浅谈环保高效低温燃硫炉在糖厂的应用

王 辉，何宁东，蓝文仲

（1.云南德宏陇川糖厂，云南 德宏 678704；2.南宁苏格尔科技有限公司，广西 南宁 530000；3.柳州市易普科化工技术开发有限责任公司，广西 柳州 545000）

0 引言

二氧化硫是亚硫酸法甘蔗糖厂的主要澄清剂，二氧化硫气体由固体硫磺在空气中燃烧而产生，其反应式：S＋O2→SO2＋10467.5kJ/kg。

SO2的制备在硫磺炉中进行。硫在空气中加热达119℃即熔化成液体，至160℃硫的环状分子断裂，各分子聚合成长链，液体硫黏度增加，加热至180℃时黏度最高，几乎失去流动性，至235℃时着火，当温度升高至300℃时又完全成为流动的液体状态。硫在高温下汽化，在360℃以上汽化十分强烈，当液体硫温度过高（444.7℃）而又缺氧时，液体硫即变成了硫蒸汽，这种气体遇骤冷便凝固为无定形的固体硫，俗称升华硫，使SO2气体浓度降低。

在甘蔗制糖的磷酸/亚硫酸法生产工艺中，蔗汁吸收二氧化硫后生成亚硫酸（H2SO3），再和石灰乳（Ca（OH）2）反应形成了亚硫酸钙﹙CaSO3）沉淀。其作用为：生成的亚硫酸钙吸附胶体等非糖杂质；SO2能够抑制色素的生成；降低钙盐含量；降低黏度等。达到糖汁的除杂提纯，提高白砂糖产品质量和产率目的，因此二氧化硫在磷酸/亚硫酸法甘蔗糖厂生产中起到非常重要的作用。

1 硫磺炉设备的使用状况

甘蔗糖厂传统的硫气生成设备为自熔抽屉式燃硫炉，该炉存在许多缺陷，如：普通钢板制作高温易变形，强酸腐蚀易通漏；SO2流量和浓度波动较大，供应不稳定，不能适应蔗汁流量的变化，硫熏汁pH值不稳定；停榨或其它原因突然停止来汁时，无法立即停止燃烧，SO2气体溢出，污染空气，影响工人身体健康；设备安全性差，工人劳动强度大，与蔗比高浪费辅料增加白糖成本，制约制糖企业的经济效益。因燃烧效率低，燃烧过程中无法做到精确配风容易生成SO3或升华硫，升华硫凝结会造成堵管，每隔一段时间都要停下来疏通硫气管，既费时又伤害人身体（硫有较强的腐蚀性）。

喷射式燃硫炉，采用雾化液滴燃烧方式，启动、停机方便迅速，无滞后；但初次点火需燃油或柴火较长时间烘炉，SO2浓度稳定性较差，容易生成SO3，同时由于混合不好，极易产生升华硫，炉体使用寿命长，但冷却器使用寿命很短，而且维护和更换费用高。

基于以上等问题，2008年自控式燃硫炉开始慢慢走入糖厂，自控燃硫炉的应用有效的杜绝了传统燃硫炉的弊端和缺点，提高了生产效率，改善了工作环境。根据燃烧温度的不同，自控燃硫炉可分为高温燃硫和低温燃硫炉两种。

陇川糖厂于2010年开始使用高温自控燃硫炉后，有效的杜绝了传统燃硫炉的弊端，但因为高温燃硫炉对降温器和硫气管腐蚀比较严重，维护和更换费用高，工人劳动强度较大。故于2013/2014年榨季开始改用易普科环保高效燃硫炉（低温自控式），经过6个榨季的生产运行，从产品质量、工作环境、劳动强度、设备运行安全和节能降耗等各个方面获得了良好的效果。

2 环保高效燃硫炉组成及工艺流程

2.1 系统组成

环保高效燃硫炉主要由控制系统、熔硫池、一次燃烧室、二次燃烧室、风机、液硫泵、冷却器等组成，和硫磺接触的部件均采用耐腐蚀的复合金属材料制作。其系统组成如图1所示，其中a为立式，b为卧式，我厂使用的是卧式结构。

2.2 工艺流程

固体硫磺加入熔硫保温池，利用二氧化硫气体余热（开机时用蒸汽）将固体硫磺熔化成液态硫磺，液硫泵将液硫输送到一次燃烧室并保持恒定的液位，一次风机向一次燃烧室加入少量空气，进行分段燃烧后形成了硫蒸汽进入二次燃烧室，二次风机向二次燃烧室加入一定配比的空气，与硫蒸汽均相混合发生化学反应生成SO2气体，经冷却器冷却至生产所需温度，送到SO2使用工段。

图1 环保高效燃硫炉系统组成图

3 环保高效燃硫炉的优点

经过几个榨季的生产运行，获得了良好的效果，其主要特征如下。

一是系统、设备运行安全稳定。

二是全封闭式设计，系统无硫气泄漏，工作环境良好，降低劳动强度。

三是硫熏强度稳定，调节方便，10～40mL任意调节，适应榨季生产波动。

四是产品质量明显提升，澄清汁色值明显下降，成品糖含硫量降低；最显著的是硫磺与蔗比，有效的节约了成本。表1是6个榨季的累计平均值，其中2010～2013年3个榨季是未使用易普科环保高效燃硫炉时的平均值，2016～2019年3个榨季是使用了易普科环保高效燃硫炉后的平均值。

五是相对大于1000℃的高温炉，其低于550℃的低温燃烧过程，更能延长设备使用寿命。

表1 环保高效燃硫炉使用前后6个榨季指标对比表

六是无硫气泄漏；热能回收熔硫、硫磺消耗量小；提高澄清效果，稳定产品质量。实现了环保、节能、增效的生产方式。

4 环保高效燃硫炉的技术特征

4.1 熔硫方式节能、环保、新颖

该燃硫炉熔硫方式是利用刚从二次燃烧室时出来的高温硫气（≤500℃），使其从熔硫池底部通过，给熔硫池的硫提供了源源不断的热源，该设计既利用硫气自身释放的热量熔硫，又能给硫气降温，达到节能的目的。

4.2 抑制了升华硫和SO3的生成

环保高效熔硫炉三种技术的应用，即低温燃烧、分段燃烧和螺旋式推进燃烧，减少了生产运行中升华硫和SO3的生成。

4.2.1 低温燃烧

该燃硫炉的二次燃烧室外部有环型冷却水套设计，燃硫炉在运行时，该水套有冷却水循环即将二次燃烧室的冷却水和降温器的冷却水排放在一个池子里循环使用，确保硫磺在二次燃烧室的温度≤500℃，实现了低温燃烧，从而大大减少了高温燃烧时空气过量形成了SO3或空气不足时升华硫形成的几率，同时低温燃烧对设备损伤也非常小。

4.2.2 分段燃烧

燃硫炉分为一次燃烧室和二次燃烧室进行分段燃烧，在开机前把熔化完全的液态硫通过流泵泵至一次燃烧室并保持恒定液位和温度，开机运行时少量的空气通入一次燃烧室内使部分液态硫磺初步燃烧，燃烧产生的热量同时使周围的硫磺汽化变为硫蒸汽。这就使得进入二次燃烧室的硫磺呈现“汽化”状态参与燃烧，它能和空气混合更均匀、燃烧更彻底、燃烧速率更快，避免由于组分混合不均匀引起SO3的生成，以及硫磺未充分燃烧造成在硫气中有升华硫残留。我们还可以通过控制通入一次燃烧室内的空气量，可以方便地控制硫蒸汽的生成速率来控制硫熏强度。

4.2.3 螺旋式推进燃烧

二次燃烧室的硫磺即蒸汽硫，是经过一次燃烧室初步燃室后的硫气，其入口和空气入口是呈对立切向进入的，这就使硫气在二次燃烧室呈“螺旋式”旋转燃烧；二次燃烧室的空气入口是根据燃烧的型号进行合理分配设计的进风口位置，一般分为三级进风，型号大的为4级进风，每级进风口都通过阀、门的开度来控制进（配）风量，实现了逐级逐量配风，和一次燃烧室过来的蒸汽硫混合充分、燃烧充分，减少了SO3和升华硫的产生。

4.3 利用硫磺的物理性质参与运行控制

该炉把硫磺的物理性质用在运行控制中，把硫磺的三种形态（固态、液态、汽态）充分合理运用，保温池的温度为120℃，它确保了硫磺为液态不会因凝固而造成堵管；运行时，通过一次燃烧室的一次燃烧，使液态的硫磺形成了硫蒸汽后进入二次燃烧室和空气充分混合燃烧，确保SO2供应稳定，且能够自动根据蔗汁量及时作出响应，硫熏稳定，蔗汁澄清效果佳，而且通过远程电脑就可以对燃硫炉实施全程、实时的监控。2018/2019年榨季生产中熔硫炉零故障、零清理。

4.4 工作环境良好，降低劳动强度和生产成本

传统自熔式燃硫炉燃烧室不密闭，工作环境恶劣，劳动强度大，更严重的是当停榨或其它原因突然停止来汁时，无法立即停止燃烧，SO2气体溢出，污染空气。

而环保高效汽化旋风燃硫炉燃烧过程完全密闭、硫磺自动添加，即使突然停止来汁时也无SO2气体溢出，工作环境好。而且该燃硫炉极少产生升华硫，所以“洗机”也安全。由于环保高效低温燃硫炉硫磺燃烧充分，无残留升华硫，SO3生成量极低，且硫熏中和稳定，避免硫磺的浪费，从而减少石灰的用量，降低了生产成本。

燃硫炉主体设备采用抗腐蚀性能非常强的复合材料，使用寿命长。实现启炉一键点火，快速达到稳定燃烧；温度、流量和浓度智能调节即时响应，保证使用要求；现场或远程控制自由选择，图形界面清晰，方便操作。计算机模拟优化燃烧室结构，完全密闭燃烧设计，参照压力容器制造工艺制作，安全、无环境污染，有利于保护工人的身体健康。

由于是低温燃烧，故对设备造成的损伤相对小一些，使用传统燃硫炉时每年都要更换降温器和硫气管，在榨季生产过程中焊补腐蚀硫气管时有发生；自从更换环保高效低温燃硫炉后，降温器和硫气管已经使用了三个榨季，依然可以继续使用，每年的维修费用都很低。

5 结论

环保高效低温燃硫炉供应的硫气质量高，使用方便，工艺稳定且糖产品质量好，体积小，运行稳定，使用寿命长，能带来良好的社会效益和经济效益而受到越来越多制糖企业的关注。随着环保高效汽化旋风燃硫炉不断推广应用，其对制糖过程节能降耗、降低生产成本和提高产品质量，从而提高糖厂的竞争力，逐渐得到了糖业界的广泛认可。随着食品标准要求越来越严格，目前环保高效低温燃硫炉是传统燃硫炉最好的替代品。