熔硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及節(jié)能減排優(yōu)化分析

王鈜艷，吳 越

（中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

熔硫是硫磺制酸裝置的重要工序，液硫的質(zhì)量會(huì)對(duì)后續(xù)工序產(chǎn)生重要的影響。在滿足生產(chǎn)需求的情況下綜合考慮，生產(chǎn)應(yīng)以提高液硫的質(zhì)量、縮短熔硫流程和降低投資為目的。設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，充分考慮安全生產(chǎn)、節(jié)能高效和操作維護(hù)的需求。

1 流程設(shè)計(jì)選擇

典型的熔硫工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 典型的熔硫工藝流程

固體硫磺經(jīng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)入熔硫槽，在皮帶輸送機(jī)上向固體硫磺中加入生石灰，以中和硫磺中的酸性物質(zhì)，并使用除鐵器除去含鐵雜質(zhì)。固體硫磺在蒸汽加熱下熔化為液硫，再溢流至過(guò)濾槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)濾泵進(jìn)入液硫過(guò)濾機(jī)，除去其中的雜質(zhì)顆粒。在過(guò)濾前，需先利用硅藻土作助濾劑預(yù)涂液硫過(guò)濾機(jī)，以保證過(guò)濾效果。過(guò)濾后的液硫進(jìn)入液硫中間槽，由硫磺泵送入液硫儲(chǔ)槽，進(jìn)而自流到精硫槽，最后通過(guò)精硫泵送入焚硫爐內(nèi)焚燒。

在上述傳統(tǒng)熔硫工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合制酸系統(tǒng)的液硫用量和質(zhì)量要求、設(shè)備占地及投資等因素，筆者提出以下優(yōu)化建議：

1）取消助濾槽和助濾泵。利用過(guò)濾槽和過(guò)濾泵對(duì)液硫過(guò)濾機(jī)進(jìn)行助濾劑的預(yù)涂，可以節(jié)省1 個(gè)助濾槽和2 臺(tái)助濾泵，液硫管道系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單。但在助濾劑預(yù)涂期間，過(guò)濾槽和過(guò)濾泵被占用，熔融的液硫不能經(jīng)過(guò)濾槽和過(guò)濾泵進(jìn)入液硫過(guò)濾機(jī)，該方案實(shí)際將連續(xù)過(guò)濾調(diào)整為間歇過(guò)濾，因此該方案比較適合于熔硫量較小的系統(tǒng)。

2）取消液硫中間槽。過(guò)濾后的干凈硫磺可以直接送至液硫儲(chǔ)槽儲(chǔ)存，可以節(jié)省1 個(gè)中間槽和2臺(tái)中間槽泵。該方案對(duì)過(guò)濾的總壓降比較敏感，通常需要綜合考慮液硫過(guò)濾器的壓降、液硫儲(chǔ)槽相對(duì)高度和相對(duì)位置等，并提高過(guò)濾泵的揚(yáng)程補(bǔ)償該壓降。同時(shí)，該方案在操作時(shí)要注意控制硫磺的過(guò)濾質(zhì)量，以免質(zhì)量不合格的液硫進(jìn)入液硫儲(chǔ)槽。

3）取消立式液硫儲(chǔ)槽。液硫儲(chǔ)槽主要是為系統(tǒng)故障或原料硫磺供應(yīng)不及時(shí)提供緩沖時(shí)間，當(dāng)硫酸生產(chǎn)裝置規(guī)模不大時(shí)，儲(chǔ)存的液硫量少，可以考慮將精硫槽容量放大代替液硫儲(chǔ)槽。但由于精硫槽的高徑比較小，因此占地面積會(huì)較大。

4）采用兩級(jí)液硫過(guò)濾。目前大部分硫磺制酸裝置采用一級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾后液硫中的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以控制在0.003%以下。如果過(guò)濾操作不當(dāng)導(dǎo)致液硫灰分含量升高，容易造成轉(zhuǎn)化器催化劑層堵塞，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化器阻力增大。隨著制酸裝置生產(chǎn)維護(hù)要求的提高，對(duì)液硫中灰分含量的要求也越來(lái)越嚴(yán)。當(dāng)采用兩級(jí)過(guò)濾后，液硫中的灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以控制在0.001%以下，可大大降低制酸裝置維護(hù)成本。但采用兩級(jí)過(guò)濾需要多配置1 臺(tái)液硫過(guò)濾機(jī)、1 個(gè)液硫槽和2 臺(tái)液硫泵，占地面積增加10%～20%，投資增加5%～15%，管道系統(tǒng)和操作也更加復(fù)雜，因此需要綜合考慮。

2 設(shè)備選型與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 皮帶輸送機(jī)

硫磺上料主要采用皮帶輸送方式，普通皮帶輸送機(jī)輸送硫磺時(shí)，最大傾角通常控制在18°以內(nèi)，對(duì)于抬升高度大、占地有限的場(chǎng)所，常選用20°～45°的大傾角皮帶輸送機(jī)。硫磺上料系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和操作時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）除鐵器要設(shè)置在石灰加入裝置后，以免石灰?guī)氲蔫F類(lèi)雜質(zhì)進(jìn)入熔硫槽。

2）在易產(chǎn)生粉塵的皮帶輸送機(jī)頭部、尾部設(shè)置高效霧化噴頭，利用水霧降低環(huán)境硫磺粉塵濃度，以降低爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

3）皮帶輸送機(jī)應(yīng)考慮靜電跨接和有效接地，以將靜電導(dǎo)出，并沿皮帶方向設(shè)置消防噴淋，防止皮帶輸送中摩擦起火。

4）操作時(shí)要控制硫磺的酸度、水含量和石灰加入量，避免硫磺腐蝕后續(xù)設(shè)備，或?qū)е洛仩t換熱管表面結(jié)垢，影響換熱管的換熱效率。

2.2 熔硫槽

熔硫槽的型式主要有槽式和立式。槽式熔硫槽為方形，通常與過(guò)濾槽緊鄰布置，中間采用溢流板分隔，節(jié)省連接管道，并且其進(jìn)料口低，硫磺輸送距離短，可以減少占地面積。相較于槽式熔硫槽，立式熔硫槽底部的錐形結(jié)構(gòu)更有利于雜質(zhì)分離，因此常用于品質(zhì)較差的原料硫磺熔融。立式熔硫槽按下部結(jié)構(gòu)的不同可分為錐底型和平底型。平底型立式熔硫槽是在錐底型立式熔硫槽基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。錐底型立式熔硫槽僅在錐體沉渣區(qū)配置外殼保溫夾套，保溫效果差，且錐底離攪拌槳末級(jí)葉片較遠(yuǎn)，雜質(zhì)在錐底不易流動(dòng)，容易堵塞排渣口[1]。立式熔硫槽的進(jìn)料口高，硫磺的抬升高度大，輸送距離較遠(yuǎn)，通常需要更大的占地面積或選用大傾角輸送皮帶機(jī)。

熔硫槽在設(shè)計(jì)和操作時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）槽式熔硫槽的下料口盡量靠近熔硫槽中心，以免硫磺入槽后不能及時(shí)熔化而發(fā)生結(jié)塊。

2）溢流口高度不要太高，一般距槽頂650～800 mm，且管徑設(shè)計(jì)、管道坡度、保溫厚度等要合理，以免溢流口堵塞而造成熔硫槽漫槽事故。

3）熔硫槽蒸汽供應(yīng)不足時(shí)存在液硫凝固的風(fēng)險(xiǎn)，建議攪拌器采用皮帶傳動(dòng)方式。

2.3 液硫過(guò)濾機(jī)

液硫過(guò)濾機(jī)是熔硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，主要采用臥式葉片式過(guò)濾機(jī)，由罐體、濾網(wǎng)板、封頭拉出機(jī)構(gòu)、振打排渣裝置和液壓站等組成。液硫過(guò)濾機(jī)的濾網(wǎng)損壞和排渣困難是常見(jiàn)問(wèn)題，可以在設(shè)計(jì)和操作中注意以下幾點(diǎn)：

1）在預(yù)涂液硫過(guò)濾機(jī)時(shí)，硅藻土量要充足，粗細(xì)硅藻土的比例一般控制在2 ∶1 左右，操作時(shí)要保證過(guò)濾機(jī)充滿液硫，預(yù)涂時(shí)間一般不少于1.5 h，防止涂層太薄或缺失而出現(xiàn)短路。

2）液硫過(guò)濾時(shí)應(yīng)連續(xù)運(yùn)行，保證液硫過(guò)濾機(jī)操作壓力穩(wěn)定，防止濾餅倒塌形成短路。

3）操作時(shí)應(yīng)按時(shí)分析原料硫磺的酸度，及時(shí)調(diào)整石灰石的加入量，以免液硫酸度過(guò)大腐蝕濾網(wǎng)，形成短路。

4）在中和硫磺酸度時(shí)，建議選用石灰作中和劑，中和后的主要產(chǎn)物硫酸鈣容易成渣，可以過(guò)濾除去。若采用碳酸鈉作中和劑，其中和硫磺的主要產(chǎn)物為硫酸鈉，硫酸鈉易溶于水且不易結(jié)晶，很難通過(guò)過(guò)濾除去，會(huì)隨硫磺進(jìn)入后續(xù)工序，引起鍋爐換熱管結(jié)垢甚至堵塞[2]。

5）清理濾渣時(shí)一定要使用木棒，以免使用金屬棒損壞濾網(wǎng)。

2.4 其他建議

1）液硫槽應(yīng)設(shè)置消防用蒸汽。通常液硫槽的溫度控制在135～150 ℃，當(dāng)液硫槽上部的溫度達(dá)到160 ℃左右時(shí)應(yīng)開(kāi)啟消防蒸汽防止起火。

2）液硫槽的加熱盤(pán)管可能會(huì)出現(xiàn)腐蝕泄漏，設(shè)計(jì)時(shí)每組盤(pán)管的蒸汽管道都應(yīng)設(shè)置獨(dú)立截止閥。當(dāng)某組盤(pán)管出現(xiàn)泄漏時(shí)可以臨時(shí)關(guān)閉截止閥，而不影響熔硫裝置的運(yùn)行。

3）建議液硫儲(chǔ)槽設(shè)置2 個(gè)排氣口，以免排氣口被凝固的硫磺堵塞出現(xiàn)負(fù)壓操作，導(dǎo)致儲(chǔ)罐被抽癟。

3 節(jié)能減排措施

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能、環(huán)保要求的提高，生產(chǎn)企業(yè)必須培養(yǎng)綠色工廠理念，確保環(huán)境與資源消耗相互協(xié)調(diào)。為促進(jìn)節(jié)能減排，可采取的措施有：

1）硫磺輸送過(guò)程中控制降塵噴水量。噴水量過(guò)大會(huì)增加熔硫消耗的能量，且大量水蒸氣排出時(shí)會(huì)帶出硫蒸氣，對(duì)環(huán)境造成污染。

2）熔硫系統(tǒng)采用0.5～0.7 MPa 的低壓蒸汽進(jìn)行熔硫及液硫保溫，每熔融1 t固體硫磺消耗0.2～0.3 t 蒸汽，可以采用一部分鍋爐連排蒸汽作為保溫蒸汽的補(bǔ)充。

3）蒸汽冷凝水可用非軟化水或除鹽水，具有較高的熱值?；厥绽淠瑫r(shí)減少蒸汽和冷凝水的跑冒滴漏可以有效提高能源利用率。目前大部分工廠都設(shè)置閉式冷凝水回收裝置，冷凝水回收率大于95%，熱利用率可提高10%～25%[3]。

4）原料硫磺中含有的少量水分和有機(jī)物在加熱時(shí)汽化，產(chǎn)生具有刺激性氣味的酸性氣體；熔硫設(shè)備和儲(chǔ)槽還會(huì)溢出硫蒸氣，如不對(duì)上述廢氣進(jìn)行收集處理，不但會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)腐蝕設(shè)備和管道?？蓪⒏鞑郛a(chǎn)生的廢氣統(tǒng)一收集，采用堿液洗滌的方式處理。云南云天化股份有限公司紅磷分公司和宜都興發(fā)化工有限公司均增加了廢氣處理系統(tǒng)，取得了很好的效果[4-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

熔硫系統(tǒng)是硫磺制酸裝置的核心之一，其運(yùn)行的好壞直接影響到制酸系統(tǒng)的運(yùn)行。筆者在總結(jié)國(guó)內(nèi)已有硫磺制酸裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)和操作習(xí)慣，提出了流程優(yōu)化、設(shè)備選型和節(jié)能減排的建議。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，今后的硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)熔硫系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能，從綠色環(huán)保的角度進(jìn)行不斷地技術(shù)探索和提升。