CN101293638A

CN101293638A - 一种生产二氧化硫气体的方法及装置

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Publication number: CN101293638A
Application number: CNA2007100520684A
Authority: CN
Inventors: 黄永春; 蓝胜宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: CN101293638B

Abstract

一种生产二氧化硫气体的方法及装置，该方法采用的原料是水硫浆，将水硫浆通过送料装置连续、自动地送进一次燃烧室，先通入少量一次空气将水硫浆汽化，然后再加入二次空气使硫磺充分燃烧生成SO₂气体，再将SO₂气体冷却制得净化硫气，所述的水硫浆是颗粒硫与水混合形成的乳胶体硫或是悬浮的硫水溶液，生产二氧化硫气体的装置包括由燃烧室、安全罩及下底构成的燃硫炉，SO₂气体冷却装置，燃烧室是一个立式圆柱形容器、其中间有一多孔的隔板将燃烧室分为一次燃烧室和二次燃烧室，一次燃烧室底部有进料装置、加热装置和点火装置，一次燃烧室、二次燃烧室的下部分别有一次进风管、二次进风管。用该方法及装置生产的SO₂气体中升华硫为零或接近零，没有或极少SO₃生成。

Description

一种生产二氧化硫气体的方法及装置

技术领域：

本发明涉及一种二氧化硫气体的生产方法及装置。

背景技术：

SO₂是制糖生产过程重要的辅助原料，它在澄清过程中与Ca(OH)₂反应生成CaSO₃，从而使胶体色素被吸附除去从而使糖汁得到澄清；此外，SO₂能够减弱或抑制制糖过程中，包括澄清、蒸发和煮炼过程中新色素的生成作用，并能减少白糖存放时的变色，对减少各种糖品中的有色物质有相当明显的效果。因此，SO₂在糖厂生产过程中具有非常重要的作用。

糖厂使用的SO₂目前都是通过燃烧硫磺方法获得的，在硫磺燃烧过程中，若燃烧控制不好，会导致硫的升华形成升华硫或SO₃的生成，这两种情况都对制糖生产过程造成很大的不良影响：升华硫冷却后又复凝结成固体，沉积在管路设备中，甚至将管路堵塞；而SO₂进一步氧化形成的SO₃对制糖过程非常有害，因为它溶于水生成硫酸，与石灰反应生成的硫酸钙能溶于清汁中，在蒸发浓缩时则析出成为罐垢，硫酸钙是糖厂积垢和白糖灰份的主要成分。因此，硫磺燃烧的控制非常重要，但目前生产SO₂的方法很难控制升华硫或SO₃的生成；其次，由于生产过程中，SO₂的用量是不衡定的，需根据生产需要进行变动，用固体S通过熔化再燃烧，只是表面燃烧，不易控制SO₂的生产量。

此外，上述生产SO₂气体方法所用的装置至今为止还是采用间歇式燃硫炉制备，这种燃硫炉存在有升华、管道堵塞、SO₂(流量和浓度)供应不规律、有较多的SO₃生成、硫磺燃烧过多造成浪费、硫熏汁pH值不规律等方面的许多问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种生产的SO₂气体中升华硫为零或接近零，没有或极少SO₃生成，通过净化后硫气中不含SO₃，产品质量高的二氧化硫气体的生产方法及装置。

解决其上述技术问题的技术方案是：一种生产二氧化硫气体的方法，该方法采用的原料是水硫浆，将水硫浆通过送料装置连续、自动地喂进燃硫炉，先通入少量一次空气将水硫浆汽化，然后再加入二次空气使硫磺充分燃烧生成SO₂气体，再将SO₂气体冷却制得净化硫气。

本发明的进一步技术方案是：所述的水硫浆是粒度为300μm以下的颗粒硫与水混合形成的乳胶体硫或是悬浮的硫水溶液，水硫浆中，硫与水的重量百分比为40∶60～60∶40。

本发明的另一技术方案是：一种生产二氧化硫气体的装置，包括燃烧室及与之密封连接的安全罩及下底构成的燃硫炉，SO₂气体冷却装置，所述燃烧室是一个立式园柱形容器，该立式圆柱形容器中间有一多孔的隔板将燃烧室分为一次燃烧室和二次燃烧室，一次燃烧室底部有一进料装置和加热装置，点火装置装在一次燃烧室的底部的一侧，一次燃烧室的下部有与燃烧室炉壁切向连接的一次进风管，二次燃烧室的下部有与燃烧室炉壁切向连接的二次进风管。

与现有技术相比，本发明之一种生产二氧化硫气体的方法及装置在以下几方面有所创新并取得有益效果：

一、生产用原料及燃烧模式的改进使得产生的SO₂气体中升华硫为零或接近零，没有或极少SO₃生成。

由于熔融状态的元素硫在低于130℃或高于145℃时，粘度很大，难以泵送或均匀添加，并且在燃烧室内燃烧不均匀；本发明方法生产SO₂所采用的硫磺燃料为水硫浆，即其中硫与水的比例为40∶60～60∶40的乳胶体硫，这种水硫浆是将固体颗粒硫与水按照40∶60～60∶40范围内一特定的值(根据需要给定)的比例混和搅拌而得到；这种水硫浆一方面便于贮存和运输，并且其粘度小，且受温度的影响不大，便于定量连续添加，避免单纯熔融元素硫的粘度受温度影响很大的缺点。另一方面，水硫浆在燃烧过程中，其内部的水分受热汽化产生的汽泡在逸出的过程中使液态水硫浆受到剧烈搅拌作用，从而使得燃烧非常充分和均匀。此外，本发明方法的燃烧模式是先通入少量一次空气将水硫浆汽化，然后再加入二次空气使硫磺蒸汽充分燃烧，从而达到硫磺燃烧过程易于控制、硫磺燃烧充分的目的，使得产生的SO₂气体中升华硫为零或接近零，没有或极少SO₃生成，克服了已有将固体硫磺加热熔融为液态硫然后将液态硫进行燃烧的方法很难控制升华硫或SO₃的生成的问题。

二、燃烧室结构的优化，使得燃烧室内各部位的温度、空气与硫磺的相对比例均匀，产生的SO₂含量高而升华硫、SO₃的含量接近于零。

在硫磺燃烧过程中产生的硫气的组成及各组分的相对含量受到燃烧室结构的影响。本发明装置将圆柱形燃烧室分为一次燃烧室、二次燃烧室，并通过一次空气使硫磺在一次燃烧室内汽化，并在二次燃烧室切向通入二次空气旋流强化混合燃烧。使空气与硫蒸汽得到充分地混合和燃烧，使得燃烧室内各部位的温度、空气与硫磺的相对比例均匀，因而，产生的SO₂含量高而升华硫、SO₃的含量接近于零。

三、进料装置的改进使硫的燃烧和汽化充分。

本发明的进料装置是位于一次燃烧室底部并与底部垂直的进料管，水硫浆通过垂直的进料管加入，并在进料管的末端向四周溢流；当四周的水硫浆液位低于进料管末端时，溢流的水硫浆形成膜状，加大与一次空气的接触；当水硫浆的液位高于进料管末端时，进料过程的同时起到搅拌作用。以上两种情况均使硫的燃烧和汽化充分。

四、自动点火装置的利用改善了环境条件。

传统燃硫炉的点火是人工点火，过程繁杂，效率低，不易操作。且由于传统燃硫炉燃烧过程不密闭，造成硫气泄漏，使得硫磺燃烧环节是糖厂环境最恶劣的工段。本发明通过开发了热风自动点火方法及装置，使得燃硫炉可随时点火，并在瞬间内达到所需的燃烧强度；同时，自动点火装置的应用，可使得燃硫炉完全密闭，避免硫气的泄漏对环境造成污染，对工人身体造成危害。

五、硫气冷却***的改进大大提高了冷却效果，并同时达到对硫气净化的效果。

目前燃硫炉的冷却方式为在燃烧室的外面加上冷却水套进行冷却，换热效率较低，冷却效果不好。不少糖厂为了提高冷却效果，加大了冷却面积，虽取得一定的效果，但还不能消除传统燃硫炉存在的一些问题。本发明通过对冷却方式及其冷却过程进行改进，采用直接冷却方式，即冷却水雾化成液滴后直接与硫气接触进行热交换，大大提高冷却效果，并同时达到对硫气净化的效果。

六、硫磺燃烧量的控制——通过一次空气控制汽化速率进而控制燃烧速率，可根据需要任意调节硫磺的燃烧量，使硫气浓度可在一较大的范围变化。

制糖工业中，SO₂的需要量是随着工艺的变化而变化的。传统的燃硫炉对硫磺燃烧量的控制是通过人工调节进风口的大小实现的，这种调节方式容易造成空气与硫磺的比例过低而使硫磺燃烧不充分，最终产生的硫气中升华硫含量高，对工艺造成影响；同时使硫磺利用率低，生产成本增加。本发明通过一次空气控制汽化速率进而控制燃烧速率，可根据需要任意调节硫磺的燃烧量，使硫气浓度可在一较大的范围变从而产生需要的、调定数量的SO₂气体。

七、硫磺添加方式的改进使原料水硫浆添加过程稳定、均衡并且实现自动化。

传统的硫磺添加方式是通过硫磺燃烧放出的热量，将置于燃烧室顶部的熔硫盆中的硫磺熔化，并通过人工方式控制熔硫盆和燃烧室间的针阀，控制液态硫磺添加到燃烧室的量。由于是采用人工的方式对针阀进行调节，并且液态硫的添加通常是间歇的，因而加入的硫磺量产生较大的波动，严重影响燃烧过程的稳定，有时还会造成工人忘记添加造成熄火，或者添加过量造成硫磺溢出。本发明将硫磺制备成水硫浆，通过计量泵定量加入，添加过程稳定、均衡并且实现自动化。

本发明的一种生产二氧化硫气体的方法及装置的以上这些创新点，将可使糖厂取得以下有益效果：

(1)在操作方面：操作容易；

(2)在经济方面：可以根据生产过程需要，控制燃烧速率，只燃烧必需数量的硫磺，从而减少硫磺的消耗量，降低了生产成本；

(3)在效率方面：由于本发明方法生产的SO₂气体中升华硫为零或接近零，也没有或极少SO₃生成，通过净化后硫气中不含SO₃，产品质量高，能够降低糖份损失，减少蒸发罐积垢，改善煮糖罐煮糖和离心分蜜效率等。

附图说明：

图1：本发明之生产二氧化硫气体的装置结构示意图；

图2：本发明之生产二氧化硫气体的装置的一次进风管、二次进风管与燃烧室连接关系示意图(俯视图)；

图3：将燃烧室分为一次燃烧室和二次燃烧室的隔板结构示意图；

图4：进气管位于下部、出气管在上部的水冷却装置结构示意图。

具体实施方式：

实施例一：

一种生产二氧化硫气体的方法。该方法采用的原料是水硫浆，将水硫浆通过送料装置连续、自动地喂进燃硫炉，先通入少量一次空气将水硫浆汽化，然后再加入二次空气使硫磺充分燃烧生成SO₂气体，再将SO₂气体冷却制得硫气中不含SO₃的净化硫气；所述的水硫浆是颗粒硫与水混合形成的乳胶体硫，水硫浆中，硫与水的重量百分比为40∶60，也可以增减至35∶65～60∶40；此外，通过调节硫与水的比例，可以使水硫浆在燃烧室中燃烧温度在900℃～1300℃内某一要求的值，而900℃～1300℃内正是硫磺燃烧过程没有三氧化硫产生的温度范围。

本方法中使水硫浆燃烧的点火方式为热风点火方式，即通过向燃烧炉中通入温度为400℃以上的热风，达到使水硫浆汽化或燃烧的目的。

本方法中使生成的高温SO₂气体冷却是采用直接冷却方式，即冷却水雾化成液滴后直接与硫气接触进行热交换。

实施例二：

一种生产二氧化硫气体的装置。该装置是与本发明实施例一所述的一种生产二氧化硫气体的方法配套的装置，由燃烧室及与之密封连接的安全罩1及下底5构成的燃硫炉，SO₂气体冷却装置组成，所述燃烧室是一个立式园柱形容器，该立式圆柱形容器中间有一多孔的隔板9(参见图3)将燃烧室分为一次燃烧室8和二次燃烧室10，点火装置是装在一次燃烧室的底部一侧直径为0.5～2cm的热风管3，一次燃烧室8的下部有与燃烧室炉壁切向连接的一次进风管4，二次燃烧室10的下部有与燃烧室炉壁切向连接的二次进风管2，一次燃烧室底部外侧有一加热装置——电加热管或蒸汽加热管6，一次燃烧室8底部还有一输送水硫浆的进料装置——垂直的进料管7，该进料管7一端伸入一次燃烧室内，另一端还与一个计量泵17相连接，将原料水硫浆按需定时、定量地送进燃硫炉(参见图1、图2)。

所述燃硫炉还连接一水冷却装置，该水冷却装置14是一圆形柱体，其顶部有可以喷出雾化水的水管喷头13，其上部有进气管12、下部有SO₂出气管15，以及未被汽化的冷却水出口管16，燃烧室的出气管11与该水冷却装置14的进气管12相连通(参见图1、图2)。

作为本发明实施例的一种变换，所述水冷却装置14的进气管12的进口也可以位于冷却装置的下部、SO₂出气管15位于水冷却装置的上部(参见图4)或顶部。

作为本发明实施例的又一种变换，送料装置中，也可以不用计量泵而采用能控制流量的普通泵。

本发明生产二氧化硫气体的装置的两个燃烧室内表面(底部表面除外)均用耐火保温材料保护，既维持燃烧室内的温度，还可避免金属表面直接受热。

如实施例一所述，本发明生产二氧化硫气体的装置的原料是水硫浆，是由颗粒硫与水混合形成的乳胶体硫或是悬浮的硫水溶液，所述水硫浆中，硫与水的重量百分比为40∶60～60∶40。

采用本发明生产二氧化硫气体的装置生产SO₂气体的过程：

首先将位于一次燃烧室底部外侧的加热装置打开，将水硫浆通过送料装置连续、自动地送进一次燃烧室，点火装置通入400℃以上热空气(根据具体情况可同时将燃硫炉的一次燃烧室底部加热至硫磺的燃点)先将水硫浆点燃，再从热风管送进一次空气，然后再加入二次空气使硫磺充分燃烧生成SO₂气体，再将SO₂气体通过水冷却装置冷却制得净化硫气。

Claims

1、一种生产二氧化硫气体的方法，其特征在于：该方法采用的原料是水硫浆，将水硫浆通过送料装置连续、自动地喂进燃硫炉，先通入少量一次空气将水硫浆汽化，然后再加入二次空气使硫磺充分燃烧生成SO₂气体，再将SO₂气体冷却制得净化硫气。

2、如权利要求1所述的一种生产二氧化硫气体的方法，其特征在于：所述的水硫浆是粒度为300μm以下的颗粒硫与水混合形成的乳胶体硫或是悬浮的硫水溶液，所述水硫浆中，硫与水的重量百分比为40∶60～60∶40。

3、如权利要求1或2所述的一种生产二氧化硫气体的方法，其特征在于：所述的水硫浆燃烧的平均温度是：900℃～1300℃。

4、如权利要求1或2所述的一种生产二氧化硫气体的方法，其特征在于：本方法中所述使水硫浆燃烧的点火方式为热风点火，热风的温度为400℃以上。

5、如权利要求1或2所述的一种生产二氧化硫气体的方法，其特征在于：本方法中所述将SO₂气体冷却采用直接冷却方式，即冷却水雾化成液滴后直接与硫气接触进行热交换。

6、一种生产二氧化硫气体的装置，包括燃烧室及与之密封连接的安全罩及下底构成的燃硫炉，SO₂气体冷却装置，其特征在于：所述燃烧室是一个立式园柱形容器，该立式圆柱形容器中间有一多孔的隔板将燃烧室分为一次燃烧室和二次燃烧室，一次燃烧室底部有一进料装置和加热装置，点火装置装在一次燃烧室的底部的一侧，一次燃烧室的下部有与燃烧室炉壁切向连接的一次进风管，二次燃烧室的下部有与燃烧室炉壁切向连接的二次进风管。

7、如权利要求6所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：所述的点火装置是通入一次燃烧室的底部一侧的直径为0.5～2cm的热风管。

8、如权利要求7所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：所述一次燃烧室底部的加热装置是位于燃烧室底部内侧或外侧的电加热管或蒸汽加热管。

9、如权利要求6、7或8所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：位于一次燃烧室底部的进料装置是一个与燃烧室底部垂直的进料管。

10、如权利要求9所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：位于燃烧室底部的进料管还连接有一个计量泵或能控制流量的普通泵。

11、如权利要求6、7或8所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：所述的二次燃烧室通过SO₂出气管连接一水冷却装置，该水冷却装置是一圆形柱体，其顶部有喷出雾化水的水管喷头，其上部有进气管、下部有SO₂出气管以及未被汽化的冷却水出口管，或者是其下部有进气管以及未被汽化的冷却水出口管、上部或顶部有SO₂出气管，二次燃烧室的SO₂出气管与该水冷却装置的进气管相连通。

12、如权利要求10所述的生产二氧化硫气体的装置，其特征在于：所述的二次燃烧室通过SO₂出气管连接一水冷却装置，该水冷却装置是一圆形柱体，其顶部有喷出雾化水的水管喷头，其上部有进气管、下部有SO₂出气管以及未被汽化的冷却水出口管，或者是其下部有进气管以及未被汽化的冷却水出口管、上部或顶部有SO₂出气管，二次燃烧室的SO₂出气管与该水冷却装置的进气管相连通。