高效硫黄喷枪采用两级增速机械固定式多流道雾化技术，雾化粒径小于20 μm，提高了喷嘴的雾化效率和抗堵塞能力。单枪流量可在4.6~10.5 t/h范围内调整，雾化工作压力控制在0.4~1.0 MPa仍能高效雾化，降低了液体硫黄管线内的压力。

高效喷咀

高效喷咀采用固定式机械强制螺旋雾化和拉瓦尔喷管增速技术。液体硫黄从液硫管进入喷咀，经过一级拉瓦尔喷管加速，进入机械强制螺旋雾化芯，形成高速离心旋转体，再次进入二级拉瓦尔喷管，再次被加速，此时喷出的液硫获得高速离心力和加速度，使其形成小于20ｕm的雾化硫黄颗粒。在拉瓦尔喷管技术的作用下液硫雾化压力降低至0.4MPa，达到高效雾化效果。

喷咀采用螺纹线密封，实现了800 ℃高温冷热激不会有液体硫黄泄漏。为减少枪身在焚硫炉内出现焊缝泄漏的几率，通过巧妙设计使枪身在焚硫炉内只有一道焊缝，通过应力消除设计，可有效避免该道焊缝因应力集中而撕裂。对喷咀的蒸汽保温夹套管焊缝进行有限元应力分析可见，蒸汽保温夹套管焊缝处应力非常低

为了解决喷咀密封面因装置停产被热辐射损坏的问题，将密封面后移至保温夹套蒸汽冷却处，可有效降低喷咀密封面的温度，即使装置短停8 h，密封面的温度也能够一直维持在200 ℃以下，同时为了避免冷却蒸汽中断超温，喷咀密封垫采用耐800 ℃高温的石墨复合垫。

枪身结构

经过分析,导致硫黄喷枪弯曲的主要原因是枪身受热应力分布不均。高效硫黄喷枪保温夹套在设计时，对枪身受热应力变化做了分析。装置运行时燃烧火焰受气流漩涡影响，火焰会对硫黄喷枪前部加热，而前部区域是受火焰炙烤的，因此喷枪前部会有热应力膨胀。为了使喷枪热应力膨胀一致，需要在枪身内部使保温蒸汽分布均匀。因此我们在枪身夹套流通面积上，设置了4道保温蒸汽均匀分布环（见上左图），用均匀分布环强制混合每段蒸汽温度，使进入下一段的蒸汽温度一致。从而达到喷枪枪身温度一致，避免热应力膨胀使枪身。

喷枪为减少枪身泄漏风险，通过对枪身热膨胀有限元膨胀量分析，把内夹套管采用滑动补偿支撑（见上右图），可把波纹膨胀节设计到焚硫炉外部，同样能达到对枪身的有效膨胀补偿，从而消除枪身薄弱环节受腐蚀泄漏的风险。

​传统与高效前后对比

​传统硫黄喷枪应用情况

该客户为某大型化工企业，有2套400 kt/a硫黄制酸装置，焚硫炉均采用卧式布置，外壳为钢制圆筒内衬耐火砖和保温材料，在炉内设置两道挡墙，空气经螺旋片以湍流状从硫黄喷枪四周进入焚硫炉。每个焚硫炉采用2支200 kt/a标准产能机械固定式雾化硫黄喷枪，喷枪长度2 650 mm，雾化喷嘴直径12 mm，采用法兰压盖密封。传统喷枪雾化液体硫黄时，硫黄滴落在焚硫炉底部流淌燃烧，导致焚硫炉运行温度超高，而且还经常出现枪身变形、喷咀保温蒸汽泄漏、喷咀堵塞等故障，导致停产。

液体硫黄在没有雾化的状态下，自由燃烧速度平均为15.6 kg/(m2·h)。当焚硫炉底部有液体硫黄燃烧时，运行温度会超高。为了避免炉内因温度升高体积膨胀，产生内应力使炉体变形，或使砌体挤碎、拱起，在砌筑焚硫炉时都会留有膨胀缝。设计时在焚硫炉筒体炉墙与前端墙、后端墙之间分别留设了20 mm膨胀缝。挡墙被砌入耐火砖内层，每堵挡墙两侧分别留有膨胀缝，并且还在砌筑时设置了若干条10 mm膨胀缝，以保证总的膨胀量。流淌的液体硫黄会从底部的膨胀缝流进保温层内缓慢燃烧。焚硫炉钢壳的操作温度一般为45 ℃左右，由于硫黄在保温层与钢壳中间燃烧的热量无法向炉内传递，只能向环境传递，导致焚硫炉钢壳的实际温度达到150~170 ℃，SO2在铁的催化下与氧气反应生成SO3把钢壳焊缝腐蚀穿孔。由于钢壳与保温层中间缺少空气，液体硫黄燃烧缓慢，未燃烧的硫黄以升华硫的形式从腐蚀穿孔的位置流出，在焚硫炉下方形成硫黄钟乳。

高效硫黄喷枪应用情况

为了有效解决上述问题，该客户将传统硫黄喷枪更换为高效硫黄喷枪，焚硫炉各项运行指标达到了设计值，提高了装置产能，有效保障了硫黄制酸装置长周期安全运行。                           

投用后的半年时间里，在装置临时停车期间，未出现喷咀前端法兰密封面泄漏的情况。高效硫黄喷枪能有效适应装置负荷在60%~110%，并且在该负荷范围内焚硫炉底部没有液体硫黄燃烧（见上右图1）。解决了因冷热交替出现蒸汽夹套泄漏，在运行过程中没有出现雾化流量减小和焚硫炉下部出现硫黄钟乳的情况。高效硫黄喷枪的工作流量范围更大，最大流量增加了0.49 t/h，最小流量则降低了1.36 t/h；工作压力降低了约0.3 MPa；雾化距离缩短了约1 m；焚硫炉内部的运行温度降低了160 ℃，表面温度降低了72~90度，保证焚硫炉在安全温度下运行；高效硫黄喷枪的应用优化了液体硫黄的雾化效果（见上右图3），提高了硫黄制酸装置的最高负荷和硫酸产能，每天可增加硫酸产量120 t。高效硫黄喷枪投用近半年的时间，硫酸产能增加了16 500 t，多产蒸汽23 100 t，为企业创造营收2 100万元，经济效益显著。由于硫黄喷枪运行压力的降低和制酸烟气中φ(SO2)的提高，吨酸电耗可节约2.8 kWh/t，起到了节能降耗的作用。                            

结语

生产实践证明，高效硫黄喷枪的结构设计和选材更加合理，能够满足焚硫炉内的工作环境，用高效硫黄喷枪代替传统硫黄喷枪，彻底解决了焚硫炉运行温度高、喷枪枪身变形和喷咀保温蒸汽管套泄漏、液体硫黄管线保温蒸汽管套堵塞、装置产能较低等问题，提高了硫黄制酸装置的产能和蒸汽产量，节能降耗效果和经济效益显著，保障了装置长周期安全稳定运行，值得推广应用。