷嘴的机械损坏或变形。因此，移除燃烧器是对时间要求苛刻的。通过本专利技术，不使用或通过使用由膜壁冷却的浇注料，与传统单独炉的耐火措施相比，表面温度以及因此在停机后的剩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于硫燃烧的反应器，反应器壁(23)形成对称的基底区域b，至少两个燃烧器(2,2')分别利用燃烧器保持装置(22)来安装，所有燃烧器保持装置(22)相对于彼此具有相同的距离，每个燃烧器保持装置(22)相对于基底区域b的中心点z具有相同的距离，其特征在于，至少一个燃烧器保持装置(22')布置成使得在运行期间燃烧器(2')的火焰相对于中心轴线a成0°至45°之间的角度α，中心轴线a定义为燃烧器保持装置(22')和中心点z之间的最短连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于硫燃烧的反应器，反应器壁(23)形成对称的基底区域b，至少两个燃烧器(2,2')分别利用燃烧器保持装置(22)来安装，所有燃烧器保持装置(22)相对于彼此具有相同的距离，每个燃烧器保持装置(22)相对于基底区域b的中心点z具有相同的距离，其特征在于，至少一个燃烧器保持装置(22')布置成使得在运行期间燃烧器(2')的火焰相对于中心轴线a成0°至45°之间的角度α，中心轴线a定义为燃烧器保持装置(22')和中心点z之间的最短连接。


2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，基底区域b是正方形或圆形。


3.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，基底区域b是具有至少六条边的多边形，并且边的数量是燃烧器(2,2')数量的倍数。


4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，提供至少三个燃烧器(2,2')。


5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：KH·道姆，H·施托希，S·布劳纳，
申请(专利权)人：奥图泰芬兰公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI