孟慶華，陳愛紋，王 磊

（南化集團(tuán)連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

連云港堿廠建廠初期有重灰煅燒爐兩臺(tái)，配套的重灰立式沸騰涼堿爐兩臺(tái)，在多年使用過程中，存在一些影響重灰冷卻的問題，其中夏季尤為突出。2013年7月，我廠通過技改將該立式沸騰涼堿爐更換為加拿大粉體流冷卻科學(xué)公司（Solex）生產(chǎn)的粉體流重灰涼堿機(jī)，這種粉體流涼堿機(jī)在國內(nèi)特別是純堿生產(chǎn)企業(yè)使用較少。本文通過純堿生產(chǎn)中不同的冷卻系統(tǒng)的原理和實(shí)際使用效果的對(duì)比，對(duì)其進(jìn)行總結(jié)分析。

1 常用的涼堿設(shè)備

純堿企業(yè)用于輕重灰冷卻常用的涼堿設(shè)備有沸騰涼堿爐和槳葉式?jīng)鰤A機(jī)。我廠在1986年建廠初期，輕灰使用的是立式沸騰涼堿爐，2004年通過改造新增成都天保生產(chǎn)的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)，目前有三套槳葉式?jīng)鰤A機(jī)和一套立式沸騰涼堿爐。重灰的冷卻主要是兩套沸騰涼堿爐。

1.1 沸騰涼堿爐

1）結(jié)構(gòu)和工作原理

立式沸騰涼堿爐為鋼制筒狀結(jié)構(gòu)，總高8.8m，爐上段直徑4.0m，為氣塵分離段；爐下段直徑3.2m，為冷卻段，內(nèi)設(shè)六組冷卻排管，總換熱面積為160.2m2。爐體中部有進(jìn)料口，用螺旋運(yùn)輸機(jī)進(jìn)料，進(jìn)料能力為28t／h，下部有出料口，用星形卸料器出料，底部設(shè)有氣體分布板，距爐底端1.5m，分布板上面設(shè)“S”型攪耙，由爐底端電機(jī)以齒輪傳動(dòng)方式帶動(dòng)攪耙轉(zhuǎn)動(dòng)。分布板下為氣室。爐體由二樓、三樓樓板支撐。

爐體上段為氣塵分離段，下段為冷卻段。底部是氣體分布板，分布板下為氣室。涼堿爐冷卻是通過鼓風(fēng)機(jī)將清潔的空氣鼓進(jìn)氣室，通過分布板的小孔達(dá)到一定壓力，使熱堿均勻沸騰，與冷卻排管充分接觸冷卻。冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵打入冷卻排管循環(huán)進(jìn)行冷熱交換。夾帶堿塵的爐氣，由引風(fēng)機(jī)引出爐體進(jìn)行分離、除塵、洗滌和排放。

2）存在的缺陷

因冷卻原理和方式的原因，立式沸騰涼堿爐存在一些缺陷：①爐內(nèi)氣室分布板直接吸入冷空氣，冷熱交換時(shí)，易結(jié)疤，堵塞分布板上的小孔，使氣量分布不均。②冷卻排管由于長(zhǎng)期工作已腐蝕嚴(yán)重，另外其間易結(jié)堿塊，難以實(shí)現(xiàn)物料充分接觸，熱效果差。③沸騰涼堿爐攪耙故障率較高。④夏季的出堿溫度達(dá)90～100℃，有時(shí)超過100℃，對(duì)輸送皮帶、包裝袋、包裝人員以及產(chǎn)品質(zhì)量都有不同程度的影響。

1.2 槳葉式?jīng)鰤A機(jī)

1）主要工作原理

該設(shè)備由殼體、雙螺旋軸、葉片（內(nèi)有循環(huán)水道）及傳動(dòng)裝置等部件構(gòu)成。生產(chǎn)能力為30t／h，換熱面積59.5m2。雙螺旋軸為空心軸，循環(huán)冷卻水進(jìn)入軸內(nèi)與純堿間接換熱，純堿被充分冷卻。

2）存在的缺陷

①攪拌葉片由于長(zhǎng)時(shí)間使用，很容易出現(xiàn)漏點(diǎn)，由于在涼堿機(jī)內(nèi)部，日常巡檢難以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)后，涼堿機(jī)內(nèi)部物料和水混合堆積嚴(yán)重。②冷卻水管的旋轉(zhuǎn)接頭密封容易損壞，一套旋轉(zhuǎn)接頭價(jià)格較貴。③物料波動(dòng)時(shí)不容易控制。

2 Solex粉體流重灰涼堿機(jī)

2.1 Solex粉體流重灰涼堿機(jī)的原理

加拿大Solex公司粉體換熱技術(shù)有效地將固體顆粒密相輸送原理與板式傳熱板技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合在一起，使粉體流換熱器能有效的冷卻物料，是低能耗，低成本，操作環(huán)境較好的一種工藝，在當(dāng)今世界屬于領(lǐng)先技術(shù)工藝。目前，該公司粉體換熱技術(shù)進(jìn)入純堿行業(yè)主要應(yīng)用于重灰冷卻工藝。這種創(chuàng)新性的技術(shù)結(jié)合了密相輸送原理及傳統(tǒng)的板式換熱器設(shè)計(jì)思想。固體流板式換熱器涼堿技術(shù)將節(jié)約占地空間、降低粉塵排放、降低動(dòng)力消耗；無需配備風(fēng)機(jī)及除塵過濾設(shè)備，符合清潔生產(chǎn)的要求，符合國家節(jié)能減排的要求。

圖1 粉體流涼堿機(jī)示意圖

粉體流涼堿機(jī)的傳熱板組由一組傳熱板片組成。當(dāng)冷卻水從傳熱板內(nèi)通道流過時(shí)，通過間壁熱傳導(dǎo)方式對(duì)傳熱板間的物料進(jìn)行冷卻，純堿粉體從傳熱板板片間均勻可控的自上而下依靠重力緩慢通過。

2.2 Solex粉體流涼堿機(jī)的優(yōu)勢(shì)

粉體流涼堿機(jī)間接換熱的優(yōu)勢(shì)：①傳熱效率高，與傳統(tǒng)空氣冷卻的工藝相比，能耗降低90%以上；②消除粉塵、異味和氣體排放，綠色環(huán)保；③安裝成本低，無需使用氣體處理設(shè)備；④最佳產(chǎn)品質(zhì)量，出料溫度均勻可控，消除結(jié)疤、結(jié)塊，避免產(chǎn)品品質(zhì)變化；⑤設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無運(yùn)動(dòng)部件，靜設(shè)備運(yùn)行；⑥安裝結(jié)構(gòu)便于檢修和清理；⑦Solex專有的傳熱模擬軟件計(jì)算熱力性能，確保對(duì)純堿粉體通過粉體流涼堿機(jī)整個(gè)過程溫度的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。

2.3 與其余涼堿設(shè)備的比較

Solex粉體流涼堿機(jī)與傳統(tǒng)的立式沸騰涼堿爐和槳葉式?jīng)鰤A機(jī)進(jìn)行比較。

原理：粉體流冷卻器是靜設(shè)備，物料在重力作用下向下流動(dòng)，小功率振動(dòng)電機(jī)用于下料器下料，能耗極低。立式沸騰涼堿爐需要進(jìn)出料、鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和攪拌電機(jī)，運(yùn)行功率每小時(shí)達(dá)100kW，電耗較高。漿葉式?jīng)鰤A機(jī)依靠漿葉轉(zhuǎn)動(dòng)與物料接觸冷卻，依靠漿葉推動(dòng)下料，電機(jī)能耗高。

產(chǎn)能方面：粉體流冷卻器最大可以做到150t／h，而漿葉式?jīng)鰤A機(jī)產(chǎn)能相對(duì)較小。

維修方面：粉體流是靜設(shè)備，幾乎沒有維修。而漿葉式?jīng)鰤A機(jī)在使用一段時(shí)間后（通常2年），就會(huì)出現(xiàn)泄漏、結(jié)疤等現(xiàn)象，檢修任務(wù)重。立式沸騰涼堿爐的S型攪拌在物料堆積和堿疤過多的情況下，很容易折斷，日常檢修頻繁。

占地面積：粉體流冷卻器僅需要1.5×1.5m左右的占地面積，而漿葉式?jīng)鰤A機(jī)需要更大占地面積，占地最大是立式沸騰涼堿爐。

冷卻效果：粉體流冷卻器冷卻效率＞95%，循環(huán)水用量少，冷卻無死角。漿葉式?jīng)鰤A機(jī)冷卻效率低，循環(huán)水用量大，漿葉與內(nèi)殼體之間的空隙容易行成死角，冷卻不均勻。

模塊化設(shè)計(jì)：粉體流冷卻器未模塊化設(shè)計(jì)，將來工廠需要增加產(chǎn)能只需要通過疊加板組即可做到，而漿葉式?jīng)鰤A機(jī)則不可以。

操作方面：粉體流冷卻器為靜設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，幾乎不需要人員維護(hù)。漿葉式?jīng)鰤A機(jī)則相對(duì)復(fù)雜，物料的流速不易控制，同時(shí)需要大量的人員維護(hù)、檢修等。

3 Solex粉體流涼堿機(jī)在我廠的應(yīng)用

2013年根據(jù)生產(chǎn)需要，我廠實(shí)施了重灰粉體流涼堿機(jī)改造項(xiàng)目，用Solex粉體流涼堿機(jī)代替了原有的立式沸騰涼堿爐，7月初施工，8月初完工，并順利開車。

表1 涼堿機(jī)及配套設(shè)備一覽表

表2 涼堿機(jī)工藝參數(shù)

3.1 粉體流涼堿機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及性能

重灰粉體流涼堿機(jī)由進(jìn)料倉、傳熱板組、振動(dòng)下料器、料位控制系統(tǒng)等組成。

進(jìn)料倉可以將重灰均勻的分布到傳熱板組的板片間，并提供下料緩沖空間。

傳熱板組由一系列空心的、焊接而成的不銹鋼傳熱板組成，每塊傳熱板有可供循環(huán)冷卻水通過的出水和進(jìn)水管，在物料緩慢通過傳熱板間隙時(shí)，物料得以冷卻，水流與物料流呈逆流狀，以達(dá)到最大的傳熱效率。

振動(dòng)下料器有獨(dú)特設(shè)計(jì)，所有重灰在傳熱板間以相同速度同步移動(dòng)即密相輸送，這使所有物料得到均勻冷卻，兩個(gè)同步電磁振動(dòng)電機(jī)異向旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生直線性振動(dòng)。

料位控制系統(tǒng)通過控制振動(dòng)下料器來維持進(jìn)料倉料位，常規(guī)操作過程中，料位維持在設(shè)定好的操作料位，如果料位上升超過設(shè)定料位，振動(dòng)電機(jī)頻率提高以降低料位。如果料位下降低于設(shè)定料位，振動(dòng)電機(jī)頻率降低以恢復(fù)設(shè)定料位。

3.2 料位的設(shè)定和振動(dòng)電機(jī)的調(diào)試

生產(chǎn)中，要注意控制料位的設(shè)定，粉體流涼堿機(jī)開始進(jìn)料并在傳熱板上部逐漸形成一個(gè)圓錐型料堆。通過設(shè)定好的料位高度，設(shè)定好振動(dòng)電機(jī)的頻率。在試車時(shí)，應(yīng)將實(shí)際記錄與粉體流涼堿機(jī)的設(shè)計(jì)流速進(jìn)行對(duì)比，看是否能達(dá)到設(shè)計(jì)能力。

粉體流涼堿機(jī)主要依靠自身的兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)下料器將冷卻后的重灰釋放，振動(dòng)電機(jī)的安裝及轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)φ麄€(gè)設(shè)備的運(yùn)行有著非常重要的影響，主要轉(zhuǎn)動(dòng)方向如下：

圖2 可接受的轉(zhuǎn)動(dòng)方向

圖3 不可接受的轉(zhuǎn)動(dòng)方向

3.3 生產(chǎn)中存在的問題和不足

1）換熱板組間隙過小，當(dāng)結(jié)疤或進(jìn)入異物后，清理非常困難。

2）冷卻中容易產(chǎn)生大量的粉塵及熱氣，容易造成除塵管線堵塞；同時(shí)冷卻循環(huán)水的溫度控制不能過低，否則換熱板組表面容易結(jié)垢。

3）下料器與上箱體聯(lián)接為卡扣聯(lián)接，當(dāng)下料器的振動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，很容易帶動(dòng)上部換熱區(qū)以及進(jìn)料倉的振動(dòng)，甚至對(duì)支撐的鋼基礎(chǔ)也存在一定的影響。

4）粉體流上部的進(jìn)料倉過小，導(dǎo)致當(dāng)料位到80%時(shí)，出料振動(dòng)電機(jī)延時(shí)開啟過程中，物料很容易堆積到出口溜管處，甚至堆積在斗提機(jī)內(nèi)，緩沖余量較小。

通過72h滿負(fù)荷運(yùn)行，粉體流涼堿機(jī)比傳統(tǒng)的涼堿設(shè)備有著節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便、冷卻徹底等優(yōu)點(diǎn)，我廠粉體流目前處理量可以達(dá)到55～60t／h，冷卻后的重灰溫度可以達(dá)到70℃以下。重灰粉體流涼堿機(jī)是新式的涼堿裝置，目前國內(nèi)僅有三套用于重灰生產(chǎn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)重灰冷卻設(shè)備，但在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題還需要進(jìn)一步的總結(jié)和分析，便于更好地在純堿行業(yè)中推廣和使用。