УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНОЙ ТЕЧИ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

Изобретение относится к способу защиты от аварийной течи котлов-утилизаторов в сернокислотных системах и может быть использовано в химической и металлургической промышленности.

Проблема защиты котла-утилизатора от аварийной течи очень актуальна в связи с тем, что течь котла-утилизатора в сернокислотной системе вызывает попадание большого количества влаги в технологический газовый поток, вызывая тем самым нарушения в работе контактного аппарата, газовых теплообменников и абсорбционных башен. В сушильно-абсорбционных отделениях происходит разбавление и разогрев серной кислоты в кислотных циклах, увеличиваются выбросы диоксида серы, триоксида серы и тумана серной кислоты в атмосферу с выхлопными газами.

В котлах-утилизаторах, работающих в условиях высоких температур и давлений пара, течь, появляющаяся в одной трубке испарительных элементов котла-утилизатора, быстро прогрессирует за счет повреждения соседних трубок испарительных элементов от паро-водяной струи, вырывающейся с большой скоростью из отверстия поврежденной трубки. Промедление с остановкой работы сернокислотной системы в этой ситуации вызывает большие механические повреждения испарительных элементов и корпусов котлов-утилизаторов, повышенную коррозию газовых теплообменников, холодильников серной кислоты, а также значительные выбросы вредных газов в атмосферу.

Оперативная остановка работы сернокислотной системы в этом случае позволяет значительно минимизировать негативные последствия данной аварийной ситуации.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известное устройство для аварийной защиты котла утилизатора в производстве серной кислоты, защищенное патентом РФ №1458316, кл. C01B 17/76, G05D 27/00.

Устройство для аварийной защиты котла-утилизатора содержит блок аварийной остановки двигателя воздуходувки, датчик температуры на входе в абсорбционное отделение, измеритель скорости изменения температуры, два блока сравнения, элементы И и два блока задания.

Устройство работает следующим образом. Температура газового потока перед абсорбционным отделением, при течах котла-утилизатора, резко поднимается за счет дополнительного тепла, выделяющегося при ассоциации паров воды с триоксидом серы с образованием паров серной кислоты по следующему уравнению:

H₂O_пар+SO_3(газ)=H₂SO_4(пар)+Q

Полная ассоциация H₂O и SO₃ в пар серной кислоты происходит только при относительно низких температурах газового потока (менее 250°C). В сернокислотной системе, в газоходе перед абсорбцией, температура газового потока снижается до 200-250°C, при которой процесс ассоциации паров воды и триоксида серы происходит почти полностью с выделением большого количества тепла.

При технологическом изменении режима работы сернокислотной системы по газовой нагрузке или концентрации диоксида серы перед контактным аппаратом изменение температуры газового потока перед входом в абсорбционное отделение происходит медленно со скоростью около 1°C за 20-30 минут.

Если же происходит резкое увеличение температуры технологического газа перед абсорбцией, то это свидетельствует об утечке воды из котла-утилизатора в технологический газовый поток. В этом случае необходимо прекратить работу сернокислотной системы.

При повышении температуры газов, измеряемых датчиком, более чем на 10°С блок сравнения формирует управляющий сигнал, а при повышении скорости изменения этой температуры, формируемой измерителем на выходе блока сравнения, также образуется управляющий сигнал. Эти два управляющих сигнала поступают на входы элемента И, который подает сигнал на блок и тем самым останавливается воздуходувка и прекращается подача воздуха в агрегат.

Устройство применялось в сернокислотных системах, не имеющих в составе 1-ой ступени конверсии контактного отделения экономайзеров и генераторов пара.

В современных условиях сернокислотные системы должны быть энерготехнологичными, т.е. кроме получения самой серной кислоты они должны выпускать энергетический пар. В связи с этим они включают в состав экономайзеры и генераторы пара.

А известное устройство не может быть применено в таких системах, имеющих более высокую эффективность теплосъема (более чем в 3 раза по сравнению с газовыми теплообменниками). В этом случае при возникновении течи котла-утилизатора ассоциация и конденсация паров серной кислоты с выделением тепла происходит уже в экономайзерах или генераторах пара, которые за счет более высокой эффективности теплосъема его утилизируют, нивелируя тем самым эффект резкого повышения температуры газового потока перед абсорбцией.

Кроме того, современные сернокислотные системы в основном оснащены АСУТП, программное обеспечение которых несовместимо с применяемым в данном устройстве устаревшим приборным оформлением. Так, функции измерителя скорости изменения температуры, двух блоков сравнения, элементов И и двух блоков задания выполняет современный прибор-контроллер.

Нами поставлена задача создать устройство защиты от аварийной течи котла утилизатора, которая может быть применена в современных сернокислотных системах, которое позволит повысить надежность работы оборудования, снизить эксплуатационные затраты, повысить производительность и уменьшить выбросы вредных газов в атмосферу.

Технический результат достигается благодаря предлагаемому устройству, включающему воздуходувку с блоком аварийной остановки двигателя, которое дополнительно содержит охлаждаемый байпасный газоход с датчиком температуры и контроллер, при этом байпасный газоход установлен в любой точке газового тракта сернокислотной системы между выходом из котла-утилизатора и выходом из газового теплообменника после первой стадии контактирования, вход контроллера соединен с датчиком температуры байпасного газохода, а выход - с блоком аварийной остановки двигателя воздуходувки.

На рис.1 представлен вариант предлагаемого устройства для аварийной защиты котла-утилизатора (байпасный газоход установлен на выходе из котла-утилизатора перед первой ступенью конверсии).

Устройство включает воздуходувку - 1, печь - 2, котел-утилизатор - 3, первую ступень конверсии - 4, газовый теплообменник после первой ступени конверсии - 5, охлаждаемый байпасный газоход с датчиком температуры - 6, контроллер - 7 и блок аварийной остановки двигателя воздуходувки - 8.

Устройство работает следующим образом.

Воздух воздуходувкой 1 подается в печь 2, где происходит сжигание серы. Технологический газ с высокой температурой поступает в котел-утилизатор 3. При этом при охлаждении газа происходит образование пара.

Охлажденный газ выходит из котла-утилизатора. Небольшая его часть направляется в охлаждаемый байпасный газоход 6, а основная его часть поступает на первую ступень конверсии - 4, где происходит каталитическое окисление SO₂ в SO₃.

После первой ступени конверсии газ, содержащий SO₂ в SO₃, охлаждается в газовом теплообменнике - 5 с дальнейшим его охлаждением в последующем теплообменном оборудовании перед поступлением на абсорбцию SO₃. При возникновении течи котла-утилизатора - 3 возрастает содержание влаги в основном технологическом газовом потоке и, соответственно, в его небольшой части, пропускаемой через охлаждаемый байпасный газоход - 6. Вследствие этого в выходной зоне охлаждаемого байпасного газохода - 6, где температура газа снижена до 200-250°C, происходит интенсивная ассоциация паров серной кислоты с выделением большого количества тепла и соответствующим резким повышением температуры газа, фиксируемой датчиком замера температуры, установленном в байпасном газоходе - 6. Сигнал от датчика температуры поступает в контроллер - 7.

При повышении температуры более чем на 10°C и скорости ее роста более чем 1°C в минуту в соответствии с программным обеспечением контроллер формирует управляющий сигнал на блок аварийной остановки двигателя воздуходувки - 8.

На рис.2 представлен вариант предлагаемого устройства с установкой охлаждаемого байпасного газохода после первой стадии контактирования.

На рис.3 представлен вариант установки предлагаемого с установкой охлаждаемого байпасного газохода после газового теплообменника после первой ступени конверсии.

Использование предлагаемого устройства в современных технологических системах (например, в технологическом процессе получения серной кислоты, защищенном патентом РФ №2201393, C01B 17/80 от 2001 г.) позволит снизить продолжительность непроизводственных простоев в технологическом цикле на 30-35%, что повысит производительность системы, а также на 10-15% уменьшить выбросы вредных газов в атмосферу.