雷衛(wèi)東，李 影，周亞傳

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

爐氣冷卻器結(jié)疤原因及改善措施

雷衛(wèi)東，李 影，周亞傳

(廣東南方堿業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510760)

通過對煅燒爐氣冷卻器結(jié)疤的原因分析，提出預防措施并進行技術(shù)改造，改善冷卻器氣相結(jié)疤堵塞情況，降低爐氣系統(tǒng)阻力，保持系統(tǒng)通暢，確保生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定高效，降本增效。

純堿；爐氣；冷卻器；結(jié)疤；改造

我廠目前有4臺輕灰自身返堿蒸汽煅燒爐，純堿生產(chǎn)能力60萬t/a。其中三臺為φ2800×27000輕灰煅燒爐，設計生產(chǎn)能力為500 t/d；一臺為φ2500×27000輕灰煅燒爐，設計生產(chǎn)能力為400 t/d。重堿煅燒是純堿制造的最后一道工序，既要控制純堿成品符合質(zhì)量標準，又必須回收重堿煅燒分解產(chǎn)生的CO2，它占純堿制造所需的CO2總量的一半。重堿煅燒操作的好壞對純堿的產(chǎn)量、質(zhì)量和能源的消耗有著決定性的意義。自身返堿蒸汽煅燒爐是純堿生產(chǎn)的重要設備之一，采用蒸汽為熱源的粗重堿煅燒的大型回轉(zhuǎn)設備。粗重堿從爐頭進入，與從爐尾返堿口進入螺旋返堿管返回爐頭的純堿混合后由蒸汽供熱進行分解干燥，成品純堿由尾部出堿口經(jīng)螺旋出堿管返回爐頭卸入出堿罩，粗重堿受熱分解產(chǎn)生大量混合氣體——爐氣，主要由水蒸汽、CO2、氨、堿塵和少量空氣組成。

爐氣回收系統(tǒng)主要回收重堿在煅燒爐內(nèi)受熱分解時產(chǎn)生的爐氣，爐氣經(jīng)洗滌、冷卻、再洗滌后得到高濃度的二氧化碳，供碳化制堿用，爐氣中的堿塵及氨氣也從洗滌、冷卻過程中得到回收。爐氣回收系統(tǒng)主要由爐氣分離器、水封槽、爐氣冷卻器、洗滌塔及爐氣管道組成，若爐氣系統(tǒng)不暢就造成生產(chǎn)系統(tǒng)負荷下降。

1 爐氣回收工藝流程簡介

1.1 工藝流程簡圖(圖1)

圖1 爐氣回收工藝流程圖

1.2 流程簡述

4臺輕灰煅燒爐煅燒重堿生成含有二氧化碳、水蒸汽、氨、堿塵等的爐氣，借助壓縮機產(chǎn)生的負壓由出氣箱引出，進入旋風分離器，分離爐氣中大部分堿塵后，進入水封槽，在水封槽內(nèi)經(jīng)熱堿液循環(huán)噴淋洗滌，經(jīng)爐氣管繼續(xù)由熱堿液噴淋洗滌進一步洗去爐氣中的堿塵后，匯合進入爐氣總管，然后分兩路：一路分別進入1#、2#、3#爐氣冷卻器冷卻降溫及回收爐氣中的氨，冷卻后的爐氣混合后進入舊爐氣洗滌塔，氣體在塔內(nèi)被自上而下的洗水噴淋洗滌凈化，爐氣自塔頂出來經(jīng)舊氣液分離器分離水汽，送往壓縮工序供碳化制堿用；另一路進入4#爐氣冷卻器冷卻，冷卻后的爐氣進入新爐氣洗滌塔，氣體在塔內(nèi)被自上而下的洗水噴淋洗滌凈化，爐氣自塔頂出來經(jīng)新氣液分離器分離水汽，送往壓縮工序供碳化制堿。

2 爐氣回收系統(tǒng)存在的問題

爐氣回收系統(tǒng)的爐氣冷卻器運行約半年后，由于單質(zhì)硫、堿塵及鈣、鎂的結(jié)垢，冷卻器氣相通道逐漸堵塞，爐氣系統(tǒng)阻力逐步增大，造成輕灰系統(tǒng)生產(chǎn)能力下降，制約系統(tǒng)產(chǎn)能，需不定期減產(chǎn)或停產(chǎn)對爐氣冷卻器進行高壓清洗，對我廠生產(chǎn)造成較大損失。

2.1 爐氣冷卻器結(jié)硫堵塞原因分析

碳化塔制堿過程因下段氣窯氣及爐氣帶來有一定量的氧氣，進入碳化塔后加速氨鹽水對碳化塔的腐蝕，造成純堿鐵含量超標；新開塔表面較多鐵銹，未形成保護層造成產(chǎn)品鐵分高；碳化塔清洗過度，破壞表面保護層，加快碳化塔的腐蝕；操作不當，碳化塔上部溫度低，加重碳化塔上部的腐蝕，造成產(chǎn)品鐵含量波動。為降低碳化塔的腐蝕生產(chǎn)合格的產(chǎn)品，通過精鹽水吸氨時加入硫化鈉來促使碳化塔表面形成保護層，減緩碳化塔的腐蝕。但由于系統(tǒng)加入了硫化鈉，反應產(chǎn)生單質(zhì)硫，淡黃色極強粘附性的單質(zhì)硫隨爐氣進入爐氣冷卻器，逐漸堆積堵塞冷卻器氣相通道。

單質(zhì)硫產(chǎn)生機理：

2H2+SO2=S+2H2O

2.2 爐氣冷卻器積堿堵塞原因分析

自身返堿煅燒爐存在爐氣夾帶堿塵多的特點。由于自身返堿蒸汽煅燒爐的返堿由爐頭端面進入預混段，而爐氣出口位于爐頭正上部，返堿在預混段正、反抄板的抄動下，揚起大量堿塵隨爐氣進入爐氣回收系統(tǒng)。爐氣經(jīng)旋風分離器回收大部分堿塵后，經(jīng)水封槽及爐氣管由熱堿液噴淋洗滌，回收爐氣夾帶的余塵。但生產(chǎn)過程爐氣所夾帶的堿塵在經(jīng)過堿液洗滌后未能完全除盡，依然有部分堿塵進入爐氣冷卻器，積累于氣相入口造成冷卻器堵塞。

2.3 爐氣冷卻器鈣、鎂結(jié)疤堵塞原因分析

由于爐氣出水封槽及爐氣管時噴淋洗滌不完全，在進入爐氣冷卻器前的爐氣總管上設置生產(chǎn)直流水進一步噴淋洗滌，生產(chǎn)直流水未經(jīng)軟化，含有較高的鈣、鎂離子，噴淋時隨爐氣進入冷卻器，在冷卻器內(nèi)與爐氣中的CO2進行反應，生產(chǎn)CaCO3和MgCO3結(jié)疤堵塞冷卻器。

表1 爐氣冷卻器疤垢取樣分析結(jié)果

3 爐氣冷卻器結(jié)疤改善措施

3.1 預防冷卻器結(jié)硫堵塞的措施

為防止爐氣冷卻器結(jié)硫，主要防止碳化塔的過度腐蝕而過量加硫。加強生產(chǎn)管理，保持煅燒爐氣及石灰窯氣系統(tǒng)適當真空度，避免漏入過多空氣造成氧分的增多，維持較高的CO2濃度，以免加劇碳化塔的氧化；避免碳化塔清洗過度，破壞表面保護層，加快碳化塔的腐蝕；加強操作調(diào)節(jié)，保持碳化塔上部適宜溫度，防止溫度低，加重碳化塔上部的腐蝕，造成產(chǎn)品鐵含量波動；根據(jù)爐氣及窯氣氧含量調(diào)整加硫量，防止過量加硫。

3.2 預防冷卻器積堿堵塞的措施

3.2.1 加強生產(chǎn)管理，勤檢查勤清理

經(jīng)常檢查清理爐氣分離器及爐氣管道，防止分離器積堿保障分離效果，減少出分離器的爐氣帶塵量，減輕水封槽及爐氣管洗滌壓力，減少堿塵帶至冷卻器。

3.2.2 改進各爐爐氣管熱堿液噴淋噴頭結(jié)構(gòu)

各爐的爐氣管分別設置5根熱堿液噴淋管進行洗滌爐氣堿塵，原噴淋管結(jié)構(gòu)如圖2，熱堿液從噴頭尖嘴噴出，噴射到尖嘴下方圓形板上向四周分灑達到洗滌爐氣堿塵的效果。但此結(jié)構(gòu)的噴頭存在出水不均的情況，同時噴頭上部存在盲區(qū)，爐氣堿塵洗滌不完全或部分爐氣堿塵未能洗滌，以至堿塵被帶入爐氣冷卻器。

改善措施：原尖嘴噴頭改為螺旋噴頭，同時1、3、5噴頭改變方向，與爐氣逆向噴淋，安裝于爐氣管中上部。由于螺旋噴頭出水均勻且形成多個水面，增大了噴淋洗滌接觸面，同時消除了噴淋盲區(qū)，有效地洗滌爐氣堿塵。如圖3。

圖2 原噴淋管結(jié)構(gòu)

圖3 改造后的噴淋管

圖4 螺旋噴頭

3.2.3 爐氣總管噴淋洗滌水由原直流水改為脫鹽水(圖1所示洗滌水管道)

原用生產(chǎn)直流水噴淋洗滌爐氣總管及清理各臺爐氣三通，由于直流水取水于東江口，未經(jīng)脫鹽軟化，含較高的鈣鎂離子，噴淋時直流水隨爐氣氣流進入爐氣冷卻器，在器內(nèi)鈣離子與CO2反應生成CaCO3結(jié)疤，堵塞冷卻器氣相通道。通過改用生產(chǎn)脫鹽水，杜絕鈣離子對冷卻器的結(jié)疤影響，解決爐氣系統(tǒng)阻力大的問題。

3.2.4 爐氣冷卻器爐氣入口處安裝冷凝液螺旋噴頭噴淋洗滌

通過以上噴淋系統(tǒng)的改善，爐氣夾帶的堿塵基本洗滌完畢，但還有少量洗滌不完全，為了減少堿塵在冷卻器入口的堆積，在送重堿的冷凝液管道上引出一路冷凝液，用于自身循環(huán)噴淋洗滌冷卻器的入口，以螺旋噴灑的形式溶解入口的積堿，防止冷卻器入口堆堿結(jié)疤堵塞。

圖5 爐氣冷卻器冷凝液噴淋系統(tǒng)

4 結(jié) 論

爐氣冷卻器結(jié)疤堵塞是單質(zhì)硫、堿塵及鈣鎂離子共同造成的，通過技術(shù)改造，減少冷卻器的堵塞情況，不再需定期停機清掃，保證了系統(tǒng)生產(chǎn)滿負荷安全運行，取得較大經(jīng)濟效益。

經(jīng)2013年2月進行改善至今，爐氣系統(tǒng)暢順，爐氣冷卻器未發(fā)生如改造前約半年就開始堵塞的情況，系統(tǒng)日均約1 800 t高生產(chǎn)負荷下，爐氣出洗滌塔真空穩(wěn)定于6 000～7 000 Pa，爐頭出氣壓力可控在0～-50 Pa指標范圍，系統(tǒng)生產(chǎn)平穩(wěn)。減少了爐氣冷卻器堵塞情況，維護了爐氣系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定，間接減少了對系統(tǒng)生產(chǎn)負荷的影響，系統(tǒng)平穩(wěn)高產(chǎn)生產(chǎn)，達到增產(chǎn)降耗的效能。同時減少了堵塞導致爐氣系統(tǒng)不暢時爐氣外冒造成的CO2及NH3的損失及環(huán)境污染物，從源頭解決清潔生產(chǎn)問題，減少了爐氣正壓時造成的爐氣系統(tǒng)的結(jié)疤情況，降低員工的清理清掃勞動強度。

創(chuàng)造的經(jīng)濟效益：

1)改造前一年須清洗爐氣冷卻器1～2次，平均1.5次，請高壓清洗施工單位費用約2.5萬元/次，年可節(jié)約3.75萬元。

2)冷卻器堵塞清洗前爐氣系統(tǒng)是逐漸不暢的過程，系統(tǒng)負荷也逐漸減少直至一定量，此過程造成減產(chǎn)量不可準確計算。但當堵塞清洗時，生產(chǎn)負荷必須減至另作業(yè)冷卻器正常通過的負荷，根據(jù)經(jīng)驗，如果清洗2#或3#冷卻器，生產(chǎn)負荷從現(xiàn)有的1 750 t/天(碳化取出量約460 m3/h)減至約1 300 t/天(碳化取出量約350 m3/h)，若發(fā)生堵塞的是4#冷卻器，系統(tǒng)必須全停產(chǎn)才可清洗。

以清洗2#冷卻器為例，從清洗前準備工作到清洗完成恢復投用，時間約30 h，每噸輕灰1 500元可計算得：

450/24×30×1 500=843 750元

一年清洗約1.5次可增加效益843 750×1.5=1 265 625元。

綜合清洗費用,一年可增加效益不少于130萬元。

[1] 大連化工研究設計院. 純堿工學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004

[2] 李敬輝. 爐氣冷卻器結(jié)硫的預防與清洗探討[J].純堿工業(yè)，2009(1)

TQ114.16

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