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(jiàn)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(zhǎng)玻璃窯爐的運(yùn)行周期，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。在我國(guó)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(chǎng)總量。

在我國(guó)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(guò)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(guó)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(guó)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(kāi)始逐漸脫水生成無(wú)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?jiàn)A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(guò)熱蒸汽提供。過(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)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(jiàn)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(guò)大。一水碳酸鈉水分過(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(yǔ)

通過(guò)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。