硫磺成型過(guò)程機(jī)械輸送設(shè)備性能比較與工藝選型

徐長(zhǎng)樸，蘇海鵬，韓翠翠

（華油惠博普科技股份有限公司北京分公司，北京100088）

硫磺回收是石油化工、天然氣凈化和煤化工企業(yè)的重要工藝過(guò)程之一，主要是將脫硫裝置、酸性水汽提裝置及低溫甲醇洗滌裝置等產(chǎn)生的酸氣中的H2S等進(jìn)行脫除，并產(chǎn)生性能穩(wěn)定、便于運(yùn)輸和存儲(chǔ)的硫磺，以滿足生產(chǎn)工藝和安全環(huán)保的要求[1-2]。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，將硫磺回收工藝產(chǎn)生的硫餅或液硫進(jìn)一步經(jīng)過(guò)精制或成型，稱之為硫磺成型。主流硫磺回收工藝以洛凱特（LO-CAT）和克勞斯（CLAUS）等應(yīng)用比較成熟和廣泛，洛凱特（LO-CAT）工藝主要通過(guò)氧化還原反應(yīng)將酸氣中的硫份進(jìn)行脫除并形成硫餅，而克勞斯（CLAUS）工藝主要通過(guò)催化還原等工藝直接分離出液態(tài)硫[3-4]。

由于LO-CAT工藝的硫磺回收過(guò)程，能夠比較全面的展現(xiàn)過(guò)程傳輸機(jī)械的應(yīng)用情況，因此本文選擇基于該工藝的硫磺回收過(guò)程，來(lái)討論過(guò)程輸送機(jī)械的工藝選型。LO-CAT硫磺回收過(guò)程傳輸機(jī)械的應(yīng)用，主要涉及硫餅或硫膏、固體硫磺顆粒的輸送。由于物料的特殊性和生產(chǎn)安全要求，需要特定的輸送機(jī)械進(jìn)行物料輸送。本文在介紹硫磺成型過(guò)程物料特性及形態(tài)的基礎(chǔ)上，對(duì)幾種過(guò)程傳輸機(jī)械進(jìn)行了介紹，分析了不同物料輸送設(shè)備的性能特點(diǎn)，給出各工藝階段適合的傳輸設(shè)備，為類似項(xiàng)目的傳輸機(jī)械選型提供參考。

1 硫磺成型工藝過(guò)程物料特性與形態(tài)

1.1 硫磺成型工藝主要過(guò)程

圖1是基于洛凱特（LO-CAT）硫磺回收及硫磺成型流程，其主要涉及的物料傳輸過(guò)程為硫餅和固體顆粒硫磺的輸送。脫硫裝置產(chǎn)生的含硫溶液經(jīng)過(guò)過(guò)濾或壓濾形成硫餅，然后對(duì)硫餅進(jìn)行水洗洗鹽并熔融處理而形成液態(tài)硫，再進(jìn)一步進(jìn)行成型、計(jì)量包裝。而克勞斯（CLAUS）工藝是直接產(chǎn)出液態(tài)硫，可以直接進(jìn)行硫磺成型機(jī)后續(xù)工藝。

圖1 硫磺溶液脫水與成型工藝流程

1.2 硫餅或硫膏及物料特性

如前所述，基于洛凱特（LO-CAT）工藝的硫磺回收，其主要涉及的物料傳輸過(guò)程為硫餅和固體顆粒硫磺的輸送。其中硫餅是由含硫溶液經(jīng)過(guò)濾、脫水而形成硫餅或硫膏，含硫溶液的脫水主要采用袋式過(guò)濾機(jī)、真空過(guò)帶式濾機(jī)和機(jī)械壓濾機(jī)等機(jī)械設(shè)備，這幾種脫水裝置能夠生產(chǎn)工藝指標(biāo)分別為含水率55～70%、30～40%和10～20%的硫餅。如圖2-所示為幾種不同形態(tài)和品質(zhì)的硫膏。

圖2 不同含水率的硫餅或硫膏形態(tài)

1.3 硫磺顆粒及其物料形態(tài)

固體硫磺的特性及其形態(tài)與硫磺成型工藝或原理有著直接關(guān)系，不同工藝或原理的成型設(shè)備生產(chǎn)硫磺顆粒有較大的差別。硫磺成型工藝設(shè)備主要有回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒、滾筒噴漿造粒、濕法造粒、水冷造粒、空氣冷卻造粒等，其中以回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒、滾筒噴漿造粒最為常見，其他幾種造粒工藝通常用于規(guī)模較大的硫磺回收裝置[5-7]。表1 為常見的硫磺成型工藝物料形態(tài)比較。

表1 常見的硫磺成型工藝物料形態(tài)比較

工業(yè)硫磺呈黃色或淡黃色，有塊狀、粉狀、粒狀或片狀等，作為易燃固體，硫磺主要用于制造染料、農(nóng)藥、火柴、火藥、橡膠[8-9]。圖3-圖4給出了回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒、滾筒噴漿造粒產(chǎn)品不同品質(zhì)下的實(shí)物形態(tài)。從圖中可以看到，造粒設(shè)備調(diào)試運(yùn)行效果不同，其產(chǎn)品顆粒度、形態(tài)等方面有著比較大的差別，這就需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇相應(yīng)的輸送機(jī)械。

圖3 回轉(zhuǎn)鋼帶冷凝造粒硫磺產(chǎn)品

圖4 滾筒噴漿造粒硫磺產(chǎn)品

2 常用物料輸送機(jī)性能及特點(diǎn)

物料輸送機(jī)的類型比較多，限于文章篇幅，這里選擇幾種可能的、比較適合的如螺旋輸送機(jī)、管鏈輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)和斗式提升機(jī)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明與探討。

2.1 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)是一種利用電機(jī)帶動(dòng)螺旋回轉(zhuǎn)、利用旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而實(shí)現(xiàn)螺旋輸送，輸送物料克服自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對(duì)物料的摩擦阻力。螺旋輸送機(jī)在結(jié)構(gòu)型式上分為有軸和無(wú)軸螺旋兩種，在外型上分為U型螺旋輸送機(jī)和管式螺旋輸送機(jī)。這種輸送機(jī)根據(jù)安裝形式，能夠水平、傾斜或垂直安裝輸送物料，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、橫截面積小、密封性好、操作方便、維修容易、便于封閉運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)[10]。圖5-圖6為常見的管式有軸螺旋輸送機(jī)及其螺旋機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5 管式有軸螺旋輸送機(jī)簡(jiǎn)圖

圖6 螺旋機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

管式螺旋輸送機(jī)采用全封閉輸送和易清洗的螺旋表面，可保證環(huán)境衛(wèi)生和所送物料不受污染、無(wú)泄漏。螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上焊的螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實(shí)體面型、帶式面型、葉片面型等型式，具有扭矩大、能耗低、輸送距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

有軸螺旋輸送機(jī)適用于輸送無(wú)粘性干粉物料和小顆粒物料，如水泥、粉煤灰、石灰、糧等。無(wú)軸螺旋輸送機(jī)適用于輸送機(jī)有粘性、易纏繞的物料，如污泥、生物質(zhì)、垃圾等。由于無(wú)軸螺旋輸送機(jī)的螺旋無(wú)軸，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以較低速度運(yùn)轉(zhuǎn)、平穩(wěn)傳動(dòng)、降低能耗，其能力是相同直徑有軸螺旋輸送機(jī)的1.5倍[11]。

2.2 管鏈輸送機(jī)

管鏈輸送機(jī)是一種在密閉管道內(nèi)、以鏈片為傳動(dòng)構(gòu)件，帶動(dòng)物料沿管道運(yùn)動(dòng)的輸送設(shè)備。其工作原理是管內(nèi)物料顆粒受鏈片推力，產(chǎn)生了物流側(cè)壓力，因而增強(qiáng)了物料的內(nèi)摩擦力，當(dāng)物料間的內(nèi)摩擦力大于物料與管內(nèi)壁的摩擦力及物料自重時(shí)，物料就隨鏈片向上輸送，形成連續(xù)料流。這種設(shè)備適宜輸送小顆粒狀及小塊狀等散狀物料，可以水平、傾斜和垂直組合輸送，一般用于精細(xì)化工、農(nóng)藥礦石、建筑材料、食品工業(yè)等[12]。圖7為常見的管鏈輸送機(jī)內(nèi)部構(gòu)造圖。

圖7 管鏈輸送機(jī)內(nèi)部構(gòu)造圖

2.3 皮帶機(jī)輸送機(jī)

皮帶輸送機(jī)主要有大傾角皮帶輸送機(jī)、擋邊帶式輸送機(jī)、刮板皮帶輸送機(jī)、隧道式皮帶輸送機(jī)、普通皮帶輸送機(jī)等類型，其輸送能力可以根據(jù)工程需要進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，分別應(yīng)用于不同行業(yè)、具有不同規(guī)模的物料輸送。圖8為小型可移動(dòng)普通皮帶輸送機(jī)，適用于輸送物料數(shù)量不大的生產(chǎn)裝置。

圖8 小型可移動(dòng)皮帶輸送機(jī)

大傾角皮帶機(jī)是一種新型連續(xù)輸送設(shè)備，與其它輸送機(jī)相比，輸送能力提高1.5～2倍，適用于輸送密度為500～2500kg/m3，最大塊度約為100～250mm的物料。其具有其通用性強(qiáng)、適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、占用空間小且節(jié)省投資、便于布置等特點(diǎn)，因而在煤炭、電力、冶金、化工、糧食等行業(yè)被廣泛推廣使用[13]。

擋邊帶式輸送機(jī)其結(jié)構(gòu)是在平形橡膠運(yùn)輸帶兩側(cè)粘上可自由伸縮的橡膠波形立式“裙邊”，在裙邊之間又粘有一定強(qiáng)度和彈性的橫隔板組成匣形斗，使物料在斗中進(jìn)行連續(xù)輸送。擋邊帶式輸送機(jī)廣泛用于煤炭、糧食、建材、化工、水電和冶金等部門，在環(huán)境溫度為-19℃～+40℃范圍內(nèi)，輸送堆積比重為0.5-2.5t/m3的各種散狀物料。對(duì)于輸送有特殊要求的物料，如高溫、具有酸、堿性、油類物質(zhì)或有機(jī)溶劑等成分的物料，需采用特殊的擋邊輸送帶[14]。

2.4 斗式提升機(jī)

斗式提升機(jī)利用一系列固接在牽引鏈或膠帶上的料斗在豎直或接近豎直方向內(nèi)向上運(yùn)送散料[15]。圖9為常見的垂直斗式提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。斗式提升機(jī)適用于從低處往高處提升物料，料斗把物料從底部舀起，隨著輸送帶或鏈提升到頂部，繞過(guò)頂輪后向下翻轉(zhuǎn)將物料傾入接受槽內(nèi)。

圖9 垂直斗式提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

斗式提升機(jī)的傳動(dòng)帶一般采用橡膠帶或皮帶和鉸鏈，皮帶式傳動(dòng)帶的料斗通常裝在傳動(dòng)滾筒和上下面的改向滾筒上。鉸鏈傳動(dòng)的斗式提升機(jī)一般裝有兩條平行的傳動(dòng)鏈，在料斗的上或下面有一對(duì)傳動(dòng)鏈輪和改向鏈輪。提升機(jī)的料斗通常為不銹鋼和PP無(wú)毒材質(zhì)。其傳送量可根據(jù)需要調(diào)節(jié)傳送速度，并隨需選擇提升高度。適用于食品、醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)品、螺絲、螺帽等產(chǎn)品的提升上料，可通過(guò)包裝機(jī)的信號(hào)識(shí)別來(lái)控制機(jī)器的自動(dòng)停啟[16]。

3 硫磺成型過(guò)程適用輸送機(jī)選型分析

如上所述，硫餅或硫膏因過(guò)濾工藝和造粒工藝不同、設(shè)備調(diào)試運(yùn)行效果不同，硫膏及硫磺顆粒度、形態(tài)等方面有著比較大的差別。硫磺粉塵屬于易燃易爆物品，粉塵與空氣混合形成爆炸性混合物，可被靜電點(diǎn)燃，懸浮于空氣中的硫磺粉塵在濃度達(dá)到35 g/m3時(shí)便具有爆炸危險(xiǎn)性，因此，這就相應(yīng)輸送機(jī)械的選型就顯得尤為重要[17]。

3.1 硫餅輸送機(jī)選型分析

根據(jù)圖2所示的硫餅或硫膏的幾種不同形態(tài)可以看出，硫餅或硫膏的含水量和存放時(shí)間，對(duì)其形態(tài)有比較大的影響，其形態(tài)或?yàn)轱灎?、膏狀和干粉狀，特別是含水量相對(duì)較高的硫餅或硫膏具有一定的粘性、濕度相對(duì)較高。因此，對(duì)于硫餅或硫膏類產(chǎn)品，宜采用具有封閉功能、不易泄露的螺旋輸送機(jī)或管鏈輸送機(jī)進(jìn)行物料的輸送。

3.2 硫磺顆粒輸送選型分析

由于硫磺產(chǎn)品的特性，用于硫磺輸送時(shí)應(yīng)杜絕輸送過(guò)程產(chǎn)生火花，避免硫磺揮發(fā)性氣味的擴(kuò)散，所以對(duì)密封性和防爆性要求比較高[18]。對(duì)于顆粒度及品質(zhì)比較良好的顆粒硫磺，根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要，可采用斗式提升機(jī)或皮帶輸送機(jī)。斗式提升機(jī)一般都裝有機(jī)殼，以防止斗式提升機(jī)中粉塵飛揚(yáng)，適用于低位提升，供應(yīng)物料通過(guò)料斗后機(jī)器自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行運(yùn)送[19]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)硫膏和固體硫磺物料特性，作者結(jié)合近些年參與硫磺回收項(xiàng)目及相關(guān)物料輸送設(shè)備、包裝設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用，給出以下建議：1）硫膏的輸送推薦使用管鏈輸送機(jī)、固體硫磺的輸送推薦使用斗式提升機(jī)；2）硫餅或硫膏有一定的濕度和粘性，不適宜采用斗式提升機(jī)進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)輸；3）選擇物料輸送機(jī)的過(guò)程中，夠有效的控制物料泄漏擴(kuò)散，防止有害物質(zhì)傳播；4）物料輸送機(jī)應(yīng)配套通風(fēng)除塵裝置，以滿足環(huán)境衛(wèi)生與安全要求；5）硫磺過(guò)程物料輸送機(jī)應(yīng)按照規(guī)定，選取適用于物料危險(xiǎn)程度和防爆等級(jí)較高的電氣設(shè)備。