熔硫系统设计及节能减排优化分析

王鈜艳，吴 越

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

熔硫是硫磺制酸装置的重要工序，液硫的质量会对后续工序产生重要的影响。在满足生产需求的情况下综合考虑，生产应以提高液硫的质量、缩短熔硫流程和降低投资为目的。设备设计选型时，应结合工程经验，充分考虑安全生产、节能高效和操作维护的需求。

1 流程设计选择

典型的熔硫工艺流程见图1。

图1 典型的熔硫工艺流程

固体硫磺经皮带输送机进入熔硫槽，在皮带输送机上向固体硫磺中加入生石灰，以中和硫磺中的酸性物质，并使用除铁器除去含铁杂质。固体硫磺在蒸汽加热下熔化为液硫，再溢流至过滤槽内，经过滤泵进入液硫过滤机，除去其中的杂质颗粒。在过滤前，需先利用硅藻土作助滤剂预涂液硫过滤机，以保证过滤效果。过滤后的液硫进入液硫中间槽，由硫磺泵送入液硫储槽，进而自流到精硫槽，最后通过精硫泵送入焚硫炉内焚烧。

在上述传统熔硫工艺的基础上，结合制酸系统的液硫用量和质量要求、设备占地及投资等因素，笔者提出以下优化建议：

1）取消助滤槽和助滤泵。利用过滤槽和过滤泵对液硫过滤机进行助滤剂的预涂，可以节省1 个助滤槽和2 台助滤泵，液硫管道系统也相对简单。但在助滤剂预涂期间，过滤槽和过滤泵被占用，熔融的液硫不能经过滤槽和过滤泵进入液硫过滤机，该方案实际将连续过滤调整为间歇过滤，因此该方案比较适合于熔硫量较小的系统。

2）取消液硫中间槽。过滤后的干净硫磺可以直接送至液硫储槽储存，可以节省1 个中间槽和2台中间槽泵。该方案对过滤的总压降比较敏感，通常需要综合考虑液硫过滤器的压降、液硫储槽相对高度和相对位置等，并提高过滤泵的扬程补偿该压降。同时，该方案在操作时要注意控制硫磺的过滤质量，以免质量不合格的液硫进入液硫储槽。

3）取消立式液硫储槽。液硫储槽主要是为系统故障或原料硫磺供应不及时提供缓冲时间，当硫酸生产装置规模不大时，储存的液硫量少，可以考虑将精硫槽容量放大代替液硫储槽。但由于精硫槽的高径比较小，因此占地面积会较大。

4）采用两级液硫过滤。目前大部分硫磺制酸装置采用一级过滤，过滤后液硫中的灰分质量分数可以控制在0.003%以下。如果过滤操作不当导致液硫灰分含量升高，容易造成转化器催化剂层堵塞，导致转化器阻力增大。随着制酸装置生产维护要求的提高，对液硫中灰分含量的要求也越来越严。当采用两级过滤后，液硫中的灰分质量分数可以控制在0.001%以下，可大大降低制酸装置维护成本。但采用两级过滤需要多配置1 台液硫过滤机、1 个液硫槽和2 台液硫泵，占地面积增加10%～20%，投资增加5%～15%，管道系统和操作也更加复杂，因此需要综合考虑。

2 设备选型与设计要点

2.1 皮带输送机

硫磺上料主要采用皮带输送方式，普通皮带输送机输送硫磺时，最大倾角通常控制在18°以内，对于抬升高度大、占地有限的场所，常选用20°～45°的大倾角皮带输送机。硫磺上料系统在设计和操作时应注意以下几点：

1）除铁器要设置在石灰加入装置后，以免石灰带入的铁类杂质进入熔硫槽。

2）在易产生粉尘的皮带输送机头部、尾部设置高效雾化喷头，利用水雾降低环境硫磺粉尘浓度，以降低爆炸的风险。

3）皮带输送机应考虑静电跨接和有效接地，以将静电导出，并沿皮带方向设置消防喷淋，防止皮带输送中摩擦起火。

4）操作时要控制硫磺的酸度、水含量和石灰加入量，避免硫磺腐蚀后续设备，或导致锅炉换热管表面结垢，影响换热管的换热效率。

2.2 熔硫槽

熔硫槽的型式主要有槽式和立式。槽式熔硫槽为方形，通常与过滤槽紧邻布置，中间采用溢流板分隔，节省连接管道，并且其进料口低，硫磺输送距离短，可以减少占地面积。相较于槽式熔硫槽，立式熔硫槽底部的锥形结构更有利于杂质分离，因此常用于品质较差的原料硫磺熔融。立式熔硫槽按下部结构的不同可分为锥底型和平底型。平底型立式熔硫槽是在锥底型立式熔硫槽基础上改进而来。锥底型立式熔硫槽仅在锥体沉渣区配置外壳保温夹套，保温效果差，且锥底离搅拌桨末级叶片较远，杂质在锥底不易流动，容易堵塞排渣口[1]。立式熔硫槽的进料口高，硫磺的抬升高度大，输送距离较远，通常需要更大的占地面积或选用大倾角输送皮带机。

熔硫槽在设计和操作时应注意以下几点：

1）槽式熔硫槽的下料口尽量靠近熔硫槽中心，以免硫磺入槽后不能及时熔化而发生结块。

2）溢流口高度不要太高，一般距槽顶650～800 mm，且管径设计、管道坡度、保温厚度等要合理，以免溢流口堵塞而造成熔硫槽漫槽事故。

3）熔硫槽蒸汽供应不足时存在液硫凝固的风险，建议搅拌器采用皮带传动方式。

2.3 液硫过滤机

液硫过滤机是熔硫系统的关键设备，主要采用卧式叶片式过滤机，由罐体、滤网板、封头拉出机构、振打排渣装置和液压站等组成。液硫过滤机的滤网损坏和排渣困难是常见问题，可以在设计和操作中注意以下几点：

1）在预涂液硫过滤机时，硅藻土量要充足，粗细硅藻土的比例一般控制在2 ∶1 左右，操作时要保证过滤机充满液硫，预涂时间一般不少于1.5 h，防止涂层太薄或缺失而出现短路。

2）液硫过滤时应连续运行，保证液硫过滤机操作压力稳定，防止滤饼倒塌形成短路。

3）操作时应按时分析原料硫磺的酸度，及时调整石灰石的加入量，以免液硫酸度过大腐蚀滤网，形成短路。

4）在中和硫磺酸度时，建议选用石灰作中和剂，中和后的主要产物硫酸钙容易成渣，可以过滤除去。若采用碳酸钠作中和剂，其中和硫磺的主要产物为硫酸钠，硫酸钠易溶于水且不易结晶，很难通过过滤除去，会随硫磺进入后续工序，引起锅炉换热管结垢甚至堵塞[2]。

5）清理滤渣时一定要使用木棒，以免使用金属棒损坏滤网。

2.4 其他建议

1）液硫槽应设置消防用蒸汽。通常液硫槽的温度控制在135～150 ℃，当液硫槽上部的温度达到160 ℃左右时应开启消防蒸汽防止起火。

2）液硫槽的加热盘管可能会出现腐蚀泄漏，设计时每组盘管的蒸汽管道都应设置独立截止阀。当某组盘管出现泄漏时可以临时关闭截止阀，而不影响熔硫装置的运行。

3）建议液硫储槽设置2 个排气口，以免排气口被凝固的硫磺堵塞出现负压操作，导致储罐被抽瘪。

3 节能减排措施

随着国家对节能、环保要求的提高，生产企业必须培养绿色工厂理念，确保环境与资源消耗相互协调。为促进节能减排，可采取的措施有：

1）硫磺输送过程中控制降尘喷水量。喷水量过大会增加熔硫消耗的能量，且大量水蒸气排出时会带出硫蒸气，对环境造成污染。

2）熔硫系统采用0.5～0.7 MPa 的低压蒸汽进行熔硫及液硫保温，每熔融1 t固体硫磺消耗0.2～0.3 t 蒸汽，可以采用一部分锅炉连排蒸汽作为保温蒸汽的补充。

3）蒸汽冷凝水可用非软化水或除盐水，具有较高的热值。回收冷凝水同时减少蒸汽和冷凝水的跑冒滴漏可以有效提高能源利用率。目前大部分工厂都设置闭式冷凝水回收装置，冷凝水回收率大于95%，热利用率可提高10%～25%[3]。

4）原料硫磺中含有的少量水分和有机物在加热时汽化，产生具有刺激性气味的酸性气体；熔硫设备和储槽还会溢出硫蒸气，如不对上述废气进行收集处理，不但会污染环境，还会腐蚀设备和管道。可将各槽产生的废气统一收集，采用碱液洗涤的方式处理。云南云天化股份有限公司红磷分公司和宜都兴发化工有限公司均增加了废气处理系统，取得了很好的效果[4-5]。

4 结语

熔硫系统是硫磺制酸装置的核心之一，其运行的好坏直接影响到制酸系统的运行。笔者在总结国内已有硫磺制酸装置运行经验的基础上，结合设备特点和操作习惯，提出了流程优化、设备选型和节能减排的建议。随着国家对节能环保要求的日益严格，今后的硫磺制酸装置设计中应加强熔硫系统的优化节能，从绿色环保的角度进行不断地技术探索和提升。