吳小云

（南化集團連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

連云港堿廠2013年7月新增加拿大粉體流冷卻科學公司（Solex）生產的粉體流重灰涼堿機，用于重灰的生產，與傳統(tǒng)的涼堿設備相比有著非常突出的特點，能耗小，冷卻好，噪音和污染較少。該裝置將密相輸送原理及傳統(tǒng)的板式換熱器相結合，利用物料的自身重力和設備下料端的振動，實現了物料在流動過程中的冷卻過程。本文從實際出發(fā)，將這種粉體流涼堿機部分關鍵技術進行分析探討，并提出改進意見，以便設備在重灰冷卻中能夠更加穩(wěn)定的運行，同時也為國內部分同類設備提供參考。

1 Solex粉體流重灰涼堿機的主要結構和原理

加拿大Solex公司粉體換熱技術有效地將固體顆粒密相輸送原理與板式傳熱板技術創(chuàng)新的結合在一起，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，在當今世界屬于領先技術工藝。目前，該公司粉體換熱技術進入純堿行業(yè)主要應用于重灰冷卻工藝。這種創(chuàng)新性的技術結合了密相輸送原理及傳統(tǒng)的板式換熱器設計思想。固體流板式換熱器涼堿技術將節(jié)約占地空間、降低粉塵排放、降低動力消耗；無需配備風機及除塵過濾設備，符合清潔生產的要求，符合國家節(jié)能減排的要求。

2 Solex粉體流涼堿機主要的關鍵技術

2.1 密相輸送和立式設計

固體顆粒密相輸送原理：密相輸送時，顆粒是在少量氣體松動的流化狀態(tài)下進行集體運動，并不靠氣體使它加速，固體的移動是靠靜壓差來推動的。

在粉體流涼堿機的中間部位裝有鼓風裝置，利用風量的鼓動使得重灰在重力的作用下可以產生移動。在物料移動過程中，與換熱板無間隙接觸，保證換熱效果。

立式箱體設計是配合密相輸送法同步實施，它是利用物料的重力作用充分完成了移動，最大可能性節(jié)約了能耗，減少物料輸送的額外能耗。立式箱體設計也解決了密封上的問題，保證了粉狀物料在工作時不容易飛揚。

2.2 將換熱板組運用于固體冷卻

板式換熱器是化工設備中常用的冷卻裝置，大部分用于液體散熱或冷卻高溫氣體，粉體流涼堿機將傳統(tǒng)的板式換熱器運用到固體冷卻，運用板式換熱器之間的間隙，將物料在縫隙內緩慢移動，實現熱的交換，進而實現了將固體物料降溫的性能。

粉體流涼堿機的傳熱板采用無墊片全焊工藝。傳熱板由兩塊不銹鋼板片經激光焊或電阻焊，四周進行縫焊，并焊接折流通道，同時焊接進出口連接管。經焊接的板片預設打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，這些波紋／酒窩能讓流體在板內形成高度湍流，以提高換熱效率，并能有效減少結垢的發(fā)生。兩塊板的焊接質量是重點。

整板焊接后，上下各焊接一個進出水管，然后在將換熱板組裝成一個板組。這樣裝配的板組每一片換熱板都是獨立的，而且拆裝簡便，即使有一組換熱板出現了漏水，也不影響其余板組的工作。為了保證在工作中換熱管不變形，各換熱板用固定板卡固定，并與倉體聯接?？偹馨惭b在倉體外殼，分別用金屬軟管連接到各換熱板的水管接頭處。每塊換熱板通過供循環(huán)水的出水和進水歧管，使得物料緩慢通過傳熱板間隙時，得以冷卻，水流與物料流呈逆流狀態(tài)，以達到最大的傳熱效率。

2.3 百葉窗阻料板與振動電機控制物料的流量

粉體流涼堿機最重要的核心技術在于它的下料部件。Solex粉體涼堿機設計基于密相輸送原理，物料在設備的內部均勻緩慢地通過，這樣可以保證換熱效果充分進行和物料與板壁間產生的磨損較小，只有滿足這兩點，才能保證它的性能得以滿足。如何使物料有效地控制流速，solex公司先進之處在于它充分使用了物料的堆積性能，并對重質純堿的堆積角（即安息角）進行試驗、研究，這種將純堿堆積角利用在純堿設備中的技術是首例。

堆積角原理：物料在堆放時能夠保持自己穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度（單邊對地面的角度），稱為“堆積角”，也叫“安息角”。在這個角度形成后，再往上堆加這種散料，就會自然溜下，保持這個角度。堆積角是粉塵類物料的動力特征之一，傳統(tǒng)設計中只有靜設備例如除塵貯灰斗的錐體或用管道輸送物料時的傾斜角時使用。

輕灰的堆積角為35°，重灰流動性好，堆積角小于輕灰，大約在30°左右。下圖為粉體流涼堿機內部加設的百葉窗阻料板，阻料板焊接在錐體下料段的板壁上，中間用筋板固定。熱的重灰通過冷卻段的冷卻后，落在阻料板的上方，當振動電機未開啟時，重灰物料在阻料板上放置，由于阻料板的傾斜度為重灰物料的堆積角的角度，重灰可以存在其上方而不泄漏；當振動電機開啟后，下料段整體前后運行，在這種振動下，物料隨著阻料板的間隙流出，當調節(jié)振動電機的頻率時，隨著振動量的變化，物料流動性也隨著變化。

圖2 下料段示意圖

圖3 阻料板兩節(jié)板組的夾角

圖4 阻料板焊接在下料段兩側的板壁上

根據這個原理，當粉體流冷卻器運用在別的物料上時，要根據物料堆積角的大小調整阻料板的角度；或者將阻料板做成活動可調節(jié)式，可根據物料的實際情況來調整角度的大小。也可以調整成如圖5的形狀。

圖5 阻料板的其他形式

Solex粉體流涼堿機在下料部位的獨特設計，保證了重灰在傳熱板間以相同速度同步移動即密相輸送，這使得物料得到均勻冷卻，兩個同步電磁振動電機異向旋轉產生了直線振動，控制物料的存量。

2.4 實現了自動化控制

Solex粉體流涼堿機在自動控制方面將進出料溫度、進風、冷卻水、振動電機、倉內負壓、料倉高度等設置了自動調控系統(tǒng)，利用DCS平臺實時監(jiān)控，設置了限位導向裝置，料位控制系統(tǒng)通過控制振動電機的頻率來維持料倉的料位：當料位低于設定下限位置時，振動電機停止振動或頻率降低，此時增加料倉內部的重灰，料位維持在設定好的操作料位；當料位高于上限位置時，振動電機振動頻率加大，增加物料的流動，減少物料的堆積。

3 運行中出現的問題及需要改進的部位

3.1 裝置內部堵料及處理

3.1.1 運行中出現堵料

通過實際運行，發(fā)現料倉存在堵料的現象，對粉體流堵料情況分析，目前堵料集中點：①料倉上層柵板；②換熱板組I的上部；③換熱板組I的板組內側；④換熱板組II的上部；⑤換熱板組II的板組內側；⑥粉體流進口下料溜管。

3.1.2 堵料原因分析

圖6 堵料的幾個主要區(qū)域

1）料倉上層柵板：多為堿球、雜物或堿疤。堿球和雜物為堿篩兩側縫隙過來，在系統(tǒng)出現堿球時特別明顯。另外，近期出現了堿疤，多為進料溜管中結疤所致，天氣越冷，此現象越明顯。

2）換熱板組I的上部：通過上層柵板的堿球、堿疤或雜物。料倉上層的柵板呈傾斜狀放置，板條間非常松動，稍微用力部分堿球即可穿過。近期較為明顯的就是堿疤的出現，如果長條狀堿疤豎直通過柵板縫隙，到達換熱板組I上部時是呈水平狀，此時堿疤就停留在此位置。

圖7 上部換熱板積堿疤情況

3）換熱板組I的板組內側：堿球、雜物，最多時內層結疤。若板組內部出現堿球或雜物，很容易導致上部物料的堆積，在上次清理過程中可以看到在換熱板組的上部堆積物料較多。最為嚴重的是內層結疤，主要是操作中堿塵和溫度的控制。

4）換熱板組II的上部，同2）。

5）換熱板組II的板組內側，同3）。

6）粉體流進口下料溜管：這個問題近期出現較多，在斗提機至粉體流的溜管和堿篩至斗提機的溜管中都出現了嚴重的結疤，其中堿篩至斗提機溜管中有一插板，插板上部結疤尤為嚴重，導致11月9日的兩臺重灰爐全停。這個情況說明系統(tǒng)內部（包含粉體流、吊斗、溜管）充滿了水汽和堿塵。

3.1.3 問題的處理和想法

1）料倉上層柵板：增加柵板密度。沒有找到合適的篩網。

針對堿疤、異物通過的情況，計劃焊一個與圖8相同的不銹鋼柵板（φ10不銹鋼圓鋼焊接），但放置時與圖8方向相反，兩套柵板放置后，中間空隙成“口”狀，可以避免長條狀的堿疤或異物通過。

圖8 不銹鋼柵板及放置方法

2）換熱板組I和換熱板組II的上部堵料問題：建議在粉體流外殼體上①②開一個長條狀的清理孔，及時清理該處的堆積物。

3）換熱板組I和換熱板組II的板組間結疤問題：加強操作管理，定期使用壓縮空氣吹掃內部堿塵。

4）各溜管結疤：增加保溫和清理孔蓋，定期檢查清理。最主要加大整改系統(tǒng)內部的水汽和堿塵的處理。

3.2 增加清理和清洗功能

從實際使用觀察，粉體流涼堿機內部結疤由于各種原因，還是經常存在的，特別是換熱板上面的結疤嚴重影響了換熱效果以及物料的流通，致使整體裝置能力大幅下降。在清理過程中，介于換熱板板壁過薄，不能采用硬力清理，而操作說明書上也說明了可采用熱水清洗。在我廠使用中，已經進行了幾次清理，清洗中主要存在以下問題：①沒有清洗預留孔或清洗功能，每次都要將下端的錐形料倉處的短節(jié)拆除，用軟管將清洗后的液體引流排出；②下端錐形料倉與冷卻段之間的柔性軟聯接在多次清洗后變硬、發(fā)脆，容易損壞；③高溫水對裝置和人都容易造成燙傷的危險；④清洗時部分裝置內部的死角不容易處理。

針對以上問題，在粉體流涼堿機設計和制造時就應該將清洗裝置一并設計。

3.3 增加循環(huán)水過濾裝置

Solex粉體流涼堿機換熱板之間的間隙非常小，大約在1mm左右，加上板片預設打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，這些都導致了冷卻循環(huán)水在換熱板內部容易結垢，如果有大顆粒進入后還容易將內部堵塞，如果用酸洗很容易損壞其材質。

這種情況下需要進入板組的循環(huán)水非常干凈，最好使用軟水不容易結垢，這些在國內大部分企業(yè)很難實現。目前在進入板組前分水管前端總管上增加了濾網，但在實際使用中，僅半年的實際就出現了濾網破損，而且濾網兩側還出現了間隙，導致水中雜質很容易進入板組。所以過濾裝置還需改進，不僅要定期清理檢查，還要對過濾網的安裝方式進行改進，避免縫隙和破損的出現。

Solex粉體流涼堿機在國內屬于新增的純堿生產設備，在節(jié)能、環(huán)保、高效方面存在明顯的優(yōu)勢，但是生產廠家僅能進行短時間的生產試驗，長期運行中所出現的問題很難估計和判斷，目前國內已出現同類產品，本文的研究希望對國內同類產品的制作和其它兄弟堿廠的使用能夠提供幫助。

［1］ Solex粉體流涼堿機操作手冊［R］

［2］ 中華人民共和國化學工業(yè)部.設備維護檢修規(guī)程［S］.北京：化學工業(yè)出版社，1993

［3］ 孟慶華.Solex粉體流涼堿機與傳統(tǒng)涼堿機的比較及應用［J］.純堿工業(yè)，2013（6）