粉體流換熱器在輕質(zhì)純堿冷卻中的應(yīng)用

吳利彥，劉夢(mèng)濤

（石家莊天人化工設(shè)備集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 052160）

1 粉體流換熱器的介紹

粉體流換熱器是一種用于冷卻粉體或顆粒狀物料的換熱設(shè)備，由進(jìn)料倉、傳熱板束、下料倉和控制系統(tǒng)組成，這種創(chuàng)新性的技術(shù)結(jié)合了密相輸送原理及傳統(tǒng)板式換熱器設(shè)計(jì)思想。

粉體流換熱器的工作原理：物料以密相輸送的方式自上而下通過一系列垂直放置的傳熱板間的間隙通道，與傳熱板內(nèi)自下而上的冷卻水進(jìn)行間壁式換熱，物料在自上而下的移動(dòng)過程速度緩慢，以保證具有足夠的停留時(shí)間來降低物料溫度。設(shè)備下部裝有可調(diào)頻率的振蕩下料器，與控制系統(tǒng)相連，以確保設(shè)備最佳的運(yùn)行狀態(tài)和最佳的出料溫度。

粉體流換熱器優(yōu)勢(shì)：換熱效率高；運(yùn)行能耗低（小功率振動(dòng)電機(jī)）；粉塵污染小；柔緩下料，無物料降解現(xiàn)象；模塊化設(shè)計(jì)，占地面積小；無大的運(yùn)轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及工作量少等。

2 選型方案及工藝流程確定

2.1 現(xiàn)狀

目前，某公司3＃煅燒爐的生產(chǎn)能力為20萬t／a，配置兩臺(tái)10萬t／a的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)，進(jìn)行輕灰的冷卻，槳葉式?jīng)鰤A機(jī)出現(xiàn)槳葉結(jié)疤嚴(yán)重，換熱效率嚴(yán)重下降，不能滿足工藝要求，鑒于此對(duì)其中一臺(tái)進(jìn)行改造，用設(shè)計(jì)能力10萬t／a的粉體流換熱器取代其中一臺(tái)槳葉式?jīng)鰤A機(jī)。

圖1 工作原理圖

2.2 選型方案

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

介質(zhì) 輕灰

處理能力 10萬t／a

堆積密度 500kg／m3

粒徑 100～200μm

安息角 36°

流動(dòng)性 良好

比熱 1.15kJ／kg·K

進(jìn)料溫度 120～130℃

出料溫度 60～70℃

冷卻水溫 40℃

2.2.2 通過計(jì)算確定設(shè)備參數(shù)如下

傳熱板尺寸為 1.2m×1.8m

傳熱板數(shù)量為 40片

傳熱板間距為 28.5mm

容積為 5.65m3

輕灰停留時(shí)間 13.5min

振動(dòng)電機(jī)功率 1.1kW／臺(tái)

2.2.3 工藝流程確定

在工藝設(shè)計(jì)初，主要考慮可能存在兩方面的問題，第一是進(jìn)入粉體流換熱器內(nèi)的物料中有塊狀物料，可能在其板片間造成堵塞；第二是粉體流換熱器板片上形成結(jié)疤，影響傳熱效果，時(shí)間長了，也會(huì)造成堵塞。對(duì)第一個(gè)問題，在工藝設(shè)計(jì)上，在進(jìn)粉體流換熱器之前讓物料先通過堿篩，使純堿內(nèi)部堿塊提前篩出來，避免堿塊對(duì)板式?jīng)鰤A機(jī)的堵塞；對(duì)第二個(gè)問題，首先明白其結(jié)疤的原因，是熱堿中存在大量的水汽，當(dāng)熱堿在降溫的同時(shí)，堿內(nèi)大量的水汽瞬時(shí)降溫冷凝，與純堿結(jié)合形成結(jié)疤粘附在傳熱板面上，所以在傳熱板的上下部分別通一定量的干空氣，并在堿篩內(nèi)部提前進(jìn)行除濕，使進(jìn)入設(shè)備的熱堿中水汽含量降低。解決了上面兩個(gè)問題后，涼堿系統(tǒng)的工藝基本確定。另外，為防止誤操作和上系統(tǒng)來料不穩(wěn)對(duì)其它運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的損壞，在粉體流換熱器的進(jìn)料倉上開有溢料口直接到堿倉。

圖2 工藝流程圖

3 粉體流換熱器運(yùn)行情況匯總

通過12月份近10天的運(yùn)行。雖然還存在一些不足之處，但總體運(yùn)行情況比較理想，現(xiàn)取部分運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1。

表1 12月11日運(yùn)行數(shù)據(jù)

因?yàn)樵囓嚂r(shí)3＃煅燒爐正在減量運(yùn)行，該爐超過2／3的產(chǎn)量經(jīng)過粉體流換熱器，計(jì)算本粉體流生產(chǎn)負(fù)荷如表2 。

表2 12月13日～17日粉體流生產(chǎn)負(fù)荷

4 結(jié) 論

1）12月10日投料（約11t／h）后，經(jīng)過1h的穩(wěn)定運(yùn)行，各工藝指標(biāo)如下：進(jìn)堿溫度120～130℃，出堿溫度65～70℃，進(jìn)水溫度40～46℃，進(jìn)水壓力0.2MPa，出水溫度48～55℃。從出堿溫度指標(biāo)分析，滿足生產(chǎn)要求，并低于其它涼堿設(shè)備。

2）涼堿機(jī)連續(xù)運(yùn)行10天后，打開檢修孔觀察結(jié)疤情況，進(jìn)料倉有少量塊堿和片堿，傳熱板上無結(jié)疤。

圖3 停車后內(nèi)部圖

3）從運(yùn)行情況看，料位控制系統(tǒng)使用較理想，使進(jìn)料量與出料量達(dá)到一致，能夠保持滿料位運(yùn)行。

4）從運(yùn)行情況看，還存在三方面有待解決的問題，第一，循環(huán)水（廢淡液）流量波動(dòng)大，需提供足夠穩(wěn)定的水源；第二，由于輕灰濕氣含量大，需要一定的引風(fēng)除濕系統(tǒng)，現(xiàn)有系統(tǒng)能力小且配置的引風(fēng)管為水平設(shè)置，較易堵塞，需進(jìn)一步解決；第三，堿篩篩網(wǎng)及篩壁上易形成塊堿或片堿，隨堿篩絞龍進(jìn)入板式?jīng)鰤A機(jī)堆積在進(jìn)料倉，影響布料，堵塞傳熱板通道，需進(jìn)一步解決。

5 與現(xiàn)有的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)對(duì)比

1）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)與粉體流換熱器的工藝流程相差不大，其配套及附屬設(shè)備相差不大，只不過堿篩的位置不同。

2）兩者投資費(fèi)用相當(dāng)。

3）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)為運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，維修頻繁，而粉體流換熱器幾乎無運(yùn)轉(zhuǎn)部件。

4）槳葉式?jīng)鰤A機(jī)的裝機(jī)容量大，以10萬t處理能力為例，槳葉式的電機(jī)功率為30kW，而粉體流的電機(jī)功率為2.2kW，全年耗電比槳葉式省222 400 kW·h，電費(fèi)按0.3元／kW·h，全年運(yùn)行費(fèi)用省66.72萬元，一年內(nèi)就能收回投資。

6 結(jié) 語

通過對(duì)運(yùn)行情況的總結(jié)及與槳葉式?jīng)鰤A機(jī)的對(duì)比，突出了粉體流換熱器高效節(jié)能、維護(hù)簡單、操作方便等特點(diǎn)，是一種低成本、低能耗、粉塵污染小的新一代輕灰冷卻裝置。

［1］ 中國純堿工業(yè)協(xié)會(huì).純堿工學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990

［2］ 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995