硫磺成型过程机械输送设备性能比较与工艺选型

徐长朴，苏海鹏，韩翠翠

（华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、天然气净化和煤化工企业的重要工艺过程之一，主要是将脱硫装置、酸性水汽提装置及低温甲醇洗涤装置等产生的酸气中的H2S等进行脱除，并产生性能稳定、便于运输和存储的硫磺，以满足生产工艺和安全环保的要求[1-2]。工业生产过程中，将硫磺回收工艺产生的硫饼或液硫进一步经过精制或成型，称之为硫磺成型。主流硫磺回收工艺以洛凯特（LO-CAT）和克劳斯（CLAUS）等应用比较成熟和广泛，洛凯特（LO-CAT）工艺主要通过氧化还原反应将酸气中的硫份进行脱除并形成硫饼，而克劳斯（CLAUS）工艺主要通过催化还原等工艺直接分离出液态硫[3-4]。

由于LO-CAT工艺的硫磺回收过程，能够比较全面的展现过程传输机械的应用情况，因此本文选择基于该工艺的硫磺回收过程，来讨论过程输送机械的工艺选型。LO-CAT硫磺回收过程传输机械的应用，主要涉及硫饼或硫膏、固体硫磺颗粒的输送。由于物料的特殊性和生产安全要求，需要特定的输送机械进行物料输送。本文在介绍硫磺成型过程物料特性及形态的基础上，对几种过程传输机械进行了介绍，分析了不同物料输送设备的性能特点，给出各工艺阶段适合的传输设备，为类似项目的传输机械选型提供参考。

1 硫磺成型工艺过程物料特性与形态

1.1 硫磺成型工艺主要过程

图1是基于洛凯特（LO-CAT）硫磺回收及硫磺成型流程，其主要涉及的物料传输过程为硫饼和固体颗粒硫磺的输送。脱硫装置产生的含硫溶液经过过滤或压滤形成硫饼，然后对硫饼进行水洗洗盐并熔融处理而形成液态硫，再进一步进行成型、计量包装。而克劳斯（CLAUS）工艺是直接产出液态硫，可以直接进行硫磺成型机后续工艺。

图1 硫磺溶液脱水与成型工艺流程

1.2 硫饼或硫膏及物料特性

如前所述，基于洛凯特（LO-CAT）工艺的硫磺回收，其主要涉及的物料传输过程为硫饼和固体颗粒硫磺的输送。其中硫饼是由含硫溶液经过滤、脱水而形成硫饼或硫膏，含硫溶液的脱水主要采用袋式过滤机、真空过带式滤机和机械压滤机等机械设备，这几种脱水装置能够生产工艺指标分别为含水率55～70%、30～40%和10～20%的硫饼。如图2-所示为几种不同形态和品质的硫膏。

图2 不同含水率的硫饼或硫膏形态

1.3 硫磺颗粒及其物料形态

固体硫磺的特性及其形态与硫磺成型工艺或原理有着直接关系，不同工艺或原理的成型设备生产硫磺颗粒有较大的差别。硫磺成型工艺设备主要有回转钢带冷凝造粒、滚筒喷浆造粒、湿法造粒、水冷造粒、空气冷却造粒等，其中以回转钢带冷凝造粒、滚筒喷浆造粒最为常见，其他几种造粒工艺通常用于规模较大的硫磺回收装置[5-7]。表1 为常见的硫磺成型工艺物料形态比较。

表1 常见的硫磺成型工艺物料形态比较

工业硫磺呈黄色或淡黄色，有块状、粉状、粒状或片状等，作为易燃固体，硫磺主要用于制造染料、农药、火柴、火药、橡胶[8-9]。图3-图4给出了回转钢带冷凝造粒、滚筒喷浆造粒产品不同品质下的实物形态。从图中可以看到，造粒设备调试运行效果不同，其产品颗粒度、形态等方面有着比较大的差别，这就需要根据实际情况来选择相应的输送机械。

图3 回转钢带冷凝造粒硫磺产品

图4 滚筒喷浆造粒硫磺产品

2 常用物料输送机性能及特点

物料输送机的类型比较多，限于文章篇幅，这里选择几种可能的、比较适合的如螺旋输送机、管链输送机、皮带输送机和斗式提升机来进行说明与探讨。

2.1 螺旋输送机

螺旋输送机是一种利用电机带动螺旋回转、利用旋转的螺旋叶片将物料推移而实现螺旋输送，输送物料克服自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机在结构型式上分为有轴和无轴螺旋两种，在外型上分为U型螺旋输送机和管式螺旋输送机。这种输送机根据安装形式，能够水平、倾斜或垂直安装输送物料，具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭运输等优点[10]。图5-图6为常见的管式有轴螺旋输送机及其螺旋机构简图。

图5 管式有轴螺旋输送机简图

图6 螺旋机构简图

管式螺旋输送机采用全封闭输送和易清洗的螺旋表面，可保证环境卫生和所送物料不受污染、无泄漏。螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式，具有扭矩大、能耗低、输送距离长等优点。

有轴螺旋输送机适用于输送无粘性干粉物料和小颗粒物料，如水泥、粉煤灰、石灰、粮等。无轴螺旋输送机适用于输送机有粘性、易缠绕的物料，如污泥、生物质、垃圾等。由于无轴螺旋输送机的螺旋无轴，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以较低速度运转、平稳传动、降低能耗，其能力是相同直径有轴螺旋输送机的1.5倍[11]。

2.2 管链输送机

管链输送机是一种在密闭管道内、以链片为传动构件，带动物料沿管道运动的输送设备。其工作原理是管内物料颗粒受链片推力，产生了物流侧压力，因而增强了物料的内摩擦力，当物料间的内摩擦力大于物料与管内壁的摩擦力及物料自重时，物料就随链片向上输送，形成连续料流。这种设备适宜输送小颗粒状及小块状等散状物料，可以水平、倾斜和垂直组合输送，一般用于精细化工、农药矿石、建筑材料、食品工业等[12]。图7为常见的管链输送机内部构造图。

图7 管链输送机内部构造图

2.3 皮带机输送机

皮带输送机主要有大倾角皮带输送机、挡边带式输送机、刮板皮带输送机、隧道式皮带输送机、普通皮带输送机等类型，其输送能力可以根据工程需要进行设计加工，分别应用于不同行业、具有不同规模的物料输送。图8为小型可移动普通皮带输送机，适用于输送物料数量不大的生产装置。

图8 小型可移动皮带输送机

大倾角皮带机是一种新型连续输送设备，与其它输送机相比，输送能力提高1.5～2倍，适用于输送密度为500～2500kg/m3，最大块度约为100～250mm的物料。其具有其通用性强、适用范围广、结构简单、维护方便、占用空间小且节省投资、便于布置等特点，因而在煤炭、电力、冶金、化工、粮食等行业被广泛推广使用[13]。

挡边带式输送机其结构是在平形橡胶运输带两侧粘上可自由伸缩的橡胶波形立式“裙边”，在裙边之间又粘有一定强度和弹性的横隔板组成匣形斗，使物料在斗中进行连续输送。挡边带式输送机广泛用于煤炭、粮食、建材、化工、水电和冶金等部门，在环境温度为-19℃～+40℃范围内，输送堆积比重为0.5-2.5t/m3的各种散状物料。对于输送有特殊要求的物料，如高温、具有酸、碱性、油类物质或有机溶剂等成分的物料，需采用特殊的挡边输送带[14]。

2.4 斗式提升机

斗式提升机利用一系列固接在牵引链或胶带上的料斗在竖直或接近竖直方向内向上运送散料[15]。图9为常见的垂直斗式提升机结构简图。斗式提升机适用于从低处往高处提升物料，料斗把物料从底部舀起，随着输送带或链提升到顶部，绕过顶轮后向下翻转将物料倾入接受槽内。

图9 垂直斗式提升机结构简图

斗式提升机的传动带一般采用橡胶带或皮带和铰链，皮带式传动带的料斗通常装在传动滚筒和上下面的改向滚筒上。铰链传动的斗式提升机一般装有两条平行的传动链，在料斗的上或下面有一对传动链轮和改向链轮。提升机的料斗通常为不锈钢和PP无毒材质。其传送量可根据需要调节传送速度，并随需选择提升高度。适用于食品、医药、化学工业品、螺丝、螺帽等产品的提升上料，可通过包装机的信号识别来控制机器的自动停启[16]。

3 硫磺成型过程适用输送机选型分析

如上所述，硫饼或硫膏因过滤工艺和造粒工艺不同、设备调试运行效果不同，硫膏及硫磺颗粒度、形态等方面有着比较大的差别。硫磺粉尘属于易燃易爆物品，粉尘与空气混合形成爆炸性混合物，可被静电点燃，悬浮于空气中的硫磺粉尘在浓度达到35 g/m3时便具有爆炸危险性，因此，这就相应输送机械的选型就显得尤为重要[17]。

3.1 硫饼输送机选型分析

根据图2所示的硫饼或硫膏的几种不同形态可以看出，硫饼或硫膏的含水量和存放时间，对其形态有比较大的影响，其形态或为饼状、膏状和干粉状，特别是含水量相对较高的硫饼或硫膏具有一定的粘性、湿度相对较高。因此，对于硫饼或硫膏类产品，宜采用具有封闭功能、不易泄露的螺旋输送机或管链输送机进行物料的输送。

3.2 硫磺颗粒输送选型分析

由于硫磺产品的特性，用于硫磺输送时应杜绝输送过程产生火花，避免硫磺挥发性气味的扩散，所以对密封性和防爆性要求比较高[18]。对于颗粒度及品质比较良好的颗粒硫磺，根据工程设计需要，可采用斗式提升机或皮带输送机。斗式提升机一般都装有机壳，以防止斗式提升机中粉尘飞扬，适用于低位提升，供应物料通过料斗后机器自动连续运转进行运送[19]。

4 结语

综上所述，针对硫膏和固体硫磺物料特性，作者结合近些年参与硫磺回收项目及相关物料输送设备、包装设备的技术应用，给出以下建议：1）硫膏的输送推荐使用管链输送机、固体硫磺的输送推荐使用斗式提升机；2）硫饼或硫膏有一定的湿度和粘性，不适宜采用斗式提升机进行物料的转输；3）选择物料输送机的过程中，够有效的控制物料泄漏扩散，防止有害物质传播；4）物料输送机应配套通风除尘装置，以满足环境卫生与安全要求；5）硫磺过程物料输送机应按照规定，选取适用于物料危险程度和防爆等级较高的电气设备。