重灰爐出低溫堿的原因分析及解決措施

張彪

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

0 引言

重灰，又稱重質(zhì)純堿、重質(zhì)堿，化學(xué)成分為Na2CO3，是純堿一種常見的產(chǎn)品類別，產(chǎn)品程白色顆粒狀，堆積密度一般為0.85～1.2g/mL，因其堆積密度大于輕灰(又稱輕質(zhì)純堿、輕質(zhì)堿)而得名。

重灰有著揚(yáng)塵小、不宜吸潮板結(jié)、化學(xué)性能穩(wěn)定、裝運(yùn)成本低于輕灰等眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是玻璃行業(yè)，使用重灰可有效延長玻璃窯爐的運(yùn)行周期，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。在我國純堿總產(chǎn)能中，重灰產(chǎn)品產(chǎn)能約占75%，遠(yuǎn)超輕灰投放市場總量。

在我國純堿企業(yè)中，重灰的生產(chǎn)大多采用輕灰水合生產(chǎn)一水碳酸鈉，再經(jīng)煅燒脫水干燥工藝生產(chǎn)，根據(jù)輕灰的水合過程一水碳酸鈉生成原理及工藝的不同分為液相水合法與固相水合法；根據(jù)一水碳酸鈉煅燒脫水干燥設(shè)備選型不同分為回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐工藝和流態(tài)化蒸汽煅燒爐工藝，因國內(nèi)純堿企業(yè)較多選用回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐；又根據(jù)煅燒爐返堿形式不同分為外返堿蒸汽煅燒爐和內(nèi)返堿式蒸汽煅燒爐。另外，國內(nèi)外還有少量純堿企業(yè)采用物理擠壓法生產(chǎn)重灰。

理論上，109℃以上時(shí)，一水碳酸鈉將開始逐漸脫水生成無水碳酸鈉重灰，但根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一水碳酸鈉在煅燒爐內(nèi)經(jīng)蒸汽間壁式加熱脫水，煅燒爐出堿溫度在150℃以上時(shí)，才可以保證一水碳酸鈉完全脫水生成含水率(含游離水和結(jié)合水)合格的重灰，當(dāng)出堿溫度高于190℃時(shí)，將會(huì)增加蒸汽煅燒爐的蒸汽消耗，造成能耗損失增大，故行業(yè)內(nèi)一般將煅燒爐出堿溫度控制在150～190℃。

1 重灰煅燒爐出低溫堿影響因素分析

本文就行業(yè)通用的回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐為例，分析探討出低溫堿的影響因素。

1.1 煅燒爐超負(fù)荷運(yùn)行

煅燒爐進(jìn)入一水碳酸鈉實(shí)際作業(yè)量超出煅燒爐作業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)荷，將導(dǎo)致煅燒爐內(nèi)一水碳酸鈉換熱反應(yīng)不充分，其原因?yàn)殪褵隣t進(jìn)爐蒸汽量提供的熱負(fù)荷不足以加熱干燥一水碳酸鈉脫水所需熱量，最終導(dǎo)致煅燒爐出堿溫度低于預(yù)期值，使得出爐重灰夾帶未完全脫水反應(yīng)的一水碳酸鈉，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。

1.2 煅燒爐進(jìn)爐蒸汽壓力、溫度低

重灰回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐為回轉(zhuǎn)式蒸汽與一水碳酸鈉間壁式換熱式設(shè)備，其熱負(fù)荷由進(jìn)爐過熱蒸汽提供。過熱蒸汽在煅燒爐內(nèi)發(fā)生相變冷凝為冷凝水，釋放潛熱通過加熱管壁面?zhèn)鬟f給一水碳酸鈉用于加熱干燥一水碳酸鈉發(fā)生脫水反應(yīng)。煅燒爐進(jìn)爐蒸汽低于設(shè)計(jì)壓力比例較大值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致蒸汽釋放潛熱量不足以滿足一水碳酸鈉加熱干燥所需熱量，則會(huì)導(dǎo)致煅燒爐出低溫不合格產(chǎn)品。

進(jìn)爐蒸汽溫度過低則會(huì)導(dǎo)致傳熱溫差不足，使得換熱效果降低，導(dǎo)致煅燒爐出低溫堿。

1.3 爐內(nèi)結(jié)疤嚴(yán)重

常見的重灰煅燒爐基本均為蒸汽與物料間壁式換熱設(shè)備，通常情況下，為了增加傳熱面積、提高加熱管外壁防結(jié)疤能力，一般將加熱管設(shè)計(jì)為外環(huán)翅片式加熱管，保證加熱管壁面有效傳熱是保證重灰煅燒爐生產(chǎn)能力的基本條件。在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，我們偶爾會(huì)遇到作業(yè)負(fù)荷、進(jìn)爐蒸汽溫度壓力、進(jìn)料指標(biāo)均處于正常狀態(tài)，但煅燒爐出堿溫度較差，且呈現(xiàn)不穩(wěn)定、不規(guī)律的波動(dòng)，此時(shí)我們要考慮檢查爐內(nèi)，判定加熱管是否結(jié)疤。

一般情況下，加熱管結(jié)疤的主要原因有以下幾個(gè)方面：

(1)加熱管泄漏。造成管內(nèi)蒸汽(冷凝水)傳入加熱管外側(cè)，與爐內(nèi)存灰混合，導(dǎo)致加熱管局部結(jié)疤，此種情況不易發(fā)現(xiàn)，局部結(jié)疤對(duì)煅燒爐換熱能力影響相對(duì)較弱，但在煅燒爐出堿中常見因受力而脫落的疤塊，或?qū)⒂绊懏a(chǎn)品質(zhì)量，也應(yīng)引起重視。

(2)進(jìn)料一水碳酸鈉水分過大。一水碳酸鈉水分過大時(shí)，或與爐頭返堿混合不充分進(jìn)入煅燒爐加熱段后，容易導(dǎo)致煅燒爐加熱段加熱管壁結(jié)疤，此種情況較為嚴(yán)重，常見的現(xiàn)象是造成煅燒爐換熱效率嚴(yán)重下降，使得煅燒爐出堿溫度持續(xù)偏低。

(3)煅燒爐爐氣出氣系統(tǒng)不暢。一水碳酸鈉在煅燒爐內(nèi)與管內(nèi)蒸汽換熱后，形成含堿塵高溫濕空氣(即爐氣)由引風(fēng)機(jī)排至洗滌塔處理。當(dāng)爐氣排氣系統(tǒng)不暢時(shí)，容易導(dǎo)致濕空氣在煅燒爐頭集聚，遇低溫或出氣系統(tǒng)壁面后凝結(jié)回落，易導(dǎo)致煅燒爐內(nèi)爐頭段發(fā)生粘爐現(xiàn)象，導(dǎo)致煅燒爐換熱效率降低，從而影響煅燒爐出堿溫度波動(dòng)。

1.4 返堿量不足

煅燒爐設(shè)計(jì)時(shí)，考慮一水碳酸鈉易結(jié)疤，故在煅燒爐設(shè)計(jì)增加返堿(煅燒分自身返堿與外返堿兩種形式)，即將爐尾高溫出料返回至爐頭，用于與一水碳酸鈉混合，形成濕度低、易分散的混合料，再進(jìn)入煅燒爐內(nèi)進(jìn)行干燥脫水。若因煅燒爐內(nèi)存灰量低、返堿管不暢通(自身返堿煅燒爐)、返堿控制閥失靈、返堿管堵、外返堿設(shè)備故障等原因，造成煅燒爐返堿量不足后，很容易導(dǎo)致煅燒爐處于低返堿狀態(tài)，從而引起爐處理能力下降，致使出堿溫度降低。

2 解決措施分析

結(jié)合上述原因分析，結(jié)合筆者在生產(chǎn)實(shí)踐中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)重灰煅燒爐出堿溫度低的現(xiàn)象，提出如下解決措施。

2.1 合理控制煅燒爐作業(yè)負(fù)荷

維持煅燒爐正常作業(yè)負(fù)荷是保證煅燒爐穩(wěn)定、正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。根據(jù)煅燒爐設(shè)計(jì)負(fù)荷量進(jìn)行煅燒爐的操作控制，是維持煅燒爐各項(xiàng)性能指標(biāo)有效可控，保證煅燒爐安全運(yùn)行的前提。各生產(chǎn)單位要引導(dǎo)操作人員嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，不超量、不超負(fù)荷的控制煅燒爐生產(chǎn)作業(yè)量。

2.2 穩(wěn)定控制煅燒爐進(jìn)汽指標(biāo)

蒸汽煅燒爐進(jìn)汽指標(biāo)是保證煅燒爐換熱能力，維持相對(duì)恒定熱負(fù)荷和傳熱推動(dòng)力的基礎(chǔ)條件。因此，密切關(guān)注煅燒爐進(jìn)汽指標(biāo)也是保障煅燒爐平穩(wěn)運(yùn)行的必備條件，一般建議有條件的生產(chǎn)企業(yè)可以考慮應(yīng)用先控技術(shù)，對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)、降低消耗有著一定的意義。

2.3 善于控制煅燒爐技術(shù)指標(biāo)，穩(wěn)定運(yùn)行

回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐屬于動(dòng)態(tài)非均一穩(wěn)定的汽-固換熱設(shè)備，煅燒爐內(nèi)的存灰會(huì)隨著煅燒爐的旋轉(zhuǎn)而不停的翻動(dòng)，加熱管內(nèi)的蒸汽隨著換熱過程的進(jìn)行及煅燒爐的旋轉(zhuǎn)，由爐尾進(jìn)汽-疏水旋轉(zhuǎn)接頭自動(dòng)的控制加熱管的進(jìn)汽與疏水交替進(jìn)行，由文中分析煅燒爐穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素也較為復(fù)雜，所以培養(yǎng)合格司爐人員，善于操作控制進(jìn)爐、出爐各物料的參數(shù)是穩(wěn)定煅燒爐，避免低溫堿出現(xiàn)的又一關(guān)鍵因素。

2.4 維持合理返堿量

返堿量對(duì)于煅燒爐操作有著十分重要的作用，返堿與爐頭進(jìn)一水合碳酸鈉混合過程既可保證物料進(jìn)入煅燒脫水區(qū)的狀態(tài)，又對(duì)煅燒爐的壽命有著重要影響，尤其是對(duì)于自身返堿煅燒爐，返堿有爐頭外壁返回爐頭過程又可減少爐體與外環(huán)境的散熱，對(duì)穩(wěn)定煅燒爐穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。

3 結(jié)語

通過試產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐出低溫堿的影響因素及處置措施進(jìn)行了逐一分析，希望能夠?qū)儔A化工生產(chǎn)起到積極引導(dǎo)作用。