Solex粉體流涼堿機與傳統涼堿機的比較及應用

孟慶華，陳愛紋，王 磊

（南化集團連云港堿廠，江蘇 連云港 222042）

連云港堿廠建廠初期有重灰煅燒爐兩臺，配套的重灰立式沸騰涼堿爐兩臺，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公司（Solex）生產的粉體流重灰涼堿機，這種粉體流涼堿機在國內特別是純堿生產企業使用較少。本文通過純堿生產中不同的冷卻系統的原理和實際使用效果的對比，對其進行總結分析。

1 常用的涼堿設備

純堿企業用于輕重灰冷卻常用的涼堿設備有沸騰涼堿爐和槳葉式涼堿機。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的槳葉式涼堿機，目前有三套槳葉式涼堿機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）結構和工作原理

立式沸騰涼堿爐為鋼制筒狀結構，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，內設六組冷卻排管，總換熱面積為160.2m2。爐體中部有進料口，用螺旋運輸機進料，進料能力為28t／h，下部有出料口，用星形卸料器出料，底部設有氣體分布板，距爐底端1.5m，分布板上面設“S”型攪耙，由爐底端電機以齒輪傳動方式帶動攪耙轉動。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機將清潔的空氣鼓進氣室，通過分布板的小孔達到一定壓力，使熱堿均勻沸騰，與冷卻排管充分接觸冷卻。冷卻水經循環水泵打入冷卻排管循環進行冷熱交換。夾帶堿塵的爐氣，由引風機引出爐體進行分離、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爐內氣室分布板直接吸入冷空氣，冷熱交換時，易結疤，堵塞分布板上的小孔，使氣量分布不均。②冷卻排管由于長期工作已腐蝕嚴重，另外其間易結堿塊，難以實現物料充分接觸，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90～100℃，有時超過100℃，對輸送皮帶、包裝袋、包裝人員以及產品質量都有不同程度的影響。

1.2 槳葉式涼堿機

1）主要工作原理

該設備由殼體、雙螺旋軸、葉片（內有循環水道）及傳動裝置等部件構成。生產能力為30t／h，換熱面積59.5m2。雙螺旋軸為空心軸，循環冷卻水進入軸內與純堿間接換熱，純堿被充分冷卻。

2）存在的缺陷

①攪拌葉片由于長時間使用，很容易出現漏點，由于在涼堿機內部，日常巡檢難以發現，當發現后，涼堿機內部物料和水混合堆積嚴重。②冷卻水管的旋轉接頭密封容易損壞，一套旋轉接頭價格較貴。③物料波動時不容易控制。

2 Solex粉體流重灰涼堿機

2.1 Solex粉體流重灰涼堿機的原理

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主要應用于重灰冷卻工藝。這種創新性的技術結合了密相輸送原理及傳統的板式換熱器設計思想。固體流板式換熱器涼堿技術將節約占地空間、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，符合國家節能減排的要求。

圖1 粉體流涼堿機示意圖

粉體流涼堿機的傳熱板組由一組傳熱板片組成。當冷卻水從傳熱板內通道流過時，通過間壁熱傳導方式對傳熱板間的物料進行冷卻，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粉體流涼堿機的優勢

粉體流涼堿機間接換熱的優勢：①傳熱效率高，與傳統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，綠色環保；③安裝成本低，無需使用氣體處理設備；④最佳產品質量，出料溫度均勻可控，消除結疤、結塊，避免產品品質變化；⑤設計簡單，無運動部件，靜設備運行；⑥安裝結構便于檢修和清理；⑦Solex專有的傳熱模擬軟件計算熱力性能，確保對純堿粉體通過粉體流涼堿機整個過程溫度的準確實現。

2.3 與其余涼堿設備的比較

Solex粉體流涼堿機與傳統的立式沸騰涼堿爐和槳葉式涼堿機進行比較。

原理：粉體流冷卻器是靜設備，物料在重力作用下向下流動，小功率振動電機用于下料器下料，能耗極低。立式沸騰涼堿爐需要進出料、鼓風機、引風機和攪拌電機，運行功率每小時達100kW，電耗較高。漿葉式涼堿機依靠漿葉轉動與物料接觸冷卻，依靠漿葉推動下料，電機能耗高。

產能方面：粉體流冷卻器最大可以做到150t／h，而漿葉式涼堿機產能相對較小。

維修方面：粉體流是靜設備，幾乎沒有維修。而漿葉式涼堿機在使用一段時間后（通常2年），就會出現泄漏、結疤等現象，檢修任務重。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，而漿葉式涼堿機需要更大占地面積，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%，循環水用量少，冷卻無死角。漿葉式涼堿機冷卻效率低，循環水用量大，漿葉與內殼體之間的空隙容易行成死角，冷卻不均勻。

模塊化設計：粉體流冷卻器未模塊化設計，將來工廠需要增加產能只需要通過疊加板組即可做到，而漿葉式涼堿機則不可以。

操作方面：粉體流冷卻器為靜設備，操作簡單，幾乎不需要人員維護。漿葉式涼堿機則相對復雜，物料的流速不易控制，同時需要大量的人員維護、檢修等。

3 Solex粉體流涼堿機在我廠的應用

2013年根據生產需要，我廠實施了重灰粉體流涼堿機改造項目，用Solex粉體流涼堿機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 涼堿機及配套設備一覽表

表2 涼堿機工藝參數

3.1 粉體流涼堿機設備結構及性能

重灰粉體流涼堿機由進料倉、傳熱板組、振動下料器、料位控制系統等組成。

進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冷卻水通過的出水和進水管，在物料緩慢通過傳熱板間隙時，物料得以冷卻，水流與物料流呈逆流狀，以達到最大的傳熱效率。

振動下料器有獨特設計，所有重灰在傳熱板間以相同速度同步移動即密相輸送，這使所有物料得到均勻冷卻，兩個同步電磁振動電機異向旋轉產生直線性振動。

料位控制系統通過控制振動下料器來維持進料倉料位，常規操作過程中，料位維持在設定好的操作料位，如果料位上升超過設定料位，振動電機頻率提高以降低料位。如果料位下降低于設定料位，振動電機頻率降低以恢復設定料位。

3.2 料位的設定和振動電機的調試

生產中，要注意控制料位的設定，粉體流涼堿機開始進料并在傳熱板上部逐漸形成一個圓錐型料堆。通過設定好的料位高度，設定好振動電機的頻率。在試車時，應將實際記錄與粉體流涼堿機的設計流速進行對比，看是否能達到設計能力。

粉體流涼堿機主要依靠自身的兩個振動電機帶動下料器將冷卻后的重灰釋放，振動電機的安裝及轉動方向對整個設備的運行有著非常重要的影響，主要轉動方向如下：

圖2 可接受的轉動方向

圖3 不可接受的轉動方向

3.3 生產中存在的問題和不足

1）換熱板組間隙過小，當結疤或進入異物后，清理非常困難。

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

3）下料器與上箱體聯接為卡扣聯接，當下料器的振動電機運行時，很容易帶動上部換熱區以及進料倉的振動，甚至對支撐的鋼基礎也存在一定的影響。

4）粉體流上部的進料倉過小，導致當料位到80%時，出料振動電機延時開啟過程中，物料很容易堆積到出口溜管處，甚至堆積在斗提機內，緩沖余量較小。

通過72h滿負荷運行，粉體流涼堿機比傳統的涼堿設備有著節能、維護簡單、操作方便、冷卻徹底等優點，我廠粉體流目前處理量可以達到55～60t／h，冷卻后的重灰溫度可以達到70℃以下。重灰粉體流涼堿機是新式的涼堿裝置，目前國內僅有三套用于重灰生產，從長遠角度看，必將代替傳統重灰冷卻設備，但在生產中出現的問題還需要進一步的總結和分析，便于更好地在純堿行業中推廣和使用。