金属丝网液硫过滤器在硫磺制酸装置中的应用

1、概述
　　为了配套400 kt/a硫基氮磷钾复合肥的生产,于2000年5月建成目前国内规模最大的单系列400 kt/a硫磺制酸装置。该装置以进口固体硫磺为原料,固体硫磺在运输、堆贮过程中不可避免地混入泥沙和尘土;同时在加石灰中和酸度时所产生的沉淀物及石灰中的杂质也增加了灰分含量。这些灰分如不除去,会被炉气带入焚硫及转化工序,势必会引起火管锅炉、转化器催化剂层阻力的增加,影响装置的稳定运行。由于液硫相对密度较大(140℃时为1.79 g/cm³),所以只靠重力沉降很难除去灰分,而且沉降所需停留时间长,设备规格和占地面积较大,投资高,清渣困难;另外沉渣中含硫高,降低了硫利用率。因此,对于大型硫磺制酸装置来说,仅靠重力沉降除去液硫中的灰分是不行的,必须加过滤器。
　　目前国内硫磺预处理的过滤器主要有进口加压叶片式和国产烧结金属丝网式两种。进口液硫过滤器价格太高(我们当时询价为34.7万美元/台);而国产过滤器是刚开发的设备,通过小试效果较好。因此经过反复论证,我们决定采用国产液流过滤器。

2、金属丝网液硫过滤器的工作原理
　　该过滤器由北京钢铁研究总院安泰科技股份有限公司开发、制造。此前,该公司曾用一台小型的过滤器在我公司25 kt/a硫磺制酸装置中做过实验,过滤效果较好。
　　金属丝网液硫过滤器采用刚性烧结316 L丝网做成的滤管作为过滤元件,液硫在压力作用下通过滤管的微孔进入滤管制得精硫,而灰分则会附着在滤管的外表面形成滤渣,用蒸汽反吹滤渣后过滤器获得清洗再生。工作原理如图1。具体操作过程如下:经过初步澄清的液硫由泵送来,经过1#阀门进入液硫过滤器,此时1#、2#阀门全开,3#阀门根据底部压力调整回流量,4#、5#阀门全关。过滤一段时间后可适当关小3#阀门,调整过滤量直至全部关闭。待底部压力大于等于700 kPa时停止过滤,准备用蒸汽反吹。反吹时,关闭1#、2#阀门,全开3#阀门,待过滤器内液硫全部回流到澄清池时,关闭3#阀门,打开5#阀门让蒸汽进入过滤器内,待上部压力达到500 kPa时,迅速开启4#阀门把滤渣排入渣池,然后关闭4#阀门,待达到规定的压力后再进行反吹。如此操作3~4次,保证过滤器内的滤渣全部排出。上述为液硫过滤操作的一个周期。

　　与国外加压叶式过滤器相比,该过滤器不需加入硅藻土作为助滤剂,因此也就不用设置助滤剂预涂槽及搅拌等设备。

3、液硫过滤器的运行情况
　　3.1　设计基本参数
　　过滤能力每台10 t/h;过滤精度30μm;过滤面积4.71 m2/台;过滤管规格50 mm×5 mm、长1 000 mm,材质为316 L,共30根;作业周期16 h;反吹蒸汽压力为500 kPa(表压);底部工作压力为300~700 kPa;采用4台并联,设计的运行方式为2开1备1反吹。
　　3.2　运行情况
　　该液硫过滤器于2000年5月投入运行,实际过滤量每台8 t/h,运行近2个月后,其过滤量逐渐降至每台5~6 t/h,而且作业周期短,运行8 h就需反吹一次,因此只能4台全开以维持正常生产。随着运行时间的延长,过滤能力逐步降低,反吹更加频繁。至2000年底,每台过滤量仅为3~4 t/h,已不能满足正常生产的要求。2001年1月,厂方把所有过滤管返回处理,重新安装后又运行了10 d左右,刚开始时每台过滤量可达8 t/h,但随后过滤量又逐步下降。
　　根据厂方和我公司技术人员分析认为:a.反吹蒸汽压力低于过滤时液硫的压力,不能彻底吹除渗入滤孔内的杂质,使其滤孔阻塞,过滤面积逐步减少,从而导致过滤能力偏低。b.反吹时要进一步完善脉冲式反吹操作要点,使滤网表面杂质能均匀脱落,确保过滤器的过滤能力。
　　4月份我们把反吹蒸汽压力提高到800 kPa,并且在反吹操作时,控制蒸汽压力在600~800kPa递增下反吹5次。结果过滤能力明显提高,达每台8~9 t/h,作业周期也延长到16 h,现已连续稳定运行5个月,过滤后所得精硫灰分(质量分数)为0.01%。

4、存在问题
　　4.1　操作过程较为复杂,工人劳动强度大完成一个过滤操作周期需对至少20个阀门各开关一次,有的甚至开关5次,而且保温球阀开关不灵活,又不在同一平面上,所以上上下下来回操作,增大了工人劳动强度,且耗时长(一个周期需两个工人1 h)。厂方曾推荐使用进口自动排渣阀,约8万美元/只,价格昂贵,同时考虑到安全因素最终未能采用。下一步我公司将针对该过滤器反吹操作劳动强度大的问题作进一步的改造和完善。
　　4.2　蒸汽管道易堵塞
　　由于过滤器的反吹蒸汽接管没有夹套,而且蒸汽阀门采用普通的截止阀,所以在运行中液硫充满蒸汽接管及阀门,形成死角,并渐渐凝结、固化,以致蒸汽不能进入过滤器内,无法进行反吹。于是对接管进行改造,在其外面加一套管,做成蒸汽夹套,但有时阀门仍然会被凝结的硫磺阻塞。因此建议选用带蒸汽夹套的阀门来代替普通截止阀。