硫回收装置燃烧炉温度仪表选型的探讨

郭非，魏亚玲，许明，杨亮

(1. 中国五环工程有限公司，武汉 430223;2. 中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100)



硫回收装置燃烧炉温度仪表选型的探讨

郭非1，魏亚玲2，许明2，杨亮2

(1. 中国五环工程有限公司，武汉 430223;2. 中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100)

摘要：硫回收装置燃烧炉温度测量直接关系装置的脱硫效果和设备安全。详细介绍了吹气式热电偶和红外测温仪的工作原理，对二者的性能特点进行了系统的分析和比较。阐述了燃烧炉的工艺流程特点，红外测温仪具有精度高、响应快、信号宽、可在线更换等特点，更能够满足硫回收装置燃烧炉的工艺及温度测量要求。实际应用证明，红外线测温仪是硫回收装置的温度仪表的推荐仪表。

关键词：吹气式热电偶红外测温仪硫回收装置燃烧炉

工业废气中H2S作为形成大气污染物SO2的主要来源之一，其无序排放会严重威胁人体健康和生态安全，导致环境污染日益严重。随着对工业废弃物排放要求的提高，降低SO2的排放量成为目前研究的重要课题。

硫回收装置将尾气中的酸性气体转换为硫磺，能够有效降低H2S的排放量，进而减少SO2的形成。燃烧炉作为硫回收装置的关键设备，其运行状况关系到整个装置的除硫效果。燃烧炉的燃烧温度高，普通温度仪表难以满足要求，准确、及时的温度测量是控制好焚烧炉的关键，因而必须正确选择温度测量仪表。同时，选择正确的温度仪表可以提高硫的回收率，降低硫化物的排放量，实现节能减排，达到环保要求。

1工作原理

工业常用热电偶根据热电效应来测量温度，在此基础上加以改进制成的吹气式热电偶是在热电偶与保护管之间构成流动气体回路，通过注入一定的N2或其他惰性气体，以排除或减少高温条件下还原气体的渗入对热电偶的影响，从而延长热电偶的寿命并保证热电偶温度测量的准确性。吹气式热电偶结构示意如图1所示。

红外测温仪是一种高精度的测温仪表，通过检测被测对象表面所发出的红外辐射线能量，并将其转化成与温度相对应的电信号来测量温度。其理论依据是普朗克黑体辐射定律，即一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，辐射能量的大小及其波长的分布与其表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定物体表面温度。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号处理及补偿电路、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。

图1　吹气式热电偶结构示意

红外测温仪通过全通径球阀与设备连接，在设备运行时可以在线拆卸维修。同时通过2路吹扫N2来实现保护作用，1路是进出仪表探头的冷却风，保护红外测温探头；1路是球阀下的N2吹扫，防止球阀关闭等情况下的结晶物出现而影响测量。红外测温仪的安装如图2所示。

2性能比较

吹气式热电偶通过吹入惰性气体在一定程度上延长了使用寿命，但同时也影响了测量精度，且相比于其他仪表其在高温情况下的使用寿命还不够理想。高温情况下热电偶的保护管须使用耐高温材料，如刚玉保护管耐高温达1600℃，如果是更高的温度则需要特殊材料，造价也会相对提高很多。测量温度为热电偶元件检测所接触介质的最高温度，响应时间滞后相对较长。仪表出现故障时，无法实现在设备运行时更换。

图2　红外测温仪的安装示意

与传统的测温方式如热电偶等相比，红外测温仪可在一定距离内实时、定量检测发热点的温度，测量值为整体的平均温度，通过扫描可以绘出设备运行中的温度梯度热像图，以提供更多的信息、更宽的信号。其测量不受电磁场干扰，且可以在0～3000℃以高分辨率检测设备温度等，测量误差小、精度高。同时，红外测温仪不与介质直接接触，可以适用于各类恶劣环境，满足在线更换不影响工艺设备运行的要求。吹气式热电偶与红外测温仪的性能比较见表1所列。

表1吹气式热电偶与红外测温仪的性能比较

项 目吹气式热电偶红外测温仪测量温度范围/℃0~16000~3000测量精度,%±2±1响应时间/s≥200.3价格高较高测量方式接触式非接触式测量原理热电效应黑体辐射定律在线更换否是

3燃烧炉工艺流程特点

目前国内硫回收工艺种类繁多，固定床催化氧化硫回收的代表工艺主要为克劳斯硫回收工艺，把酸性气体中的H2S转换为硫单质。酸性气体的主要成分是H2S，在燃烧炉中主要工艺流程是酸性气体内约33%的H2S与O2燃烧生成SO2。

硫回收装置燃烧炉具有炉膛燃烧温度高、腐蚀性强、冲击大、停车少等特点。燃烧炉多为碳钢材料，内衬有耐火砖，炉膛正常的工作温度在1000～1200℃，苛刻工况下温度可以高达1700℃。大量酸性气体在炉膛燃烧，会存在SO2，H2S，SO3等多种酸性气体，腐蚀性十分强，接触仪表须选择耐腐蚀材料。相关文献表明，在硫回收装置中，紧急开车或停车等工况会造成炉内温度的快速上升或快速下降，会产生较大的冲击力。另外，硫回收装置停车检修的机会较少，选择能够实现在线更换的仪表较合适。同时，燃烧炉的温度仪表参与装置的联锁，要求温度测量准确、及时、可靠。因此，耐高温、耐腐蚀、耐冲击、可在线更换、精度高的红外测温仪成为首选的温度仪表。

4应用情况

在西北地区和内蒙古等地新上的多个化工项目硫回收装置采用了克劳斯工艺，根据工艺要求燃烧炉设置3个测温点，其中一类温度仪表采用精度高、故障率低的红外测温仪。

根据实际使用情况，红外测温仪投用以来，性能良好、故障率低、测量精度高，能够满足工艺人员对温度测量的要求。而其他测点的吹气式热电偶，因长期在高温、腐蚀性的环境中使用，需要定期进行维修和更换，甚至出现热电偶保护管折断情况。在其他类型的温度仪表出现故障的情况下，由于选用了红外测温仪，依然能够获得有效的温度值。相对于采用单一吹气式热电偶型温度仪表的做法，测量效果得到明显的改善和提高。

5结束语

在介绍吹气式热电偶和红外测温仪原理的基础上，全面分析了吹气式热电偶和红外测温仪的特点，结合硫回收装置燃烧炉的具体工况和测温要求，笔者认为红外测温仪是能够较好地满足燃烧炉测温要求的仪表。

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中图分类号：TH811

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)06-0081-02

作者简介：郭非(1982—)，男，河南商丘人，2008年毕业于郑州大学自动化专业，获硕士学位，现工作于中国五环工程有限公司电控室，任工程师。

稿件收到日期：2015-05-25，修改稿收到日期：2015-08-08。