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38燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5硫铵结晶槽与结晶泵的选型及操作马腾司少龙李富贵贾亚宏 （山西亚鑫新能科技有限公司，太原030000）摘要：根据硫铵工段生产运行情况，分析了硫铵结晶槽及结晶泵对硫铵产品颗粒大小的影响，并提出了相应的优化措施。关键词：结晶槽；结晶泵；硫铵；颗粒大小 中图分类号：TQ522.52文献标识码：A文章编号：1001-3709（2023）05-0038-03Selection and operation of ammonium sulfide crystallizing tank andcrystallizing pumpMa TengSi ShaolongLi Fugui Jia Yahong（Shanxi Yaxin New Energy Technology Co.，Ltd.，Taiyuan030000，China）Abstract:According to the operating conditions of ammonium sulfate unit，the influence of ammonium sulfate crystallizing tank and crystallizing pump on the particle size of ammonium sulfate product is analyzed，and the corresponding measures are proposed in this paper for optimization.Key words：Crystallizing tank；Crystallizing pump；Ammonium sulfate；Particle size硫铵生产是焦炉煤气净化过程的重要工序，能防止焦炉煤气中的氨对设备管道腐蚀以及减少对甲醇合成催化剂的影响，还能获得农业生产所需化肥1。山西亚鑫新能科技有限公司采用喷淋式饱和器法生产硫铵，分二期建设，每期煤气处理量（干气）为77 602 Nm3/h。在硫铵生产过程中，设备选型是否合理不仅影响硫铵工段稳定生产，还对工段的能耗控制有重要作用。山西亚鑫新能科技有限公司硫铵工段在生产运行中遇到硫铵颗粒细小、喷淋式饱和器内结料严重等问题，经技术人员仔细排查，发现这些问题与结晶槽选型和结晶泵操作有着密切关系2。在焦化行业内，对结晶槽、结晶泵的相关研究文献较少，下面对生产情况进行分析，探讨设备选型、工艺设计及操作对生产的影响。1结晶槽选型及结晶泵操作对生产的影响结晶槽选型和结晶泵流量是影响硫铵系统生产平衡和稳定运行的主要因素。收稿日期：2023-02-23作者简介：马腾（1982-），男，工程师1.1对硫铵颗粒大小的影响硫铵结晶槽又名选粒器，从名称上可看出对硫铵颗粒大小的影响程度。当结晶泵送入结晶槽的母液流量较小时，母液中的大颗粒硫铵晶体在结晶槽内分离，小颗粒硫铵沉积在结晶槽底部，大部分晶体颗粒不参与系统循环，不利于晶体颗粒持续长大，导致硫铵产品下料过程中粉尘较多，现场生产环境恶劣。当结晶泵送入结晶槽的母液流量较大时，母液由切线管道沿结晶槽壁切线进入结晶槽的流速升高，产生的分离离心力增大，但停留时间缩短，不利于母液、晶体分离，导致硫铵颗粒大小不均匀。如何生产大颗粒硫铵产品成为改善硫铵质量的重要方向。1.2对喷淋式饱和器运行的影响当结晶泵母液流量较小时，硫铵晶体颗粒在饱和器底部沉积，导致喷淋式饱和器中心降液管堵塞，造成喷淋式饱和器阻力过高。当结晶泵母液流量过大时，结晶槽内的硫铵晶体颗粒不易沉淀，容易使喷淋式饱和器中母液成浆糊状，导致喷淋式饱39燃 料 与 化 工Fuel&Chemical Processes2023 年 9 月第 54 卷第 5 期和器内上室、下室及附属管道全部结晶堵塞，造成喷淋式饱和器阻力急剧升高，饱和器操作紊乱，以及饱和器后煤气含氨量升高。2结晶槽的分类及工作原理目前结晶槽的选型基本分为2种，一种是中间带杯型构件的结晶槽，另一种是采用水力旋流结构的结晶槽。2.1带杯型构件结晶槽工作原理带杯型构件晶槽的晶体分离在杯型构件中进行，结晶槽仅作为存储离心机生产所需母液的储料仓。杯型构件深入设备内部，杯型构件内装有向下扩宽的供料管，供料颗粒管通入固定的杯型构件下段漏斗。硫铵母液通过供料管进入，从漏斗折回，上升到选粒截面，较大晶体颗粒的沉降速度大于液体上升速度，便会通过杯型构件与漏斗间的间隙排入结晶槽内。2.2水力旋流结构结晶槽工作原理水力旋流结晶槽结构简单，制作方便，基本不需要后期维护，目前是国内结晶槽选型的主流设备，结构如图1所示。硫铵母液从左侧进口进入，沿着结晶槽壁板做切线运动。硫铵母液中大颗粒晶体在离心力和重力的作用下向下沉淀，小颗粒受浮力影响，随母液从右侧溢流口流出，进入饱和器。该公司采用中冶焦耐公司设计的水力旋流结构结晶槽，槽体直径为2 m，母液进口管径为80 mm。本文以该公司使用的结晶槽槽体为模板，根据结晶槽内旋流体公式及相关数据，得出计算结果，并对操作进行优化。3水力旋流结构结晶槽的设计选型及结晶泵 操作要点在项目建设时，需要根据生产工况对设备进行选型。先计算出结晶泵流量，再根据结晶泵流量及硫铵产品最大产量等推算出水力旋流结构结晶槽的规格。3.1水力旋流结构结晶槽的设计选型根据焦化设计参考手册的要求对结晶槽进行计算选型，生产1 t/h硫铵产品，水力旋流结构结晶槽容积为23 m33。按照新项目单套系统实际焦炉煤气发生量最高为100 000 Nm3/h，含氨量6 g/Nm3，硫铵产品含水率2%计算得出：单套系统硫铵产品产量最大为2.34 t/h，水力旋流结构结晶槽有效容积应为4.687.02 m3。该公司使用的水力旋流结构结晶槽有效容积为4.71 m3，因为容积偏小，所以在生产过程中结晶泵的流量调节空间相对较小。根据母液循环量对结晶泵进行计算选型，结晶泵母液循环量应为硫铵产品产量的十倍值，即23.4 m3/h4。若采用带杯型构件结晶槽，杯型构件为主要水力分离设备，根据浮选固体含量不超30%，水力界面上升液体流速为5 cm/s时，能有效分离母液中固体晶体得出5：带杯型构件结晶槽内的杯型构件直径为407 mm。若采用水力旋流式结晶槽，则根据重力、离心力的合力与浮力之差确定水力旋流式结晶槽直径大小，喷淋式饱和器结晶槽进料口管径为80 mm，进入旋流器母液流速为1.294 m/s，由经验公式得出紧靠旋流器的切线速度为0.191 5 m/s。对于具有一定粒径的硫铵固体颗粒，沉降速度为零的平面就是该类型旋流器固体颗粒的沉降面，其沉降面周边的固体颗粒最终向该面聚拢。一般要求颗粒直径0.25 mm以上的硫铵产品不小于50%。因为流体径向速度很小，暂时速度取为0.01 m/s，反向推导出旋流体直径为1.6 m，所以在此生产工况下可考虑选择容积为4.687.02 m3，直径1.6 m以上的水力旋流结构结晶槽。3.2结晶泵操作要点在生产过程中，由于水力旋流结构结晶槽的尺寸已经选定，要提高硫铵产品颗粒直径需通过调节结晶泵母液的流量来实现。本文采用最大切向速度轨迹生产能力计算法6，对一定结构的水力旋流器1 685 mm3 335 mm1 300 mm2 0168B1图 1 水力旋流结构结晶槽40燃 料 与 化 工Fuel&Chemical ProcessesSep.2023Vol.54 No.5而言，只要确定了水力旋流器的供液压力降，就可确定系统循环流量，若达到最大压力降，即靠近设备壁板处于最大切线速度，中心侧压力为零。流体计算公式简化为公式（1）和公式（2）。式中：Q为生产系统处理量，t/h；D为旋流体直径，cm；di为进液管直径，cm；d0为此处约等于进液管直径，cm；为流体密度，取1.26 t/m3；r为旋流系统直径，m；P为压力降，在公式（1）中单位为MPa，在公式（2）中单位为Pa。根据公式（1）和公式（2）计算得出结晶泵母液质量流量Q=68.66 t/h，体积流量Qv=54.49 m3/h。根据固体颗粒受力公式，可看出当固体颗粒度一定时，进料速度越大，分离速度越快。即在同样离心力下，进料速度越大，分离的固体颗粒直径越小。硫铵颗粒直径过小会影响产品质量；同时进入大量母液，会对水力旋流结构结晶槽分离能力产生不良影响。从水力旋流结构结晶槽的内部结构分析，母液进液量过大会引起旋流体内和主流相同方向的轴向速度及与其垂直的径向速度升高，导致固体颗粒迁移阻力增加，旋流体内部沉降时间缩短，不利于固体颗粒分离。目前几乎所有数学建模都认为固体颗粒在旋流体内有足够分离时间，但实际上旋流体区域内固体颗粒在足够大的离心力作用下沉降时，会随母液产生轴向运动，导致沉降分离时间不足，固体颗粒没来得及运动到水力旋流结构结晶槽底部，就随母液到达溢流口排出，回流至喷淋式饱和器内。同时，母液进液量增大引起旋流体内部雷诺系数增大，导致水力旋流结构结晶槽的分离效率降低。为更好地分离硫铵固体颗粒，需将母液进液量控制在合适范围。结合该公司硫铵工段生产工况及水力旋流结构结晶槽的尺寸，可推导出结晶泵运行负荷的下限和上限，即结晶泵母液流量控制在23.4 m3/h Qv 54.49 m3/h。将母液流量控制接近下限，可分离出较大的硫铵固体颗粒。4结语结晶槽选型与结晶泵流量对硫铵产品颗粒大小有着重要影响。工艺设计决定设备选型，设备选型影响工艺运行参数。该公司经过研究分析，及时调整工艺运行参数，加强岗位精细化操作，控制好结晶泵流量，充分发挥现有设备的功能，解决了饱和器频繁堵塞的问题，实现了大颗粒硫铵生产，提高了硫铵产品质量，实现了高产稳产。参考文献 1 于振东，郑文华.现代焦化生产技术手册M.北京：冶金工业出版社，2010：723-727.2 田中健.大颗粒硫铵的生产经验J.燃料与化工，2004，35（3）：54-56.3 焦化设计参考资料编写组.焦化设计参考资料 下册M.北京：冶金工业出版社，1980：143.4 范守谦，谢兴衍.焦炉煤气净化生产设计手册M.北京：冶金工业出版社，2012：58.5 巴什莱著，虞继舜编译.焦化化产品回收与加工（俄）M.北京：冶金工业出版社,1996：51.6 梁政，王进全，任连城，等.固液分离水力旋流器流场理论研究M.北京：石油工业出版社，2011：96.甘李军编辑p 1.51.28-1Q=2.69Ddi Dd。（1）37.53r37.53r37.54r8rrp=pk-p=3125 -1（2）