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二氧化硫（SO2）是亚硫酸法制糖过程中重要的辅助原料,在糖汁的澄清和白糖的脱色保质方面起着重要作用。目前,在制糖行业,制取SO2的主要设备是全封闭喷射燃烧式燃硫炉,该方法虽然获得较高的燃烧质量和较纯净的SO2,但是,企业生产过程中,经常有升华硫和SO3的生成,继而导致控制精度降低,管道堵塞等问题,严重影响了制糖效率,增加了制糖成本。因此设计新的硫粉燃烧器,对提高制糖效率、降低成本、节约资源有重要意义。首先,在日耗硫量为0.5吨,滞止温度为425K,滞止压强为0.45MPa的条件下,基于文丘里原理和喷射器结构原理,设计气-液硫磺喷射燃烧器,并分析了压强对喷射效率的影响。通过理论计算,确定了硫磺喷射燃烧器的几何尺寸和装配尺寸,确立了最佳工作压强为 0.51724MPa。其次,采用Fluent仿真手段对流化沸腾燃烧器进行了结构设计。基于气固充分混合、稳定流化的设计目标,确定了等压风室结构、布风板结构和燃烧室结构,进而确定了流化沸腾燃烧器的结构模型。结果确定了带有环形十字架挡板的二次风结构模型,当一次风速为0.8m/s,二次风速为0.5m/s时,燃烧空间硫气比为1:1.0273,满足燃烧条件,流化沸腾燃烧器设计合理。再次,分析了表观风速、流化床初始厚度、流化床初始体积分数、硫磺颗粒粒径等对颗粒流化的影响。在此基础上,针对设计的流化沸腾燃烧器,采用PDF非绝热模型对硫粉颗粒在沸腾燃烧器的燃烧进行了仿真分析,分析了空气过量系数、气体温度和氧气浓度等硫磺燃烧的影响。结果表明,适当的表观风速、流床初始厚度、颗粒粒径有利于充分稳定流化。当空气过量系数为1.5时,硫磺充分燃烧,出口处升华硫和SO3浓度较小;气体温度对硫粉燃烧有较大影响,适当增加温度有利于SO2的生成;在进口气体流量不变的情况下,增加氧气浓度对燃烧影响较小,一定程度上破环流化,不利于SO2的生成。本文设计的沸腾燃烧器燃烧能力达到1吨/天;当空气系数为1,气体温度为600K时,硫磺充分燃烧,此时燃烧器出口处S、SO2、SO3的摩尔分数分别为0.15%、14.3%、0.037%,优于工业硫磺燃烧测量值。最后,基于设计的硫磺喷射燃烧器和流化沸腾燃烧器进行了冷态喷射试验和流化试验。试验结构表明,在不同条件下,喷射燃烧器均能稳定工作;气体压强P、混合管喉径D、喷嘴出口截面与喉管进口截面之间的距离L对喷射器的工作效率以及气液混合状态有一定影响;试验发现,液体喷射距离较远,气液比高达1:23,不利于充分燃烧。流化试验结果与仿真结果类似,粒径大小、进风量对流化影响较大,而床料质量则影响了流化的稳定性,一定情况下,硫粉充分流化。高温硫磺喷射器与流化沸腾硫磺燃烧器的设计与试验研究表明,硫磺喷射燃烧器和流化沸腾燃烧器作为SO2制取设备是可行的,并且沸腾燃烧器在一定程度上解决了目前燃烧器升华硫和SO3生成的问题。本文所做工作为制糖工业中SO2的制取提供了新的思路,为进一步优化燃硫炉结构提供了参考,具有一定的指导意义和实用价值。