1　煤焦化厂WSA工艺流程

WSA技术由丹麦托普索公司于20世纪70年代开发成功并实现工业化[1]，广泛应用于炼油化工厂、煤焦化和煤气厂、冶炼厂等含硫化合物需要回收的行业。

煤焦化厂WSA工艺流程[2]如图1。

  

图1　煤焦化厂WSA工艺系统

WSA工艺在煤焦化厂的工艺流程分以下几个步骤进行。

1)酸性气焚烧和工艺气冷却。在煤焦化厂硫在废气中以硫化氢形式存在，废气必须通过酸性气焚烧装置在一定的温度下进行焚烧，将其转化成二氧化硫。焚烧后产生的工艺气通过余热锅炉进行热量回收，并将工艺气温度降低到氧化催化剂的操作温度。

2)SO2转化成SO3。从余热锅炉出来的工艺气进入SO2反应器，经过2或3个催化剂床层，SO2转化率最高可以达到99.7%。催化剂床层之间设有层间冷却器，确保工艺气的温度在最佳的催化反应温度范围，并由熔盐或蒸汽回收热量，提高整个工艺系统经济性指标。

3)硫酸冷凝。从SO2转化器出来的工艺气进入WSA冷凝器，冷凝后工艺气温度降低到约100 ℃，可由烟囱直接排放；成品为w(H2SO4) 96%～98%的硫酸从冷凝器底部流出。

煤焦化厂WSA工艺系统中，主要设备有酸性气焚烧装置、SO2转化器、WSA冷凝器等，其中酸性气焚烧装置是整个工艺流程的第一个关键设备。它的主要作用是控制炉内的燃烧温度在1 000～1 100 ℃，将酸性气中的H2S燃烧生成SO2，而实现这个功能的核心部件是燃烧器。

2　煤焦化厂酸性气及煤气特性

煤焦化厂的酸性气主要组分有H2S、HCN、CO2、NH3、H2O等。其中H2S是最主要组分，φ(H2S)超过50%，整个酸性气的热值一般在(12.56～20.93)×106 J/m3，压力在20～30 kPa，温度一般在30～50 ℃。

煤气的主要组分有CO2、CO、H2、CH4、O2、C2H6等。其中主要组分是H2和CH4，体积分数合计占比为80%左右，煤气整体热值一般在(16.75～20.93)×106 J/m3，压力在50～60 kPa，温度范围差别较大，几十摄氏度到100 ℃。

3　酸性气焚烧装置

焚烧炉体积和停留时间是一个概念，主要是保证酸性气及煤气在焚烧炉内能够完全燃烧，产生的烟气混合均匀后进入到余热锅炉。

酸性气焚烧装置是由燃烧器和焚烧炉2个核心部件组成。燃烧器的作用是组织酸性气、煤气、空气燃烧，提供足够热量保证焚烧炉的操作温度;同时确保酸性气、煤气中可燃的气体组分燃尽，保证烟气中O2含量能够满足SO2反应器的要求。焚烧炉的作用是让燃烧后的烟气能够充分混合，有足够的停留时间保证燃烧反应充分，控制炉内温度在(1 000±50) ℃，为余热锅炉提供足够的烟气量和烟温。

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4　工业应用

式中: Q——热负荷， kW；

4.1　酸性气焚烧装置设计参数

该煤焦化厂的酸性气参数见表1，煤气参数见表2，烟气参数见表3。

 

表1　酸性气参数

  

项　目温度/℃压力/kPa热值/(J·m-3)流量/(kg·h-1)组成(φ)，%H2SHCNCO2NH3H2O酸性气40261792×1062227609613151917109563

 

表2　煤气参数

  

项　目温度/℃压力/kPa热值/(J·m-3)流量/(kg·h-1)组成(φ)，%CO2COH2CH4惰性气体O2C2H6煤气82551855×10655～32130059956642597500080260

 

表3　烟气参数(设计工况)

  

项　目温度/℃压力/kPa密度/(kg·m-3)流量/(kg·h-1)组成(φ)，%CO2N2SO3SO2惰性气体O2H2O烟气975131032424643257702702645308410061147

4.2　焚烧炉设计

焚烧炉设计主要考虑焚烧温度、焚烧炉体积或停留时间、焚烧炉壳体的腐蚀性、烟气掺混均匀性、衬里的耐火度以及使用寿命等几个方面。

4.2.1　焚烧温度

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托普索公司经过多年的工程经验积累，严格要求煤焦化厂WSA工艺的焚烧装置焚烧温度控制在(1 000±50) ℃。在此温度下，既满足了酸性气各组分的焚烧条件，同时又满足了整个WSA工艺流程的需要。该项目中设计的焚烧温度为975 ℃，实际运行时保持运行温度在950～1 050 ℃。

4.2.2　焚烧炉体积

qv——容积热负荷，一般取200～300 kW/m3；

酸性气焚烧装置是WSA工艺的关键设备，它的主要作用就是为酸性气的顺利焚烧提供有利的焚烧条件，即合适的操作参数。煤焦化厂WSA工艺中的酸性气焚烧装置有几个关键的操作参数，具体为操作温度、操作压力、操作空间(即焚烧炉的有效体积)。操作温度一般控制在(1 000±50) ℃；操作压力根据工艺流程的烟气阻力损失计算可得，一般为10～15 kPa；操作空间是由所需处理的酸性气量决定。

焚烧炉体积的计算采用容积热负荷计算式[3]进行计算，具体见下式：

Q=qv×V

(1)

基于煤焦化厂的酸性气以及煤气特性，在WSA工艺的工业应用中需要针对性设计酸性气焚烧装置。现以国内某钢铁公司煤焦化厂WSA工艺的酸性气处理装置为例，说明适合于WSA工艺的酸性气焚烧装置设计。

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V——焚烧炉有效体积,m3。

经计算后，焚烧炉体积的可取范围为25～35 m3。

焚烧炉体积的计算采用停留时间计算式[3]进行校核计算，具体见下式：

 

(2)

式中: t——停留时间， s；

h——焚烧炉高度或长度， m；

ω——焚烧炉炉膛内实际烟气流速，m/s；

νy——焚烧炉实际烟气量，m3/s；

F——焚烧炉炉膛截面积，m2；

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V——焚烧炉有效体积,m3。

经此公式校核计算后，若焚烧炉的体积取值25 m3时，烟气在焚烧炉内的停留时间为1.2 s，若取值35 m3时，烟气在焚烧炉内的停留时间为1.8 s。

因为煤焦化厂的酸性气源不稳定，起伏波动较大，为满足工况负荷变化需要，选取焚烧炉的体积为35 m3。

4.2.3　焚烧炉衬里

焚烧炉衬里设计需根据炉膛温度选用能够承受焚烧温度的耐火材料以及隔热材料，同时应注意酸性气和焚烧后烟气对耐火材料的腐蚀问题。WSA工艺的耐火材料选择，主要采用铬、高铝质耐火材料。若考虑经济性，采用w(Al2O3)≥65%的高铝质耐火砖即可；若考虑使用寿命，采用w(Cr2O3)≥6%的铬刚玉耐火砖。此外，衬里的设计还需要考虑炉衬的整体结构和支托架的耐热、耐腐蚀性以及炉体外壁的温度。

由于烟气组分中含有SO2，需要考虑炉壳的腐蚀。经计算，烟气的露点为225 ℃。为保证炉壳及衬里整体的安全，设计的炉壳外壁温度最低不得低于230 ℃。由于焚烧温度设定为975 ℃，经过传热计算，焚烧炉衬里设计为耐火层114 mm的铬刚玉砖(密度为3～3.2 g/cm3)、隔热层114 mm的轻质高铝隔热砖(密度为1 g/cm3)。

为增加烟气扰流，促进烟气混合均匀，焚烧炉衬里结构中设计了导流墙。花墙的设计调节了烟气的均匀性，确保进入余热锅炉的热烟气性质均匀稳定，没有局部高温现象的存在。

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4.2.4　全封闭式防风雨罩

由于壳体存在烟气腐蚀问题，对焚烧炉壳体的壁温要求严格，为保证壳体壁温不受环境因素影响，设计了可调温的全封闭式防风雨罩，将焚烧炉完全包裹。通过调节防风雨罩上的调节机构，可以随着环境因素的变化随时调整壳体表面温度。该设计增强了酸性气焚烧装置运行的可靠性，安全性，稳定性。

焚烧炉设计示意如图2。

  

图2　某钢铁公司煤焦化厂的WSA工艺酸性气焚烧炉

综合焚烧炉的设计，其性能设计参数见表4。

 

表4　焚烧炉设计性能参数

  

热负荷/MW烟气处理量/(kg·h-1)有效体积/m3焚烧温度/℃外壁温度/℃炉膛压力/kPa732464335975225131

4.3　燃烧器

燃烧器的作用是通过合理的结构设计，组织酸性气、煤气、空气燃烧，保证主火焰区稳定的着火状态，火焰形状刚直有力，火焰颜色明亮，为焚烧炉的操作温度提供足够热量；同时确保酸性气、煤气中可燃的气体组分燃尽，保证烟气中O2含量能够满足SO2转化器的要求。

为提高酸性气焚烧装置的自动化程度，保证装置的安全、可靠、稳定运行，燃烧器配备2台火焰检测器、1个看火孔，在焚烧炉的炉体上设有2～3个热电偶、1个压力表等仪表设备，参与整个焚烧装置的联锁控制。

酸性气投入后，3支煤气喷枪依次关闭掉2支，保留1支煤气喷枪伴烧维持焚烧炉温度。

酸性气的处理量大，波动范围宽，来料的压力低，为酸性气喷枪结构设计提高了难度。由于燃烧器结构上的限制，酸性气喷枪设计为1支喷枪，喷枪采用多孔结构。酸性气的处理量和来料压力决定了喷枪的多孔尺寸，为了保证燃烧效果，酸性气喷枪的多孔结构要配合设计稳焰装置。

燃烧器点火装置由高能点火棒和点火用燃料气枪组成，利用二级点火，即先引燃点火装置的燃料气，再点燃煤气喷枪。实践证明：该点火方式具有非常高的安全可靠性，可根据需要反复多次点火。点火装置的设计示意如图3。

  

图3　点火装置

某钢铁公司煤焦化厂的WSA工艺酸性气燃烧器如图4。

  

图4　某钢铁公司煤焦化厂的WSA工艺酸性气燃烧器

4.4　联锁控制

该酸性气焚烧装置需要处理2种气体：酸性气和煤气。煤气的处理量为55～321 kg/h，在酸性气投入焚烧装置前，需要依靠煤气提供的热量使焚烧炉的炉膛温度达到975 ℃。酸性气投入焚烧装置后，煤气的量逐渐减少，但为了维持焚烧炉的焚烧温度，煤气的最小投入量为55 kg/h。为了保证煤气喷枪能够处在最佳的运行工况下，设计了3支煤气喷枪。正常升负荷时，3支煤气喷枪依次投入使用，达到最大处理量时能够满足焚烧装置的负荷要求。

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表6、表7为因子分析结果。表6显示，旋转出2个特征根大于1的因子，因此可知生存能力、适应能力、协同感知能力、协同生产能力、未来竞争态势预测能力5个一级指标能缩减为2个因子。由表7可知，第一个因子 主要对适应能力、协同感知能力、协同生产能力、未来竞争态势预测能力4个指标赋值较高；第二个因子主要对生存能力1个指标赋值高。由对的4个指标和的1个指标的分析可知，主要反映企业价值共创体系自身的可持续价值创造能力，而反映价值共创体系自身基本的价值创造能力。解释了全部数据的63.892%，表明适应能力、协同感知能力、协同生产能力、未来竞争态势预测能力是企业价值共创体系价值创造能力的主要决定因素。

4.5　工业应用效果

该酸性气焚烧装置于2014年7月正式投入运行，现已运行3年多，运行状况良好，焚烧装置的处理量可长期维持满负荷，产生的烟气能够很好满足WSA工艺流程需求，提高了该钢铁公司的经济效益，为当地的环保事业也做出突出贡献。

5　结语

笔者根据某钢铁公司煤焦化厂的酸性气特性，针对WSA工艺的特点，设计了一套酸性气焚烧装置。该焚烧装置具有安全、可靠、环保、可操作性强、对工况的匹配性好等优点，能够很好地满足托普索公司的WSA工艺需求。

输入层接收来自训练样本的特征，本文的特征向量是由预处理后样本图像的横纵坐标上投影的白点（1）的数目组成，根据像素分组的不同，特征向量维数也不同，比如2像素组，将第一行与第二行中总的白点（1）个数统计在一起，作为一个特征值，由于文字图像为130×130像素图，即对于行来说就有65个特征项，将纵向特征项也加入进来，就有130个特征项，最后还须加入一列表类别的标志量，则2像素组的特征向量即为131维向量，其他向量组以此类推。将特征向量传递给网络，其神经元的数量和样本矢量数量相同。

经过3年多的成功运行，验证了该酸性气焚烧装置在煤焦化领域的酸性气处理上的可靠性，同时对相关领域的酸性气处理具有指导和借鉴作用。

参考文献：

党的十九大报告强调：“党的基层组织是确保党的路线方针政策和决策部署贯彻落实的基础。新时代医院党支部工作创新离不开“互联网+”的运用，医院党支部工作从完善制度体制、加强顶层设计、搭建“互联网+”党建平台，培养人才等方面来利用“互联网+”，进一步发挥基层党支部的战斗堡垒作用。

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数控程序仿真功能[7]，针对一些非宏普通程序，不需要检查碰撞等复杂工况的条件下，能够很好地对数控车加工程序进行仿真验证，相对一些大型仿真软件，能够避免过于复杂的后置设置[8]，并且在自动比较分析时可以在任意方向进行余量分析。兼容Fanuc和Siemens仿真系统，运用灵活，通用性强。

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由综合控制单元按轮询方式向现场检测单元发送指令，读取变电站布置各个点位的温湿度传感器测量的数据值，数据传输采用Modbus协议，有效地避免了传输过程中数据失真，且能保证数据的兼容性。