新型熱回收裝置在石灰化灰工序的使用

辛嬌杰，李曉光，陳文鋒

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

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新型熱回收裝置在石灰化灰工序的使用

辛嬌杰，李曉光，陳文鋒

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

新型熱回收裝置在化灰余熱回收過程中收效明顯，通過一系列對比試驗(yàn)，節(jié)約大量熱量。同時有效降低裝置結(jié)疤，減少蒸汽排放，對氨堿法生產(chǎn)中的環(huán)境治理工作起到一定作用。

余熱回收；石灰工序；化灰；創(chuàng)效；環(huán)境治理

車間原有熱回收裝置在石灰窯化灰生產(chǎn)系統(tǒng)中起到余熱回收的作用，同時因余熱蒸汽中夾雜著部分氧化鈣顆粒，對環(huán)境產(chǎn)生一定影響，若能較好的利用、回收余熱，減少蒸汽排放量，那么對整套生產(chǎn)系統(tǒng)而言將可起到優(yōu)化工藝指標(biāo)、節(jié)約生產(chǎn)能耗，并且很大程度上改善周邊生產(chǎn)環(huán)境的作用。

1 化灰工序工藝流程

本工序是將石灰石煅燒工序制得的生石灰與渣漿或溫水在化灰機(jī)內(nèi)混合進(jìn)行消化反應(yīng)，制備合格的灰乳，供蒸餾工序回收氨及鹽水除鎂。同時將返石、返砂分離，并控制返砂中的有效鈣在工藝指標(biāo)之內(nèi)。石灰由灰倉下部的裙式加灰機(jī)送入化灰機(jī)前端，氯堿公司的渣漿來液，經(jīng)渣漿分配器后分別從化灰機(jī)前端進(jìn)入同溫水一齊隨石灰在機(jī)內(nèi)進(jìn)行順流消化，兩者在旋轉(zhuǎn)的化灰機(jī)內(nèi)經(jīng)抄板的推攪翻滾，由塊狀粉化成一定濃度的灰乳。同時由于反應(yīng)放熱，反應(yīng)熱隨蒸汽由尾氣排氣筒引入熱回收塔排出。

圖1 化灰設(shè)備流程圖

2 工藝流程中影響消化的主要因素

石灰乳粘稠度高對生產(chǎn)有利，石灰乳中懸浮粒子的分散程度很重要，粒子小易形成均勻不易沉降的乳狀物，便于輸送和使用，分散度高，有利于蒸氨過程中和NH4Cl充分反應(yīng)，有利于提高Ca(OH)2的利用率。化灰工序中消化用水的溫度是決定石灰乳粘稠度和灰乳懸浮粒子細(xì)膩程度的因素之一。消化用水溫度低，灰乳中懸浮粒子的分散度差，易沉積；消化用水保持較高溫度，可加速生石灰的消化，并呈現(xiàn)懸浮松軟細(xì)膩的粉末狀，分散度高，不易沉淀。因此化灰用水的水溫和水溫波動直接影響生石灰的消化過程。

我車間的化灰用水由三部分構(gòu)成，氯堿電石渣漿(三友集團(tuán)氯堿公司水解電石灰后產(chǎn)物，為集團(tuán)純堿公司石灰車間化灰工序提供渣漿，是我集團(tuán)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一大亮點(diǎn))、氧化塘回水(我公司回收的污水)及化灰做衛(wèi)生收集的各種雜水。夏季生產(chǎn)中，外部環(huán)境氣溫較高，混合后的化灰水溫能達(dá)到50 ℃以上，化灰效果較好，能夠滿足生產(chǎn)要求。但進(jìn)入秋冬季節(jié)后，氣溫較低或渣漿減量時化灰水溫較低，一般在30～40 ℃之間，化灰效果較差，嚴(yán)重影響石灰的消化和化灰機(jī)的生產(chǎn)能力。

通過全年季節(jié)氣溫的變化對灰乳濃度指標(biāo)的影響分析，可以判定化灰用水的溫度是優(yōu)化穩(wěn)定灰乳濃度指標(biāo)的重要因素。化灰水溫穩(wěn)定在50～60 ℃，灰乳濃度指標(biāo)(165～175 tt)月平均合格率可以提高至85%以上，大大降低了蒸氨工序的氨損。

3 主要設(shè)備升級改造

3.1 新型熱回收塔

根據(jù)車間現(xiàn)有設(shè)備能力分析，可用于提高消化用水溫度的設(shè)備有溫水高位槽和熱回收塔。溫水高位槽是通過將循環(huán)水和雜水混合攪拌，采用蒸汽底部離散直通的方法加熱，但由于蒸汽使用能耗高，經(jīng)濟(jì)效益不明顯，現(xiàn)已拆除。車間原有熱回收塔是采用塔體內(nèi)部纏繞水管道，利用石灰消化蒸汽自下而上的蒸騰作用，輔助管道中的水換熱，換熱效率較低，長期使用管道表層易生成結(jié)疤，不易清理。

要想解決上述制約水溫提高的問題，現(xiàn)有的水溫加熱設(shè)備不具備使用條件，因此公司通過改造創(chuàng)新，研制出一種新型熱回收塔。

該新型熱回收塔與老式熱回收塔在換熱原理上不同，老式熱回收塔是采用蒸汽副熱管道中的消化用水，加熱方式屬于間壁換熱原理。新型熱回收塔通過消化用水從頂部直接噴淋至塔體底部，通過回流管道輸送至化灰機(jī)內(nèi)，其間在塔體內(nèi)部與消化蒸汽直接換熱。從而提高了水溫，降低了蒸汽排放量，有效的利用了余熱，同時減少塔體內(nèi)部結(jié)疤，降低清理工作的強(qiáng)度。

3.2 具體改造情況簡介

1)熱回收塔換熱裝置大體分為上部進(jìn)液區(qū)、中部換熱區(qū)以及底部集液區(qū)三個部分。為了提高汽液流通面積，熱回收塔直徑增大至2 800 mm，上部、下部空間適當(dāng)增加。集液槽槽寬增加至470 mm，深度增加450 mm。

2)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中氯堿公司渣漿來量300～350 m3/h，選取進(jìn)液管徑為DN250。根據(jù)汽液逆流換熱原理，利用低溫液體接觸低溫氣體，高溫液體接觸高溫氣體的方法，可以有效提高換熱效率。將熱回收塔進(jìn)水設(shè)計(jì)為三層，頂層進(jìn)雜水(車間做衛(wèi)生等含有活性氧化鈣廢水且溫度較低)，中層以及下層進(jìn)氯堿公司渣漿來液(溫度較高)。每層均布8個噴嘴，上層使用DN40管，中、下層使用DN80管，為了防止噴嘴堵塞，采用敞開式噴水裝置結(jié)構(gòu)(類似石灰工序電除塵頂部噴嘴)。

3)下部集液區(qū)設(shè)計(jì)三層進(jìn)氣菌帽，成傘型結(jié)構(gòu)，氣帽邊緣成鋸齒狀，以增加汽液接觸面積，塔體下部外側(cè)安裝兩條DN500出液管線。在塔體中上部完成熱交換的大部分液體落到菌帽上后流入集液槽，少量液體與蒸汽換熱后直接落入集液槽，換熱后液體經(jīng)集液槽、出液管線導(dǎo)出后進(jìn)入化灰機(jī)。

4)在進(jìn)液管線與出液管線之間增加一條DN200回流管線，并安裝一臺氣動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)塔體進(jìn)、出液溫度、化灰機(jī)內(nèi)部壓力等情況隨時調(diào)節(jié)進(jìn)塔換熱液體流量。另外，在化灰機(jī)頭加灰機(jī)罩子處增加一條DN300管線接至斗提機(jī)頂部，保證管道內(nèi)部一定的真空度；管內(nèi)增加噴淋裝置，將排氣中的灰粉洗滌回收。這一系列措施有效的抑制了化灰機(jī)機(jī)頭由于阻力增加而造成的憋壓現(xiàn)象，保證化灰機(jī)機(jī)頭處無粉塵外溢。

4 設(shè)備使用情況

熱回收塔投用前，冬季外部環(huán)境氣溫較低，化灰機(jī)生產(chǎn)能力嚴(yán)重受到制約，消化不完全、灰乳指標(biāo)不穩(wěn)定、機(jī)尾返石中帶出灰乳等問題非常突出，對蒸氨工序的波動影響非常大。新型熱回收塔投用后，塔底部出液溫度比頂部進(jìn)液溫度增加14 ℃左右，在渣漿流量和灰乳流量、加灰機(jī)頻率基本相同的情況下，灰乳指標(biāo)波動減少，且全年平均灰乳溫度提高至91 ℃，平均提升2 ℃，大大降低了蒸氨工序的蒸汽消耗，減少了粉塵顆粒的外排，保護(hù)了周邊環(huán)境。

5 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過對設(shè)備的優(yōu)化改造和對生產(chǎn)操作過程中的問題改進(jìn)，2013年7月份車間2臺新型熱回收塔正式投入生產(chǎn)，經(jīng)過全年灰乳濃度報(bào)表統(tǒng)計(jì)，灰乳濃度合格率提高到85%以上，這一突破是工藝操作優(yōu)化、化灰用水溫度、生石灰的燒制等多方面因素的綜合結(jié)果，但是同樣和熱回收塔的成功改型投用密不可分的。

通過對熱回收塔使用前后的對比查定，在渣漿流量和灰乳流量、加灰機(jī)頻率基本相同的情況下，灰乳溫度升高了2 ℃，按440 m3/h的灰乳流量，灰乳比熱3.46 kJ/kg·K，密度1 220 kg/m3計(jì)，每小時回收熱量440×1 220×3.46×2=3 714 656 kJ，相當(dāng)于3.5 MPa的蒸汽(焓值3 302 kJ/kg)1 125 kg，蒸汽按110元/t計(jì)，每小時可節(jié)約123.75元。

圖2 2013年灰乳濃度生產(chǎn)指標(biāo)完成情況

新型塔體的研發(fā)、制作較目前國內(nèi)技術(shù)而言處于較先進(jìn)水平，投入跟產(chǎn)出性價(jià)比較高，在國內(nèi)同類項(xiàng)目中創(chuàng)效明顯。

[1] 中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992

[2] 化學(xué)工業(yè)部化工工藝配管設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.化工管路手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994

TQ114.16

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1005-8370(2016)02-44-03

2015-11-19

辛嬌杰(1986—)，大學(xué)本科，唐山三友化工股份有限公司技術(shù)員。