粉體流換熱器在輕質(zhì)純堿冷卻中的應(yīng)用

吳利彥，劉夢(mèng)濤

（石家莊天人化工設(shè)備集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 052160）

1 粉體流換熱器的介紹

粉體流換熱器是一種用于冷卻粉體或顆粒狀物料的換熱設(shè)備，由進(jìn)料倉(cāng)、傳熱板束、下料倉(cāng)和控制系統(tǒng)組成，這種創(chuàng)新性的技術(shù)結(jié)合了密相輸送原理及傳統(tǒng)板式換熱器設(shè)計(jì)思想。

粉體流換熱器的工作原理：物料以密相輸送的方式自上而下通過(guò)一系列垂直放置的傳熱板間的間隙通道，與傳熱板內(nèi)自下而上的冷卻水進(jìn)行間壁式換熱，物料在自上而下的移動(dòng)過(guò)程速度緩慢，以保證具有足夠的停留時(shí)間來(lái)降低物料溫度。設(shè)備下部裝有可調(diào)頻率的振蕩下料器，與控制系統(tǒng)相連，以確保設(shè)備最佳的運(yùn)行狀態(tài)和最佳的出料溫度。

粉體流換熱器優(yōu)勢(shì)：換熱效率高；運(yùn)行能耗低（小功率振動(dòng)電機(jī)）；粉塵污染??；柔緩下料，無(wú)物料降解現(xiàn)象；模塊化設(shè)計(jì)，占地面積??；無(wú)大的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及工作量少等。

2 選型方案及工藝流程確定

2.1 現(xiàn)狀

目前，某公司3＃煅燒爐的生產(chǎn)能力為20萬(wàn)t／a，配置兩臺(tái)10萬(wàn)t／a的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)，進(jìn)行輕灰的冷卻，槳葉式?jīng)鰤A機(jī)出現(xiàn)槳葉結(jié)疤嚴(yán)重，換熱效率嚴(yán)重下降，不能滿(mǎn)足工藝要求，鑒于此對(duì)其中一臺(tái)進(jìn)行改造，用設(shè)計(jì)能力10萬(wàn)t／a的粉體流換熱器取代其中一臺(tái)槳葉式?jīng)鰤A機(jī)。

圖1 工作原理圖

2.2 選型方案

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

介質(zhì) 輕灰

處理能力 10萬(wàn)t／a

堆積密度 500kg／m3

粒徑 100～200μm

安息角 36°

流動(dòng)性 良好

比熱 1.15kJ／kg·K

進(jìn)料溫度 120～130℃

出料溫度 60～70℃

冷卻水溫 40℃

2.2.2 通過(guò)計(jì)算確定設(shè)備參數(shù)如下

傳熱板尺寸為 1.2m×1.8m

傳熱板數(shù)量為 40片

傳熱板間距為 28.5mm

容積為 5.65m3

輕灰停留時(shí)間 13.5min

振動(dòng)電機(jī)功率 1.1kW／臺(tái)

2.2.3 工藝流程確定

在工藝設(shè)計(jì)初，主要考慮可能存在兩方面的問(wèn)題，第一是進(jìn)入粉體流換熱器內(nèi)的物料中有塊狀物料，可能在其板片間造成堵塞；第二是粉體流換熱器板片上形成結(jié)疤，影響傳熱效果，時(shí)間長(zhǎng)了，也會(huì)造成堵塞。對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，在工藝設(shè)計(jì)上，在進(jìn)粉體流換熱器之前讓物料先通過(guò)堿篩，使純堿內(nèi)部堿塊提前篩出來(lái)，避免堿塊對(duì)板式?jīng)鰤A機(jī)的堵塞；對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，首先明白其結(jié)疤的原因，是熱堿中存在大量的水汽，當(dāng)熱堿在降溫的同時(shí)，堿內(nèi)大量的水汽瞬時(shí)降溫冷凝，與純堿結(jié)合形成結(jié)疤粘附在傳熱板面上，所以在傳熱板的上下部分別通一定量的干空氣，并在堿篩內(nèi)部提前進(jìn)行除濕，使進(jìn)入設(shè)備的熱堿中水汽含量降低。解決了上面兩個(gè)問(wèn)題后，涼堿系統(tǒng)的工藝基本確定。另外，為防止誤操作和上系統(tǒng)來(lái)料不穩(wěn)對(duì)其它運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的損壞，在粉體流換熱器的進(jìn)料倉(cāng)上開(kāi)有溢料口直接到堿倉(cāng)。

圖2 工藝流程圖

3 粉體流換熱器運(yùn)行情況匯總

通過(guò)12月份近10天的運(yùn)行。雖然還存在一些不足之處，但總體運(yùn)行情況比較理想，現(xiàn)取部分運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1。

表1 12月11日運(yùn)行數(shù)據(jù)

因?yàn)樵囓?chē)時(shí)3＃煅燒爐正在減量運(yùn)行，該爐超過(guò)2／3的產(chǎn)量經(jīng)過(guò)粉體流換熱器，計(jì)算本粉體流生產(chǎn)負(fù)荷如表2 。

表2 12月13日～17日粉體流生產(chǎn)負(fù)荷

4 結(jié) 論

1）12月10日投料（約11t／h）后，經(jīng)過(guò)1h的穩(wěn)定運(yùn)行，各工藝指標(biāo)如下：進(jìn)堿溫度120～130℃，出堿溫度65～70℃，進(jìn)水溫度40～46℃，進(jìn)水壓力0.2MPa，出水溫度48～55℃。從出堿溫度指標(biāo)分析，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，并低于其它涼堿設(shè)備。

2）涼堿機(jī)連續(xù)運(yùn)行10天后，打開(kāi)檢修孔觀(guān)察結(jié)疤情況，進(jìn)料倉(cāng)有少量塊堿和片堿，傳熱板上無(wú)結(jié)疤。

圖3 停車(chē)后內(nèi)部圖

3）從運(yùn)行情況看，料位控制系統(tǒng)使用較理想，使進(jìn)料量與出料量達(dá)到一致，能夠保持滿(mǎn)料位運(yùn)行。

4）從運(yùn)行情況看，還存在三方面有待解決的問(wèn)題，第一，循環(huán)水（廢淡液）流量波動(dòng)大，需提供足夠穩(wěn)定的水源；第二，由于輕灰濕氣含量大，需要一定的引風(fēng)除濕系統(tǒng)，現(xiàn)有系統(tǒng)能力小且配置的引風(fēng)管為水平設(shè)置，較易堵塞，需進(jìn)一步解決；第三，堿篩篩網(wǎng)及篩壁上易形成塊堿或片堿，隨堿篩絞龍進(jìn)入板式?jīng)鰤A機(jī)堆積在進(jìn)料倉(cāng)，影響布料，堵塞傳熱板通道，需進(jìn)一步解決。

5 與現(xiàn)有的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)對(duì)比

1）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)與粉體流換熱器的工藝流程相差不大，其配套及附屬設(shè)備相差不大，只不過(guò)堿篩的位置不同。

2）兩者投資費(fèi)用相當(dāng)。

3）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)為運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，維修頻繁，而粉體流換熱器幾乎無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件。

4）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)的裝機(jī)容量大，以10萬(wàn)t處理能力為例，槳葉式的電機(jī)功率為30kW，而粉體流的電機(jī)功率為2.2kW，全年耗電比槳葉式省222 400 kW·h，電費(fèi)按0.3元／kW·h，全年運(yùn)行費(fèi)用省66.72萬(wàn)元，一年內(nèi)就能收回投資。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)運(yùn)行情況的總結(jié)及與槳葉式?jīng)鰤A機(jī)的對(duì)比，突出了粉體流換熱器高效節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，是一種低成本、低能耗、粉塵污染小的新一代輕灰冷卻裝置。

［1］ 中國(guó)純堿工業(yè)協(xié)會(huì).純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990

［2］ 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995