小型燃硫炉的开发与性能测试

摘要

本文对二氧化硫的制备方法及技术进行了文献综述，对二氧化硫在制糖制溴行业的作用进行了分析，对制备二氧化硫的关键设备——燃硫炉的优缺点进行了归纳总结，指出了在制糖制溴时小型燃硫炉出现的问题与不足。针对小型燃硫炉应用时出现的问题与不足，研究小型高效且便于控制的燃硫炉，获得连续稳定且符合浓度要求的SO2气体，对制糖制溴行业均具有重要的意义。
　　本论文根据硫磺燃烧反应的热力学性质，得到了燃烧反应体系的焓变和吉布斯自由能变与温度的关系，并计算了燃烧反应在不同温度下的平衡常数；利用动力学原理研究了主副反应的选择性，分析了燃烧反应与其连串副反应的温度效应与浓度效应，为小型高效燃硫炉的设计提供了基础理论依据。
　　本论文以理论分析为指导，设计了硫磺燃烧量为1kg/h的蒸发燃烧式和表面燃烧式燃硫炉。蒸发燃烧式燃硫炉是由三个相同的不锈钢圆柱体罐组成，分别是熔硫、汽化及燃烧罐。汽化罐与熔硫罐用连通器相连，与燃烧罐由文丘里喉管相连。实验研究表明，蒸发燃烧式燃硫炉存在着安全隐患，对其结构优化后，仍存在着严重的管道堵塞现象，SO2产率仅为10％左右；表面燃烧式燃硫炉是由主燃室及辅燃室组成。主燃室的结构是半球体，辅燃室是立式圆柱体，两者上下相连。实验研究表明，表面燃烧式燃硫炉存在着燃烧不稳定现象，通过增加波纹丝网填料、加热装置及二次燃烧室对其结构优化后，硫磺能够连续稳定地燃烧，产率达到85%以上。经比较，表面燃烧式燃硫炉具有较好的燃烧性能。
　　以表面燃烧式燃硫炉为研究对象，气体出口混合气中SO2的体积浓度（下同）及燃烧稳定性为主要评价指标，考察了空气的通气量、液硫温度及燃烧温度对SO2浓度的影响规律。在空气的通入量为4.5m3/h，液硫温度为360℃，燃烧温度为480℃，硫磺的投入量为1kg/h的操作条件下，SO2的浓度达到极大值13.53%，产率达到86.98%。在该条件下进行重复性实验，产品连续稳定，重复性好。通过增加原料的投入量，进一步验证了该燃硫炉的燃烧性能。在通入的气量为2m3/h（氧气与空气的体积比为1:1），液硫温度为434℃，燃烧温度为638℃，硫磺的投入量为1.5kg/h的操作条件下，SO2的浓度达到极大值49.87%，产率达到94.99%。
　　本文研究表明，表面燃烧式燃硫炉燃烧连续稳定，无SO2气体泄漏及硫磺夹带现象，具有较大的燃烧强度，气体出口的SO2浓度在9~14%之间，能够满足多层次的要求，体现了技术上的巨大优势，此燃硫炉可以进一步探索并推广到制糖制溴行业。

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1绪论

1.1 SO2的性质及用途

1.2 SO2的制备工艺

1.3课题的提出

2硫磺燃烧反应的理论分析

2.1硫磺燃烧反应的热力学分析

2.2硫磺燃烧反应的动力学分析

2.3反应过程的主要影响因素

3小型燃硫炉的设计

3.1硫磺燃烧形式的确立[8]

3.2燃硫炉燃烧方式的确定

3.3热量恒算[39]

3.4燃硫炉的尺寸计算[40]

3.5加速液体硫磺燃烧过程的基本措施

3.6小型燃硫炉的结构图

3.7燃硫炉的评价标准

4蒸发燃烧式燃硫炉的性能测试

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3小结

5表面燃烧式燃硫炉的性能测试

5.1实验部分

5.2结果与讨论

5.3燃硫炉的比较

5.4小结

6结论与创新点

6.1结论

6.2创新点

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢