CN101233078B - 用于含硫液体燃烧的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于制备含二氧化硫燃烧气体的装置和方法，其中以采用雾化气体的硫喷枪气动雾化含硫液体以形成用于在硫炉中燃烧的雾化燃烧混合物。含二氧化硫的燃烧气体可以用于接触法制硫酸中。

Description

用于含硫液体燃烧的方法和装置
发明领域
本发明一般地涉及通过利用雾化气体将含硫液体雾化来制造包含含硫液体的液滴或微粒的雾化硫燃烧混合物的技术和装置。本发明特别适合于生产用在硫炉中燃烧的雾化硫燃烧混合物，从而制备可用于接触法硫酸生产中的含二氧化硫燃烧气体。
背景技术
用于硫酸生产的常规接触法包括在硫炉的燃烧室内于空气或其它含氧气体中燃烧熔融的硫以制备含二氧化硫的燃烧气体，在转化器的一个或多个催化氧化阶段中氧化所产生的二氧化硫以制备含三氧化硫的转化气体，并将三氧化硫吸收在含水硫酸中以形成另外的硫酸产物。
为了制备用于燃烧的硫，通常将其液化并且经导入供有燃烧空气或其它含氧气体的硫炉燃烧室中的一个或多个硫喷枪在压力下供入。硫喷枪产生雾化的硫微粒，其作为硫液滴的喷雾释放到燃烧室中。大多数常规的硫喷枪在液力下操作以产生硫微粒的喷雾。也就是说，通过使液化的硫在压力下经喷枪的喷嘴进入炉燃烧室内来实现雾化，而没有借助于雾化气体。通常，液力雾化产生平均微粒尺寸或直径超过300μm或更大而且含有大到2000μm或更大的微粒的雾化硫液滴喷雾。在这些大微粒尺寸下，难以确保液态硫微粒在燃烧室空间内足够快的汽化和燃烧。此外，液力操作的硫喷枪有时遭受从喷枪的喷嘴排出未充分雾化的液态硫(即“漏泄”)。由于这些不足之处，未燃烧的硫有时沉积在硫炉内预定燃烧区之外，特别是在较小的硫炉装置中或者在硫压力减小时的调节过程中出现，导致工艺低效率和增加的养护要求。
作为液力雾化的替代方案，已经提出利用雾化气体例如空气使液态硫气动雾化(例如参见美国专利5,807,530(Anderson)；以及Conroy等，Combustion of Sulfur in a Venturi Spray Burner，Industrial&Engineering Chemistry，卷41，第12期，第2741-2748页(1949))。例如，Anderson公开了利用供有硫和雾化空气的雾化硫喷枪将熔融的硫气动雾化成大约10μm量级的平均微粒尺寸。为了确保雾化硫微粒喷雾在燃烧区中的适当停留时间，Anderson装置进一步包括同心燃烧室和风箱设备，该设备提供在雾化硫喷枪的喷嘴处会聚的来自风箱的燃烧空气涡流。Anderson硫喷枪包括在美国专利4,728,036(Bennett等)中所述的雾化喷嘴组件，其中硫和空气流混入，并且穿过狭窄环形分叉截头圆锥形单通路以产生释放到炉燃烧室中的雾化液态硫微粒喷雾。
尽管Anderson的教导是有意义的，但是所公开的装置有些复杂，而且难以集成在现有的设备中。此外，将含硫液体气动雾化成10μm的平均微粒尺寸代表了相当大的操作成本。也就是说，尽管在快速汽化、燃烧以及未燃烧硫更少沉积方面取得了声称的改进，但整个工艺经济性仍然在某种程度上受伴随的动力要求限制。此外，在Anderson硫喷枪中采用的喷嘴设计容易出现下列情形：雾化硫喷雾通过其释放的狭窄环形通路会被往往在工业硫酸生产操作中使用的硫槽中所含的熔融硫中存在的固体污染物堵塞。
因此，仍然需要用于产生雾化硫燃烧混合物的有效技术和装置，其确保在燃烧室设计体积内足够快的汽化和完全的燃烧，以使未燃烧硫在硫炉中的沉积减到最少，同时还提高装置的初始基建成本和运行中的操作成本的整体经济性。
发明概述
因此，本发明的目的包括提供用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的改进方法和装置，其中在硫喷枪中用雾化气体使含硫液体气动雾化，以形成释放到硫炉燃烧室中的雾化硫燃烧混合物；提供这种改进方法和装置：其能够形成具有期望的微粒或液滴尺寸特征的硫燃烧混合物，确保在燃烧室设计体积内足够快的汽化和完全燃烧以使硫炉中未燃烧硫的沉积减到最少，同时还提高装置的初始基建成本和运行中的操作成本的整体经济性；提供能够使含二氧化硫的燃烧气体中氮氧化物的产生达到最少的改进方法和装置；以及提供相对简单而且容易集成至现有设备中的改进方法和装置。
由此，简言之，本发明涉及用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的装置。该装置包括包含燃烧室的炉、含硫液体加压源、雾化气体加压源以及至少一个硫喷枪，所述硫喷枪设置用于将含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物释放到燃烧室内，在其中使所述含硫液体微粒在氧存在下燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体。所述硫喷枪包括导入燃烧室中的混合和雾化喷嘴，连通所述含硫液体加压源和所述喷嘴的第一导管，以及连通所述雾化气体加压源和所述喷嘴的第二导管。该喷嘴适合混合所述含硫液体和雾化气体以形成雾化的硫燃烧混合物，而且其中具有多个喷射孔，雾化的硫燃烧混合物在压力下通过该喷射孔释放到燃烧室中。
本发明还涉及用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的方法。所述方法包括将加压的含硫液体流和加压的雾化气体流导入至少一个硫喷枪中，所述硫喷枪包括与其中具有多个喷射孔的混合和雾化喷嘴连通的第一和第二导管。加压的含硫液体通过第一导管，而加压的雾化气体通过第二导管进入该混合和雾化喷嘴。加压的含硫液体和加压的雾化气体穿过该混合和雾化喷嘴，以实现含硫液体的雾化以及形成在压力下通过所述多个喷射孔释放到炉燃烧室中的含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物。使所述含硫液体微粒在燃烧室中在氧存在下燃烧，以产生含二氧化硫的燃烧气体。
根据本发明的另一实施方案，所述方法包括将加压的含硫液体流和加压的雾化气体流导入硫喷枪中，所述硫喷枪包括与其中具有至少一个喷射孔的混合和雾化喷嘴连通的第一和第二导管。加压的含硫液体通过第一导管，而加压的雾化气体通过第二导管进入该混合和雾化喷嘴。加压的含硫液体和加压的雾化气体穿过该混合和雾化喷嘴，以实现含硫液体的雾化以及形成在压力下通过该至少一个喷射孔释放到炉燃烧室中的含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物。该释放到燃烧室中的雾化硫燃烧混合物所表现出的微粒尺寸分布的特征在于其中所含的含硫液体微粒的至少约90体积％具有小于约500μm的直径。优选地，释放到燃烧室的雾化硫燃烧混合物中所含的含硫液体微粒的至少约80体积％具有约50μm-约500μm的直径，并且该雾化硫燃烧混合物的中值微粒直径(基于体积或质量)是约50μm-约150μm。使所述含硫液体微粒在燃烧室中在氧存在下燃烧，以产生含二氧化硫的燃烧气体。
在另一实施方案中，根据本发明改进用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的装置。更具体地，待改进的装置包括包含燃烧室的炉、含硫液体加压源以及至少一个硫喷枪，所述硫喷枪适合液力雾化来自该加压源的含硫液体，而且设置用于在压力下将雾化硫燃烧混合物释放到燃烧室，在室中使所述含硫液体微粒在氧存在下燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体。改进方法包括提供雾化气体加压源，而且设置至少一个附加或替代硫喷枪，以将含有雾化气体和含硫液体微粒的气动雾化硫燃烧混合物释放到燃烧室。所述附加或替代硫喷枪包括导入燃烧室中的混合和雾化喷嘴，连通所述含硫液体加压源和所述喷嘴的第一导管，以及连通所述雾化气体加压源和所述喷嘴的第二导管。该混合和雾化喷嘴适合混合所述含硫液体和雾化气体以形成气动雾化的硫燃烧混合物，而且其中具有多个喷射孔，气动雾化的硫燃烧混合物在压力下通过该喷射孔释放到燃烧室中。
根据本发明产生的含二氧化硫的燃烧气体可以用于接触法生产硫酸中或用于其它合适的用途。
本发明的其它目的和特征部分已清楚，部分会在下面指出。
附图简要说明
图1是用于含硫液体燃烧的装置的示意性局部纵剖面。
图2是硫喷枪的局部纵剖面。
图3是沿着图2的线3-3的剖面。
图4是表示混合和雾化喷嘴的硫喷枪的放大局部纵剖面。
图5是沿着图4的线5-5的剖面。
图6是从图4线6-6所示位置看的混合和雾化喷嘴的端视图。
图7是实施例1中以大约12gpm(45lpm)的硫流速操作硫喷枪时向燃烧室的后部看去，邻近硫喷枪排出端从硫炉前部的硫火焰的照片。
图8是实施例1中以大约23gpm(87lpm)的硫流速操作硫喷枪时向燃烧室的后部看去，邻近硫喷枪排出端从硫炉前部的硫火焰的照片。
发明详述
根据本发明，已经设计出用于气动雾化含硫液体以制备包含雾化气体及雾化含硫液体的微粒或液滴的硫燃烧混合物的改进装置和方法。本发明特别适合于生产在硫炉中燃烧以产生可用于接触法制备硫酸中的含二氧化硫燃烧气体的雾化硫燃烧混合物。在本发明的一种实施方案中，用于将硫燃烧混合物释放到硫燃烧炉的气动操作的硫喷枪包括混合和雾化喷嘴，该喷嘴适合混合含硫液体和雾化气体以形成硫燃烧混合物，而且其中具有多个喷射孔，燃烧混合物在压力下经该喷射孔释放到炉中。包括多个喷射孔的混合和雾化喷嘴的使用产生多个通常对称的锥形喷雾形式的相对密集紧凑的喷雾形状，这对于给定的燃烧室设计体积为燃烧装置提供了相当大的容量或处理量。此外，根据本发明的气动操作的喷枪产生硫燃烧混合物，其微粒尺寸分布可以容易地进行控制，以确保液态硫微粒在燃烧室的设计体积内足够快地汽化和燃烧，同时使氮氧化物的产生和整体动力要求减到最低。
图1说明本发明用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的装置。该装置包括一般标为1的硫炉，其包含硫燃烧室3。燃烧室通常是圆柱形，并且由适当构造而且包含陶瓷砖或其它难熔材料制成的耐热衬7的炉壁5界定。如图1所示，在燃烧炉一端(通常与热的含二氧化硫燃烧气体离开燃烧室用于进一步处理的一端相对)设置燃烧空气入口或风箱9，用于将干燥或未经干燥的环境空气或其它含氧气体流10导入燃烧室中，从而在其中支持含硫液体的燃烧。设置至少一个气动操作的硫喷枪11，用于将包含雾化气体和含硫液体的微粒或液滴的雾化硫燃烧混合物12喷射或释放到燃烧室中。所述喷枪延伸穿过风箱9的壁，并且借助安装法兰13固定于其上，以使喷枪的排出端设置在炉壁5的开口中，来自风箱的燃烧空气供料也通过该开口进入燃烧室3。虽然图1所示的装置包括单个硫喷枪，但是应认识到根据***的设计容量可以适当地采用两个或更多个类似设置的喷枪组。通常，燃烧装置包括多个硫喷枪。虽然图1未示出，但是该燃烧装置包括用于在起动之前预热燃烧室的燃气的燃烧器和点火器或类似装置。
例如当空间受限限制了可用于充分混合的燃烧室尺寸时，所述燃烧室可以在其中包含折流装置，以帮助混合燃烧空气流和雾化硫燃烧混合物。折流板还会通过提供扩大的加热表面积用于接触释放到燃烧室的含硫液体液滴而有助于燃烧。然而，优选使炉的尺寸相对于工艺设计容量足够大以致燃烧室中不含折流板。例如，燃烧室体积与释放到燃烧室的雾化硫燃烧混合物的流速之比一般是至少约0.5秒，优选约0.5秒-约1.1秒以及更优选约0.5秒-约0.65秒。
向气动操作的硫喷枪提供含硫液体加压源15和雾化气体加压源17。下面的论述集中在利用含氧气体(例如空气)作为雾化气体气动雾化熔融硫上。然而，如以下更详细描述的，显然该论述普遍地适用于使用其它雾化气体雾化其它含硫液体，以制备包含该含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物，从而用在含二氧化硫燃烧气体的生产中燃烧。
供给燃烧炉的熔融硫可以保持在加热的硫槽中。熔融硫的粘度在接近约160℃的温度下快速增加，因此在雾化之前熔融硫的温度优选适当保持在160℃以下。为了使熔融硫保持在适合有效雾化的粘度下，以及提供具有如下面更详细描述的期望微粒尺寸分布的雾化硫燃烧混合物，在雾化之前通常将熔融硫保持在约120-约140℃的温度。将熔融硫在压力下泵送通过合适的导管和连接器以供给所述喷枪。类似地，压缩机用来将加压的空气流作为雾化气体通过合适的导管和连接器供给喷枪。用于供应喷枪的硫和空气输送***的硫槽、硫泵、空气压缩机、输送导管、连接器、过滤器和其它部件是本领域技术人员已知的，而且在图1所示的装置中已省略。
如上所述，通过风箱9向硫炉1提供干燥或未经干燥的含氧气体流10，以支持含硫液体在燃烧室3中的燃烧。出于实用性和经济性的理由，一般将通常干燥过的环境空气用作导入燃烧室的氧源，而将未经干燥的环境空气用作供给硫喷枪11的雾化气体。不管通过风箱传送的含氧气体的组成如何，由于存在与更大工艺设备相关联的更高操作和基建成本，所以通常优选使体积最小，同时提高所得燃烧气体的二氧化硫气体浓度。因此，考虑到这些因素，使用熔融硫作为所述含硫液体有利。通常，在含二氧化硫的燃烧气体用于硫酸生产中的那些实施方案中，相对于通过喷枪11(或多个这种喷枪)的硫流速调节通过风箱9的干燥燃烧空气或其它含氧气体的流速以提供过量的燃烧氧，其量要足以使得所得燃烧气体的氧含量足够用于后续二氧化硫转化为三氧化硫。当然，如果将未经干燥的空气或其它含氧气体用作硫喷枪中的雾化气体，应该适当允许导入燃烧室的氧作为一部分雾化气体，而且相应地调整导入风箱的氧流。当空气既通过风箱又作为通过硫喷枪供给的雾化气体供给硫炉的燃烧室时，雾化空气通常占燃烧室全部空气流的约0.05％-约0.4％。
例如，在与每日约2,500吨硫酸生产能力的接触硫酸装置一起使用的燃烧装置中，在约85psig(590kPa)和约135℃下通过一个或多个喷枪的液态硫流速通常可能是约77gpm(290lpm)，通过风箱的空气流速在约21.2psia(146kPa)的压力下是约112,000 SCFM(3.2×106SLPM)，雾化空气在与通过硫喷枪供给的液态硫进料相当数量级的压力下约为140SCFM(3,960 SLPM)。当熔融硫在过量的干空气中燃烧时，所得的燃烧气体可以具有约8-约14mol％、更通常约9-约12mol％的二氧化硫气体浓度，以及约7-约13mol％、更通常约9-约12mol％的氧浓度。然而，应当理解在本发明的实践中，不必向硫炉供应化学计量过量的燃烧氧；可以将附加或补充的空气或其它含氧气体以足够允许后续二氧化硫转化为三氧化硫的量与离开硫炉的含二氧化硫燃烧气体混合。就减少硫炉中氮氧化物的产生而言，硫炉在含硫液体中的硫值燃烧成二氧化硫所需氧的化学计量或接近化学计量下操作会是有利的。
现在参照图2和3，硫喷枪11包括具有将加压的含硫液体流从加压源15泵送到其中的入口端的第一或硫导管21，以及具有将加压的雾化气体流从加压源17导入其中的入口端的第二或雾化气体导管23。在图2所示的实施方案中，将第一导管21设置在第二导管23内，而且与其同心，以使第一(内侧)导管界定出用于含硫液体流的内侧轴向通道24，第一导管和第二(外侧)导管一起界定出用于雾化气体流的外侧轴向通道25。该内侧轴向流动通道24和外侧轴向流动通道25优选具有与最大预期的硫和雾化气体流速成比例的截面流动面积，以允许在设计操作压力下适当的流动。为了预热雾化气体，一般地控制喷枪的温度，并特别地保持在喷枪内沿着该内侧和外侧轴向通道所期望的硫和雾化气体温度，外侧导管23可以被常规的夹套26环绕，夹套26具有入口27和出口28，以使蒸汽30或其它传热流体可以循环通过该夹套。该夹套可以是双层壁构造，而且具有支撑块29。外侧导管23和蒸汽夹套26可以构造有柔性部分或伸缩接头31，以允许因燃烧装置操作过程中的温度变化造成的膨胀和收缩。此外，供有雾化气体流的气动操作的喷枪帮助将喷枪的温度保持在可接受的范围内，特别是在中断含硫液体流时。
喷枪11的下游或排出端装有混合和雾化喷嘴37。如图4-6所示以及下面更详细描述的，将所述混合和雾化喷嘴在使得该喷嘴与内侧轴向通道24和外侧轴向通道25都连通的位置上与喷枪相连，通过内侧轴向通道24将加压的含硫液体流供给该喷嘴，通过外侧轴向通道25将加压的雾化气体流供给该喷嘴。尽管所述混合和雾化喷嘴可以具有各种构造，但是在本发明实践中发现适合的一种特定构造为Huffman，美国专利5,732,885中所示的构造，其全部内容通过引用并入本文。
附图图示了在本发明实践中该专利喷嘴的使用。如所示，喷嘴37包括主体39，主体39具有适合与带内螺纹的喷嘴接头43的内侧导管21排出端相连的外螺纹颈部41，以使喷嘴主体与该内侧导管21和外侧导管23的排出端密封啮合。界定出混合室47的喷头45设置在喷嘴主体39下方，而且通过连接螺母49可拆除地与主体相连。喷头的末端或排出端形成有一个或多个排放或喷射孔51，喷嘴中的混合室通过该孔与硫炉的燃烧室连通。喷射孔的数目可以变化，但是根据一种特别优选的实施方案，在喷头中提供两个或更多个(例如，至少两个、四个、六个、八个或更多)喷射孔。多个喷射孔，在图6中示出了八个，可以在喷头中适当排列成圆形图案。通常，喷嘴尺寸和喷射孔数目随供给喷枪的含硫液体的设计流速增大而增加。
喷嘴主体39形成有中心轴向延伸的液体通道53，其与喷枪内侧导管21所界定的内侧轴向通道24相连通，而且作为轴向排放孔54终止。在混合室47内从喷头45的末端或排出端向上游方向(即相对于含硫液体流)伸出的是延伸杆形式的冲击构件55，其具有相对于液体排放孔54轴向间隔而且相对设置的基本平的上端面57。若干(例如12个，如图4和5中所示)按角度间隔的气体通道59贯穿喷嘴主体形成。在其上游端，该气体通道与由喷枪内侧导管21和外侧导管23界定出的外侧轴向通道25相连通，以使加压的雾化气体注入通道中。气体通道在下游方向(即相对于雾化气体流)会合。该通道的下游端界定出位于单个液体排放孔54上游而且在其周围的气体出口61。如上述美国专利5,732,885中所述，喷嘴主体39位于气体出口下游的部分界定出鼻状部分63，其具有以与气体通道近似相同的角度倾斜且一般是截头圆锥形外表面。液体排放孔54对该鼻状部分的下游端开口。
位于喷头45内在混合室47上游且在喷嘴主体39下游的气体导向装置65用于将从气体出口61排出的雾化气体流收缩成围绕从孔54排出的含硫液体流的管状气幕。在一种实施方案中，该气体导向装置由在位于喷头45的上游端部分内且坐在围绕混合室47的壁形成的向上台肩67上的***体形成。气体导向***体65的下游端部分形成有圆柱形排放开口69，其位于液体排放孔54和冲击构件或杆55之间，而且与其对准。排放开口69的横截面积显著小于混合室47的横截面积。如图4所示，具有一般是截头圆锥形壁的凹进或内腔71形成在刚好在排放开口69上游的***体中。该内腔的上游端部紧邻气体出口61，其壁沿下游方向变细，而且连接圆柱形排放开口69。气体出口通常轴向通到鼻状部分63的一般是截头圆锥形表面与气体导向***体65中内腔71的截头圆锥形壁之间的环形空间内。气体导向***体中内腔的锥角可以大于鼻状部分的锥角，以使该环形空间沿下游方向有些逐渐变细。
从喷枪11的内侧导管21导入混合和雾化喷嘴37的加压含硫液体在释放到炉燃烧室之前雾化成细微粒或液滴。如在上述美国专利5,732,885中所述，该喷嘴优选以多个阶段雾化含硫液体，从而即使当通过喷嘴的含硫液体的流速相对高时也能够有效雾化。第一阶段雾化通过含硫液体碰撞冲击杆来机械实现。具体地，含硫液体的高速流在从液体孔54释放到混合室47后，撞在冲击构件55的上端面57上，从而含硫液体分散(即，液体散成薄片和/或单个微粒或液滴)。
被冲击构件转向的分散含硫液体经历由雾化气体加压流气动实现的第二阶段雾化，该雾化气体通过由喷枪11的内侧导管21和外侧导管23界定出的外侧轴向通道25导入混合和雾化喷嘴37中。从气体出口61射出的高速雾化气体射流通过鼻状部分63的一般是截头圆锥形表面和气体导向***体65中形成的内腔71的截头圆锥形壁形成环形气幕。该雾化气幕围绕着从液体排放孔54离开的含硫液体流，而且在进入圆柱形排放开口69后经历速度的显著增加。当高速雾化气体从所述开口中排出时，它碰撞被冲击构件55转向的分散含硫液体，从而将液体雾化或将液滴进一步雾化，产生包含雾化气体和含硫液体微粒的硫燃烧混合物。喷嘴37的喷头45中的内部混合室47的空体积是相当大的，由此允许雾化硫燃烧混合物在该室中膨胀。结果，在释放到燃烧室之前，雾化液态硫微粒聚结在一起再形成更大微粒的趋势小。
当所得的雾化硫燃烧混合物12通过喷射孔51从喷嘴的内部混合室47释放到硫炉的燃烧室时，发生第三阶段的雾化，而且液态硫液滴由于从喷嘴混合室内的压力中释放出来而更加精细地雾化。
其中形成喷射孔51的喷头45的末端或排出端可以是基本平的，或者如图4所示，喷头的排出端可以是截头圆锥形(即向外成角度)且与其中喷射孔的定位一起构造，以使从每个喷射孔排出的雾化硫燃烧混合物12以相对于喷嘴纵向中心轴的喷射角A排出。在更大的燃烧室设备中可以采用更大的喷射角。然而，一般该喷射角不大于约45°，对于大多数应用通常相对于喷嘴的纵向中心轴为约20°-约30°。从各个喷射孔排出的独立喷雾所显示出的喷射角取决于喷头排出端的几何形状和在其中形成的喷射孔的定位，以及将含硫液体和雾化气体供给硫喷枪的操作压力。
为了在包括通常约1,700-约2,000
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(约920-约1,100℃)的操作温度在内的燃烧室环境中有效操作，混合和雾化喷嘴及硫喷枪的其它与工艺流体接触和/或暴露于上述条件下的部件适宜由耐热合金例如310SS、304SS、316SS或309SS或类似材料构成。
对于有关上述混合和雾化喷嘴的构造和操作的更详细内容，参照上述美国专利5,732,885。合适的市售混合和雾化喷嘴的实例包括Spraying Systems Company(Wheaton，IL)按商品名FLOMAX销售的液体流量为小于1gpm(3.785lpm)至50gpm(190lpm)或更大的那些。然而，应当理解在不脱离本发明范围的情况下，其它喷嘴构造和设计可以用于将输送至本发明的硫喷枪的雾化气体与含硫液体混合并气动雾化该含硫液体，而且本发明的雾化方法可以在单个步骤或多个步骤中进行。不管所用的特定雾化喷嘴设计如何，在本发明的实践中优选使用通过在喷嘴内混合含硫液体和雾化气体而在内部雾化含硫液体，并且通过多个喷射孔排出所得硫燃烧混合物的喷嘴。这种布置产生多个通常对称的锥形喷雾形式的相对密集紧凑的喷雾形状，这对于给定的燃烧室设计体积而为燃烧装置提供相当大的容量或生产量，同时使动力要求最低。当使用美国专利5,732,885中所述类型的混合和雾化喷嘴时，从多个喷射孔的每一个中排出的各圆锥形喷雾通常是基本完整的圆锥形喷雾，它们根据各喷雾的交叉程度可以一起形成中空或半中空的聚集喷雾。也就是说，如果允许各喷雾在燃烧室内横动足够距离，则各喷雾(根据喷射角)可能最终互相交叉。然而，通常优选操作燃烧装置以使在相邻喷射交叉之前，含硫液体微粒的喷雾遇到硫炉燃烧室内的火焰峰，以避免含硫液体的液滴聚结且形成更大微粒的趋势。此外，在混合和雾化喷嘴中提供的用于含硫液体和雾化气体流的通道如排放孔优选具有足够大的尺寸以基本避免被可能存在于熔融硫中的污染物和输送至喷枪的其它材料堵塞的风险。优选地，喷嘴中上述通道的最小尺寸是至少约0.25in(6mm)。
根据本发明操作气动喷枪以产生硫燃烧混合物，其具有的微粒尺寸分布可以容易地控制，以确保含硫液体微粒在燃烧室的设计体积内足够快地汽化和燃烧，同时使氮氧化物的产生和整体动力要求最低。更特别地，优选释放到燃烧室的雾化硫燃烧混合物中所含的含硫液体的微粒或液滴的至少约90体积％具有小于约500μm的直径。然而，该雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)有利地保持在约50μm以上，优选约50μm-约150μm。中值微粒直径是指所喷出的含硫液体总体积(或质量)的50％大于该中值且50％小于该中值时的微粒直径值。中值微粒直径或体积中值直径(VMD)是微粒或液滴平均尺寸的指标。因而，硫燃烧混合物中所含的较大直径的含硫液体微粒(例如超过约500μm)的数量显著减少，同时控制该中值微粒直径以提供主体微粒为尺寸更适中的微粒(例如直径超过约10μm)的微粒分布。根据本发明更优选的实施方案，从喷枪释放到燃烧室的含硫液体的雾化微粒的至少约80体积％具有约20μm-约500μm的直径，更优选约50μm-约500μm，甚至更优选约60μm-约200μm，中值微粒直径(基于体积或质量)是约60μm-约120μm，更优选约60μm-约100μm。采用具有合适光源(例如300mW氩离子激光器)的实验室测试装置例如TSI二维2D相位多普勒分析仪(PDPA)，以及本领域已知的精确测量从亚微米至1000μm液滴尺寸的现有测试规程，可以容易地实验测定硫燃烧混合物的液滴直径数据。
本发明中在这些微粒尺寸范围内气动雾化***的操作提供在燃烧室的设计体积内容易汽化和燃烧的硫燃烧混合物，同时避免与不必要地将含硫液体雾化至甚至更细微粒尺寸分布有关的过度动力要求。
另外，本文公开的气动雾化和燃烧方法可以用来如期望地抑制含二氧化硫的燃烧气体中氮氧化物的产生。许多因素影响氮氧化物的形成。其中几个因素通过操作硫燃烧装置以产生具有根据本发明的微粒尺寸分布的雾化硫燃烧混合物而确实受到影响。通过显著减少雾化硫燃烧混合物中较大直径的含硫微粒或液滴的总量(特别是与液力操作的硫喷枪相比)，液态硫可见地产生光辐射(即火焰峰)时的火焰温度降低。该现象已通过计算流体动力学分析证实。如对本领域技术人员而言显而易见的，降低火焰温度减少了燃烧室中氮氧化物的形成。此外，通过产生尺寸相对适中的硫液滴(例如，至少约80体积％具有约20μm-约500μm的直径)占主体的硫燃烧混合物，发生更均匀的连续燃烧，从而更均匀地利用燃烧室内可用的氧物质。这使燃烧室内可能存在过量氧的场所减到最少，否则会加剧氮氧化物的产生。更均匀地消耗可用的氧且使燃烧室内靠近火焰峰的过量氧减到最少也部分降低火焰温度，因为可用的过量氧更少。
根据本发明气动雾化和燃烧方法的一种优选实施方案以产生二氧化硫气体浓度为约8-约14mol％、更通常为约9-约12mol％的燃烧气体，该燃烧气体含有不大于约20ppmv氮氧化物，优选不大于约15ppmv氮氧化物，更优选不大于约10ppmv氮氧化物，甚至更优选不大于约5ppmv氮氧化物。
通过操纵供给硫喷枪喷嘴的含硫液体的压力与雾化气体的压力之比，容易地控制释放到炉燃烧室的雾化硫燃烧混合物的微粒尺寸分布和中值微粒直径。一般地，随着含硫液体供应压力与雾化气体供应压力之比降低，较大直径微粒的总数和中值或平均微粒直径都会减小。如会认识到的，实现适当雾化所必须的含硫液体和雾化气体的合适供应压力部分取决于喷嘴的设计流量及其雾化特性。例如，在使用附图中所示类型的混合和雾化喷嘴气动雾化熔融硫的情况下，当输送至喷嘴的硫的设计流速为约19-约38gpm(约72-约143lpm)时，采用至少约60psig(410kPa)、优选约65-约85psig(约450-约590kPa)的硫供应压力，以及在一般是相当量级的压力下，通常至少约60psig(410kPa)、优选约70-约100psig(约480-约690kPa)压力下约60-约160 SCFM(约1,700-约4,530 SLPM)的加压雾化气体(例如空气)的流速获得适合的结果。在上述应用中，以及在其它设计硫流速下和采用不同设计的混合和雾化喷嘴的类似应用中，可以容易地通过例行试验确定实现本文公开的有利液滴直径特征和氮氧化物生成减少的伴随益处所必须的输送至喷嘴的硫供应压力与雾化空气供应压力的最佳比率。
本文所述的气动操作的硫喷枪容易设计并适应提供至少约10∶1的调节比。根据本发明的气动操作的硫喷枪在宽的硫流速范围内的控制和灵活性为操作者在调整生产速率时提供优异的调低/调高能力。
来自硫炉燃烧室的所得含二氧化硫的燃烧气体可以供给常规的接触法硫酸装置，以使该燃烧气体中所含的二氧化硫最终作为浓硫酸和/或发烟硫酸回收。接触法硫酸装置和其中所用的各种装置和工艺操作技术是本领域技术人员已知的，而且可以结合本文公开的含硫液体燃烧***适当地实现。
可以将离开硫炉的含二氧化硫的燃烧气体导至废热锅炉，以得到蒸汽或者以其它方式回收热能用于该装置中其它处的合适应用中。如果没有将足够过量的燃烧空气或其它含氧气体供给燃烧炉，则可以将额外的空气或其它含氧气体与燃烧气体混合以得到转化器进料气流，对于每摩尔二氧化硫其含有至少约0.5摩尔、优选至少约0.75摩尔氧，更优选约0.75-约1.3摩尔氧。将转化器进料气流导入催化转化器，在其中进料气体混合物通过用于将二氧化硫氧化成三氧化硫的合适催化剂(例如钒或铯-钒)，由此产生含有三氧化硫的转化气体。通常，二氧化硫在包含多个(例如四个)催化剂床或台的催化转化器中转化成三氧化硫，该催化剂床或台各自包含适合将二氧化硫逐渐转化为三氧化硫的转化催化剂。转化器进料气体可以在将其导入转化器之前通过使该气体与干燥塔中的浓硫酸接触来进行干燥。优选地，燃烧气体的二氧化硫气体浓度对于接触法硫酸装置的自热操作和酸装置的水平衡控制是足够的。例如，燃烧气体的二氧化硫气体浓度优选足以提供在转化器进料气流中至少约8体积％的气体浓度。在转化器进料气体的二氧化硫含量是8体积％或更高时，惰性物质与二氧化硫的比率足够低，以致从转化气体至转化器进料气体的传热充足，而不需要任何外部热源，从而使转化器进料气体达到高到足够引发催化转化器中的自续转化反应的温度。通常，通过冷却离开转化器催化剂台的工艺气流而以有用的形式回收反应热。
然后使转化气体与硫酸水溶液在三氧化硫吸收器的吸收区中接触，以从该转化气体中吸收三氧化硫，并且形成另外的硫酸和/或发烟硫酸以及包含三氧化硫吸收器废气的尾气流。为了控制二氧化硫排放，通常使用双重吸收方法操作大容量硫酸装置。在双重吸收装置中，使离开第二或第三催化剂床的部分转化的工艺气流通过中间吸收器(即层间(interpass)吸收器)，以移出产物酸形式的三氧化硫。使离开该中间吸收器的气体返回到催化转化器的下一催化剂床。由于二氧化硫转化为三氧化硫是平衡反应，因此在中间吸收器中移出三氧化硫有助于推动转化器中最后的一个或多个床中的反应向前进行以达到高转化率，由此控制离开最终三氧化硫吸收器的尾气中的二氧化硫排放量。
即使在双重吸收下，通常也谨慎地设计催化转化器的尺寸，以确保高转化率以及由此低的二氧化硫排放。排放标准一般要求至少99.7％进入转化器的二氧化硫以硫酸形式得到回收，即不大于0.3％的进入二氧化硫在三氧化硫吸收器尾气中离开该***。
除了熔融硫以外，本文公开的气动雾化技术可以用于由众多其它含硫液体产生硫燃烧混合物。例如，被雾化以注入硫炉燃烧室中形成含二氧化硫的燃烧气体的含硫液体可以包含通常在水溶液中的各种含硫原料或组分，包括且不限于可分解的硫酸盐例如硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸甲酯和硫酸(例如用过的或者以其它方式受污染的或稀释过的硫酸)。各种含硫化物的液体例如含二硫化物的油(disulfide oil)，以及含有这些不同硫组分混合物的含硫液体也可以在本发明的实践中进行雾化。如对于本领域技术人员显而易见的，根据含硫液体的组成，适当地改动本发明的实施，以适应这些不同的硫进料混合物的燃烧，例如通过将含碳材料(例如燃料)导入所述硫炉的燃烧区，以提供蒸发水、分解或燃烧硫源所必需的热量，并且产生所需组成的二氧化硫燃烧气体。因此还应当认识到，本发明的方法可以实践用于产生宽范围二氧化硫浓度的含二氧化硫燃烧气体。如上所述，在一些实施方案中，结合其它制造工艺应用本发明的不同方面，这些工艺或是需要减少或除去特定材料中的硫物质，或是需要减少或除去废料流例如用过的硫酸和其它硫酸盐和含硫化物液体的含硫物质或组分。在大多数这类硫废物利用的应用中，所得燃烧气体中的二氧化硫浓度通常小于约11mol％，更通常是约7-约9mol％，并相应地改变该燃烧气体的下游处理。
当对熔融硫以外的含硫液体进行本文公开的气动雾化过程时，这些材料的不同粘度会影响从硫炉中排出的硫燃烧混合物的微粒尺寸特征。尽管如此，通过含硫液体和雾化气体供应压力的适当改变，可以容易地实现控制微粒尺寸分布以显著减少含硫液体中较大直径液滴的组分，以及提供具有本文公开的理想中值微粒直径的硫燃烧混合物的优点。尽管通过调节含硫液体供应压力与雾化气体供应压力之比来适当地控制硫燃烧混合物的微粒尺寸特征，其中较低比率一般使较大直径微粒的总数以及中值或平均微粒直径减小，但是当雾化没有熔融硫粘稠的含硫液体时，通常要减小送至喷枪的供应压力的量级。此外，当用于雾化熔融硫以外的含硫液体时，可以相应地选择用于气动操作喷枪的混合和雾化喷嘴及其它部件的构成材料，以提供适当的保护以免腐蚀及工艺环境的其它方面受到影响。例如，当根据本发明气动雾化用过的硫酸时，所述混合和雾化喷嘴及喷枪的其它部件可以适当地由各种合金例如HASTELLOY和ALLOY 20不锈钢构成。
尽管在优选的实施方案中，将空气用作供给所述气动操作的硫喷枪的雾化气体，但是可以使用不同组成的其它含氧气体以及其它气体。另外，雾化气体可以包含加压蒸汽。例如，可以将蒸汽用作雾化气体的组分，以产生包含二氧化硫和可察觉浓度的水蒸汽(即湿气)的燃烧气体，该气体适合用于例如在美国专利5,130,112中所述的接触法制硫酸中，该专利的全部内容通过引用并入本文。可以将来自各种来源的蒸汽用作供给所述硫喷枪的加压雾化气体的组分。上述来源例如包括锅炉排污扩容、除气器排出蒸汽、发电机用汽轮机上的低压汽门、由低温硫酸产生的蒸汽、热量回收吸收***蒸汽以及来自硫酸装置外部的蒸汽。在这样的实施方案中，作为雾化气体的组分引入含二氧化硫燃烧气体中的至少一部分水蒸汽随后在气相中与三氧化硫反应以产生硫酸，由此在气相中产生硫酸的生成热。气相硫酸生成热的热能然后可以有利地通过在一个或多个间接换热器中从工艺气流至传热流体的传热来回收。例如，气相硫酸生成热的相当大部分热能可以如下回收：使离开催化转化器的中间催化剂床(例如第二或第三催化剂台)的部分转化的工艺气流通过供有废热锅炉给水作为传热流体的管壳式换热器(例如节热器(economizer))，然后使该经冷却的气流通过热量回收***的中间吸收器(即层间吸收器)。所述节热器包括在所述工艺气流与锅炉给水之间的传热壁装置，而且可以进行操作以使其气体一侧的至少一部分传热壁装置处在进入该节热器的工艺气流的露点以下的温度，从而在其上引起冷凝。如此的操作使大部分的气相生成热以及一部分硫酸冷凝热以有用的形式得到回收。上述实施方案可以任选地进一步包括首先通过将工艺气流相对于气体流动方向通过位于催化转化器与节热器之间的间接换热器(例如过热器)，将部分转化的工艺气流中所含的热传递给废热锅炉中产生的蒸汽，从而赋予废热锅炉中产生的蒸汽以过热。如本领域技术人员会意识到的，作为雾化气体的组分引入***中的蒸汽的量通常相当小，因此，由该蒸汽源产生的气相硫酸生成热的能量回收相对不多。然而，可以将额外的蒸汽或水蒸汽引入在硫燃烧器与吸收器之间的一个或多个位置处的工艺气流中，以进一步增加气相硫酸生成热的热能回收，如在前述美国专利5,130,112中教导的。
应当认识到，本发明在用于含硫液体燃烧的新装置的设计和构造方面以及在现有装置的改进方面都有应用。例如，具有用熔融硫或其它含硫液体加压源供应的至少一个液力操作的硫喷枪的燃烧装置可以根据本发明进行改进。为了改进该装置，就地提供空气或其它雾化气体加压源。将包括如上所述的混合和雾化喷嘴的至少一个气动操作的硫喷枪与雾化气体和含硫液体加压源相连，并定位以将包含雾化气体和含硫液体微粒的气动雾化硫燃烧混合物释放到该装置的燃烧室。通常，与液力操作的硫喷枪相比，一般将供给该气动操作的硫喷枪的含硫液体供应的操作压力调节得较低。燃烧装置的改进可以包括用根据本发明的一个或多个气动操作的喷枪代替一个或多个现有的液力操作的硫喷枪，和/或向现有的设备添加一个或多个气动操作的喷枪。
下列实施例只是意在进一步举例说明和解释本发明。因此，本发明不应当限于实施例中的任何细节。
实施例1
在燃烧熔融硫以产生用于硫酸生产的二氧化硫的燃烧装置中测试根据本发明的气动操作的硫喷枪。该硫喷枪包括上述类型的混合和雾化喷嘴(FLOMAX，FM25，Spraying Systems Company，Wheaton，IL)，而且供有加压的熔融硫以及未经干燥的环境空气作为雾化气体。
在测试期间，在两种不同的硫流速下操作硫喷枪。将硫流速最初设定在约12gpm(45lpm)，然后提高到约23gpm(87lpm)，随后再降回约12gpm(45lpm)。测试运行的时间持续95分钟。
用于测量雾化程度的主要途径是目测硫火焰。在每一个测试条件下进行目测并且拍摄数字照片。测试期间记录下的条件和数据如下。
对于12gpm(45lpm)下的操作，将熔融硫和空气供应压力分别设定在大约61psig(420kPa)和65psig(450kPa)。两种介质的供应压力分别对应于约12gpm(45lpm)的熔融硫流速以及约75 SCFM(2,120SLPM)的空气流速。在这些测试条件下实施本发明总计65分钟。
在上述条件下操作时，产生的整体火焰品质优异，颜色从蓝色至紫色。图7示出了以12gpm(45lpm)的硫流速操作喷枪时，从邻近硫喷枪排出端的硫炉前部向后部看去的硫火焰的照片。该硫火焰直径大约9ft(2.7m)，长度约5-约8ft(约1.5-约2.4m)。火焰形状是均匀的圆锥形，绕着周长具有均匀的火焰分布，很少跳动至没有跳动。硫在到达燃烧室的第一隔墙之前完全燃烧，该隔墙离喷嘴端部大约23ft(7m)。
对于硫喷枪在23gpm(87lpm)流速下的操作，将熔融硫和空气压力分别设定在大约65psig(450kPa)和30psig(210kPa)。两种介质的供应压力分别对应于约23gpm(87lpm)的熔融硫流速以及约16SCFM(450 SLPM)的空气流速。在这些测试条件下实施本发明总计15分钟。
在上述条件下操作时，产生的整体火焰品质优异，颜色主要是紫色。图8提供以23gpm(87lpm)的硫流速操作喷枪时，从邻近硫喷枪排出端的硫炉前部向后部看去的硫火焰的照片。该硫火焰直径大约13ft(4m)，长度约9-约15ft(约2.7-约4.6m)。火焰形状还算是锥形，火焰分布上有些变化，具有明显的跳动。在到达第一隔墙之前大于90％的硫完全燃烧。
测试结果说明本发明能够处理宽操作范围的硫流，同时保持优异的硫燃烧。本发明在宽硫流速范围内的控制和灵活性为操作者在调整生产率时提供优异的调低/调高能力。
实施例2
测试根据本发明的气动操作的硫喷枪以评价氮氧化物形成。该气动操作的硫喷枪安装在燃烧装置中，该装置燃烧熔融硫以产生含有用于在接触法硫酸生产设备中生产硫酸所用的二氧化硫的燃烧气体。该气动操作的硫喷枪包括上述类型的混合和雾化喷嘴(FLOMAX，FM25，SprayingSystems Company，Wheaton，IL)，而且供有加压的熔融硫以及未经干燥的环境空气作为雾化气体。
在测试期间，在大概35gpm(132lpm)的硫流速下操作该气动操作的硫喷枪。作为比较，也在大概35gpm(132lpm)的总硫流速下在硫酸装置的燃烧装置中测试两个标准的液力操作硫喷枪。
用于测量以体积计氮氧化物形成程度的主要手段是分析离开硫酸工厂烟囱的气体(即离开最后三氧化硫吸收塔的尾气)。使用实验室测试设备和本领域已知的测试规程，可以容易地确定离开硫酸工厂烟囱的尾气的氮氧化物含量。在本实施例中，将使用两钢瓶EPA规程校准气体校准的Thermo Electron型42 CLS氮氧化物分析仪用来分析硫酸工厂尾气。第一钢瓶含有48.44ppmv的NO和48.44ppmv的总氮氧化物，而第二钢瓶含有7.994ppmv的NO和8.042ppmv的总氮氧化物，N2作为余量气体。分析仪经第一钢瓶进行校准，并用第二钢瓶检验。在用第一钢瓶校准之后，分析仪对于第二钢瓶显示7.97ppmv NO和8.02ppmv总氮氧化物，表明该仪器是精确和线性的。用特氟隆管子将该仪器连接至最后三氧化硫吸收塔顶部在烟雾消除器上方的取样口。在取样管线中安装自制试样气体过滤器以除去微粒和酸雾。对工厂尾气取样，进行分析和计算，以确定每一个测试条件下的氮氧化物的量。两个测试期间记录的条件和数据如下。
在使用大约35gpm(132lpm)总硫流速下操作的两个标准液力操作硫喷枪进行的第一测试过程中，燃烧室操作温度为926℃，而工厂尾气的氧含量为离开烟囱的全部气流的9.30％。在这些测试条件下两个标准的液力操作硫喷枪运行总计30分钟。当在上述条件下操作时，硫酸工厂尾气的总氮氧化物含量是11.6ppmv。
在使用大约35gpm(132lpm)的硫流速下操作的根据本发明的单个气动操作硫喷枪进行的第二测试过程中，燃烧室操作温度为930℃，而工厂尾气的氧含量为离开烟囱的全部气流的7.10％。在这些测试条件下该气动操作硫喷枪运行总计51分钟。当在上述条件下操作时，硫酸工厂尾气的总氮氧化物含量是9.3ppmv。这表明与液力操作的硫喷枪相比，使用本发明的气动操作的硫喷枪达到接近20％的氮氧化物水平减少。
本实施例的结果说明本发明能够有效减少离开硫酸工厂烟囱的尾气中氮氧化物水平。
上述优选实施方案的描述只是意在使本领域技术人员熟悉本发明、其原理及其实际应用，以使本领域其他技术人员可以将本发明以其众多形式进行修改和应用，从而可以最好地适合具体应用的要求。因此，本发明不限于上述实施方案，可以进行各种改进。
关于在本说明书，包括所附权利要求书中措辞“包含”或“包括”的使用，除非上下文另有要求，这些措辞都应解释为包括一切在内的、而非排他的，以此为基础而且清楚理解这一点来使用这些措辞，并且解释本说明书时都应如此解释每一个这样的措辞。

Claims (65)

1.用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的装置，所述装置包括：
包含燃烧室的炉；
所述含硫液体的加压源；
雾化气体的加压源；以及
至少一个硫喷枪，其设置用于将含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物释放到所述燃烧室，在其中使所述含硫液体微粒在氧存在下燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体，所述硫喷枪包括导入所述燃烧室中的混合和雾化喷嘴，连通所述含硫液体加压源和所述喷嘴的第一导管，以及连通所述雾化气体加压源和所述喷嘴的第二导管，所述喷嘴适合于混合所述含硫液体和雾化气体以形成雾化的硫燃烧混合物，而且其中具有多个喷射孔，所述雾化的硫燃烧混合物在压力下通过所述喷射孔释放到所述燃烧室中。
2.权利要求1的装置，其中所述混合和雾化喷嘴具有至少4个喷射孔。
3.权利要求1的装置，其中所述混合和雾化喷嘴具有至少6个喷射孔。
4.权利要求1的装置，其中所述混合和雾化喷嘴具有至少8个喷射孔。
5.权利要求2-4任一项的装置，其中所述混合和雾化喷嘴的所述多个喷射孔排列成圆形图案。
6.权利要求1的装置，其中所述第一导管设置在所述第二导管内且与其同心，所述第一导管界定出用于所述含硫液体流的内侧轴向通道，所述第一导管和第二导管界定出用于所述雾化气体流的外侧轴向通道。
7.权利要求6的装置，其中所述混合和雾化喷嘴包括具有形成于其中的所述多个喷射孔的喷头，在所述喷头中的室，以及从所述喷头伸出至所述喷头室中的冲击构件，其对着所述含硫液体经其进入所述喷嘴的所述内侧轴向通道，由此含硫液体流被导向所述冲击构件。
8.权利要求7的装置，其中所述多个喷射孔形成在所述喷头的末端表面上。
9.权利要求8的装置，其中至少4个喷射孔形成在所述喷头的所述末端表面上。
10.权利要求8的装置，其中至少6个喷射孔形成在所述喷头的所述末端表面上。
11.权利要求8的装置，其中至少8个喷射孔形成在所述喷头的所述末端表面上。
12.权利要求9-11任一项的装置，其中形成在所述喷头的所述末端表面上的所述多个喷射孔排列成圆形图案。
13.权利要求8的装置，其中所述混合和雾化喷嘴及形成于所述喷头的所述末端表面上的所述多个喷射孔被改变和构造，以将雾化硫燃烧混合物以多个一般对称的锥形喷雾形式释放到所述燃烧室中。
14.权利要求8的装置，其中具有形成于其中的所述多个喷射孔的所述喷头的所述末端表面与所述混合和雾化喷嘴的纵向中心轴向外成角度。
15.权利要求14的装置，其中所述混合和雾化喷嘴及形成于所述喷头的所述末端表面上的所述多个喷射孔被设置用于以相对于所述喷嘴的纵向中心轴为20°-30°的喷射角排放雾化硫燃烧混合物。
16.权利要求1的装置，其中所述燃烧室没有折流板。
17.权利要求1的装置，其中所述硫喷枪具有至少10∶1的调节比。
18.权利要求1的装置，其中所述含硫液体加压源包含选自熔融硫、硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸亚铁、硫酸甲酯、硫酸、含二硫化物的油及其混合物的硫组分。
19.权利要求1的装置，其中所述含硫液体加压源包含熔融硫。
20.权利要求1的装置，其中所述雾化气体加压源包含氧。
21.权利要求20的装置，其中所述雾化气体加压源包含未经干燥的环境空气。
22.权利要求1的装置，其中所述雾化气体加压源包含蒸汽。
23.权利要求1的装置，其包括多个所述硫喷枪，用于将包含雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物释放到所述燃烧室中，以产生包含二氧化硫的燃烧气体。
24.一种用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的方法，所述方法包括：
将加压的含硫液体流和加压的雾化气体流引入至少一个硫喷枪中，所述硫喷枪包括与其中具有多个喷射孔的混合和雾化喷嘴相连通的第一导管和第二导管；
将加压的含硫液体通过所述第一导管，将加压的雾化气体通过所述第二导管而送进所述混合和雾化喷嘴；
使加压的含硫液体和加压的雾化气体通过所述混合和雾化喷嘴，以实现含硫液体的雾化并形成在压力下通过所述多个喷射孔释放到炉燃烧室中的含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物；以及
使所述含硫液体微粒在所述燃烧室中在氧存在下燃烧，以产生含二氧化硫的燃烧气体。
25.权利要求24的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物通过所述多个喷射孔以多个通常对称的锥形喷雾形式释放到所述燃烧室中。
26.权利要求24的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中所含的含硫液体微粒的至少90体积％具有小于500μm的直径。
27.权利要求24的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中所含的含硫液体微粒的至少80体积％具有50μm-500μm的直径。
28.权利要求27的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中所含的含硫液体微粒的至少80体积％具有60μm-200μm的直径。
29.权利要求26的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)为50μm-150μm。
30.权利要求29的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)为60μm-120μm。
31.权利要求30的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)为60μm-100μm。
32.权利要求26-31任一项的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的颗粒尺寸控制包括调节引入所述硫喷枪的含硫液体的压力与引入所述硫喷枪的所述雾化气体的压力的比率。
33.权利要求24-31任一项的方法，其中将所述第一导管设置在所述第二导管内而且与其同心，所述第一导管界定出用于所述含硫液体流的内侧轴向通道，所述第一导管和第二导管界定出用于所述雾化气体流的外侧轴向通道。
34.权利要求33的方法，其进一步包括将进入所述混合和雾化喷嘴的含硫液体流导向所述喷嘴中的冲击构件，以促进所述含硫液体的雾化。
35.权利要求34的方法，其中所述混合和雾化喷嘴包括具有形成于其中的所述多个喷射孔的喷头，以及在所述喷头中的室，所述冲击构件从所述喷头伸出至所述喷头室中，并且对着含硫液体经其进入所述喷嘴的所述内侧轴向通道，由此将含硫液体流导向所述冲击构件。
36.权利要求24-31任一项的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物经所述混合和雾化喷嘴的所述多个喷射孔在相对于所述喷嘴的纵向中心轴的喷射角下释放到所述燃烧室中。
37.权利要求36的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物经所述混合和雾化喷嘴的所述多个喷射孔在相对于所述喷嘴的纵向中心轴为20°-30°的喷射角下释放到所述燃烧室中。
38.权利要求24-31任一项的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物经所述混合和雾化喷嘴的至少4个喷射孔释放到所述燃烧室中。
39.权利要求38的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物经所述混合和雾化喷嘴的至少6个喷射孔释放到所述燃烧室中。
40.权利要求39的方法，其中将所述雾化硫燃烧混合物经所述混合和雾化喷嘴的至少8个喷射孔释放到所述燃烧室中。
41.权利要求38的方法，其中所述雾化硫燃烧混合物经其释放到所述燃烧室的所述混合和雾化喷嘴的所述多个喷射孔排列成圆形图案。
42.一种用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的方法，所述方法包括：
将加压的含硫液体流和加压的雾化气体流引入硫喷枪中，所述硫喷枪包括与其中具有至少一个喷射孔的混合和雾化喷嘴相连通的第一导管和第二导管；
将加压的含硫液体通过所述第一导管，将加压的雾化气体通过所述第二导管而送进所述混合和雾化喷嘴；
将加压的含硫液体和加压的雾化气体通过所述混合和雾化喷嘴，以实现含硫液体的雾化并形成在压力下通过所述至少一个喷射孔释放到炉燃烧室中的含有雾化气体和含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物，释放到所述燃烧室中的雾化硫燃烧混合物所表现出的颗粒尺寸分布的特征在于其中所含的含硫液体微粒的至少90体积％具有小于500μm的直径以及50μm-150μm的中值微粒直径(基于体积或质量)；和
使所述含硫液体微粒在所述燃烧室中在氧存在下燃烧，以产生含二氧化硫的燃烧气体。
43.权利要求42的方法，其中释放到所述燃烧室中的雾化硫燃烧混合物所表现出的颗粒尺寸分布的特征在于其中所含的含硫液体微粒的至少80体积％具有50μm-500μm的直径。
44.权利要求43的方法，其中释放到所述燃烧室中的雾化硫燃烧混合物所表现出的颗粒尺寸分布的特征在于其中所含的含硫液体微粒的至少80体积％具有60μm-200μm的直径。
45.权利要求42的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)为60μm-120μm。
46.权利要求45的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的中值微粒直径(基于体积或质量)为60μm-100μm。
47.权利要求42-46任一项的方法，其中释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物中的含硫液体微粒的颗粒尺寸控制包括调节引入所述硫喷枪的含硫液体的压力与引入所述硫喷枪的所述雾化气体的压力的比率。
48.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述燃烧气体具有8-14mol％的二氧化硫气体浓度，并含有不大于20ppmv氮氧化物。
49.权利要求48的方法，其中所述燃烧气体含有不大于15ppmv氮氧化物。
50.权利要求49的方法，其中所述燃烧气体含有不大于10ppmv氮氧化物。
51.权利要求50的方法，其中所述燃烧气体含有不大于5ppmv氮氧化物。
52.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述加压的含硫液体包含选自熔融硫、硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸亚铁、硫酸甲酯、硫酸、含二硫化物的油及其混合物的硫组分。
53.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述加压的含硫液体包含熔融硫。
54.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述加压的雾化气体包含氧。
55.权利要求54的方法，其中所述加压的雾化气体包含未经干燥的环境空气。
56.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述加压的雾化气体包含蒸汽。
57.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述燃烧室体积与释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物的流速的比率是至少0.5秒。
58.权利要求57的方法，其中所述燃烧室体积与释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物的流速的比率是0.5秒-1.1秒。
59.权利要求58的方法，其中所述燃烧室体积与释放到所述燃烧室的雾化硫燃烧混合物的流速的比率是0.5秒-0.65秒。
60.权利要求24-31或42-46任一项的方法，其中所述燃烧室没有折流板。
61.一种制备硫酸的方法，所述方法包括：
在包含有效将二氧化硫氧化成三氧化硫的氧化催化剂的催化转化器中，将在转化器进料气体中所含的二氧化硫催化氧化形成含三氧化硫的转化气体，所述进料气体包含根据权利要求24-31或42-46任一项产生的含二氧化硫的燃烧气体和氧；和
使所述转化气体与硫酸水溶液在三氧化硫吸收区中接触以形成另外的硫酸。
62.权利要求61的方法，其中加压雾化气体包含蒸汽。
63.权利要求62的方法，其中作为加压雾化气体组分引入所述含二氧化硫的燃烧气体中的水蒸汽的至少一部分与三氧化硫气相反应以产生硫酸，由此在气相中产生硫酸生成热。
64.权利要求63的方法，其进一步包括通过在一个或多个间接换热器中从包含所生成硫酸的工艺气流至传热流体的热传递，从气相硫酸生成热中回收热能。
65.一种用于含硫液体燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体的装置的改进方法，所述方法包括：
提供雾化气体加压源；以及
设置至少一个附加或替代硫喷枪，用于将含有雾化气体和含硫液体微粒的气动雾化硫燃烧混合物释放到燃烧室，在燃烧室中使含硫液体微粒在氧存在下燃烧以产生含二氧化硫的燃烧气体，
其中所述装置包括包含燃烧室的炉、含硫液体加压源和至少一个用于将含有含硫液体微粒的雾化硫燃烧混合物释放到所述燃烧室的硫喷枪，所述硫喷枪适合液力雾化来自所述加压源的含硫液体，而且在压力下将雾化硫燃烧混合物释放到所述燃烧室，以及
所述附加或替代硫喷枪包括导入所述燃烧室中的混合和雾化喷嘴，连通所述含硫液体加压源和所述喷嘴的第一导管，以及连通所述雾化气体加压源和所述喷嘴的第二导管，所述喷嘴适合于混合含硫液体和雾化气体以形成气动雾化的硫燃烧混合物，而且其中具有多个喷射孔，所述气动雾化的硫燃烧混合物在压力下通过所述喷射孔释放到所述燃烧室中。
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刘少武.硫酸工作手册 第1版.东南大学出版社,2001,372.
刘少武.硫酸工作手册 第1版.东南大学出版社,2001,372. *

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