粉體流冷卻器在重灰涼堿系統中的應用

張國豐，張 彪，楊 洋

（唐山三友化工工程設計有限公司，河北 唐山 063305）

1 引 言

作為化工企業，能源消耗是制約企業發展的一個關鍵，國家也大力提倡新上節能降耗項目，公司生產系統屬于傳統化工原材料生產系統，對節能降耗項目的開發尤為重要，經調查、論證，重灰涼堿系統工藝流程中沸騰涼堿爐可以采用能耗極低的粉體流冷卻器來替換進行涼堿，達到降低能耗的目的。

2 工藝流程設計

2.1 重灰涼堿系統工藝流程

原重灰涼堿系統工藝流程為建廠時所設計，重灰煅燒爐出料經爐尾出料斜刮板輸送至高溫重灰斗提機提升，提升后進入高溫重灰轉篩進行篩分，篩上物（不合格物料）運送至破碎系統進行破碎，破碎合格后重新運送至高溫重灰斗提機并入系統；篩下物（合格物料）通過篩下刮板輸送至分配刮板，分配刮板出料通過沸騰涼堿爐進料絞龍進入沸騰涼堿爐進行涼堿，降溫后低溫重灰通過重灰成品刮板、成品皮帶進入成品車間進行包裝銷售，原重灰涼堿系統工藝流如圖1所示。

圖1 原重灰涼堿系統工藝流程圖

2.2 沸騰涼堿爐工藝流程

高溫重灰經沸騰涼堿爐進料絞龍進入涼堿爐，鼓風機將外界空氣鼓入涼堿爐底部，使重灰在涼堿爐內成沸騰狀態，涼堿爐內置冷卻水管，沸騰狀態的重灰與冷卻水管接觸并與水管內冷卻水進行間接熱交換使重灰降溫，冷卻后低溫重灰經下料器運送至重灰成品刮板。涼堿尾氣經布袋除塵器、旋風分離器分離出大部分堿塵后進入涼堿尾氣洗滌塔洗滌后，由引風機送至涼堿擴容器排空；布袋除塵器、分離器分離下來的堿塵經卸料器、重灰堿塵小絞龍進入輕灰成品刮板；洗滌液由泵打去重灰工序。沸騰涼堿爐涼堿系統工藝流程如圖2所示。

2.3 粉體流涼堿器工作原理

粉體流冷卻器由四部分組成：進料倉、板箱（換熱板組）、出料倉和料位控制系統，板箱是由中空的不銹鋼板片垂直緊密排列組成的換熱板組。待冷卻的物料均勻進入換熱板組間隔中，在重力的作用下，物料從換熱板組間均勻可控的自上而下緩慢通過，并與換熱板組內的冷卻水進行間接換熱，料位控制系統通過調節冷卻器下部的出料倉振動器頻率來調節出料速率，確保適當的停留時間，實現最佳出料溫度。

圖2 沸騰涼堿爐工藝流程圖

2.4 粉體流涼堿器與沸騰涼堿爐應用的比較

工藝指標方面，粉體流涼堿器試運行能力約30 t／h，已達設計能力（設計能力25t／h）。方案制定初期，考慮到一水堿結晶差，結晶不夠密實，容易產生較多的堿塵（0.075mm篩下物），容易引發重灰粒度低于70%的產品質量事故（GB210.4－2001標準執行的優級品重灰粒度≥70%），在應用涼堿爐涼堿時，堿塵由引風機抽吸帶走進入除塵系統，而粉體流涼堿器無引風裝置，故堿塵無法排除，會對產品粒度造成影響。通過對粉體流出料粒度與重灰皮帶粒度對比試驗發現，粉體流涼堿器涼堿后的重灰粒度平均水平優于涼堿爐降溫后重灰，其平均值略高于涼堿爐粒度值3.0%左右。分析原因：從數據來看，一水堿結晶差時，篩下堿塵相對較多，因為重灰顆粒在涼堿爐內呈現沸騰狀態，顆粒與顆粒、顆粒與器壁以及可以與換熱水管之間碰撞、摩擦較劇烈，可能會引起不夠密實的重灰顆粒的二次破碎，雖然涼堿爐引風裝置帶走部分的粉塵，但是一同隨著重灰出料粉塵同樣也相應的有所增加；然而，在粉體流涼堿器內，重灰受重力作用，緩慢的自上向下移動，幾乎不會產生二次破碎效應，從而不會破壞重灰的粒度。粉體流冷卻器冷卻水溫升高于沸騰涼堿爐冷卻水，換熱效率提高。

運行設備方面，與沸騰爐涼堿器相比，應用粉體流冷卻器進行涼堿，可以省掉涼堿鼓風機、布袋、旋風分離器、尾氣洗滌塔、涼堿引風機、涼堿擴容器、涼堿洗滌泵等設備及附屬管道，縮短工藝流程，減少生產設備，其中涼堿鼓風機、涼堿引風機、涼堿洗滌泵用電功率較大，省掉后能大幅度節約電能，工藝生產操作更簡單。

3 設備布置設計

現有涼堿設備為兩臺沸騰涼堿爐，本設計主要內容為新增加一臺粉體流冷卻器進行試驗，若粉體流冷卻器能達到預期目的，后期將再上兩臺粉體流冷卻器替換沸騰涼堿爐。本設計為在原有生產設備布置基礎上，增加新設備設計，由于原工藝流程所對應設備布置比較緊湊、合理，設備布置時既要考慮增加一臺粉體流冷卻器，同時又需要考慮后期用三臺粉體流冷卻器整體取代兩臺沸騰涼堿爐的設備布置，設計難度在于粉體流冷卻器的布置位置和取料位置及方式。

3.1 粉體流冷卻器的布置位置

考慮到后期三臺粉體流冷卻器替換兩臺沸騰涼堿爐，結合新加粉體流冷卻器高度，平面上所占空間大小，現有兩臺涼堿爐位置應為后期兩臺粉體流冷卻器位置，根據現場實際情況，確定新粉體流冷卻器位置位于兩臺沸騰涼堿爐之間，且東、西方向與兩臺沸騰涼堿爐軸線重合，粉體流冷卻器安裝框架基礎在一樓地面上，土建設計基礎承臺時同時考慮后期兩臺基礎承臺施工空間，并保證后期三臺基礎承臺單獨承受各自粉體流冷卻器載荷。

3.2 取料位置及方式

現有運輸設備受安裝位置限制，無法進行取料，后經比較確定沿長篩下刮板至東側沸騰涼堿爐進料絞龍上方位置，在老煅燒廠房三樓篩下刮板下方加進料絞龍，并利用三樓框架梁起進料絞龍前、后軸承座及傳動部分基礎，受篩下刮板安裝高度限止，新起基礎標高低于框架三層標高，進料絞龍安裝三層樓面上便于安裝、檢修。

3.3 粉體流冷卻器出料

利用粉體流冷卻器框架起平臺支撐出料絞龍，降溫后重灰經出料絞龍向北運送至重灰成品刮板、成品皮帶，進入成品車間包裝銷售。

3.4 短路分配刮板

篩下刮板沿長后，篩下物直接通過溜管進入兩臺沸騰涼堿爐進料絞龍，通過進料絞龍進入沸騰涼堿爐進行涼堿，短路分配刮板，從而停分配刮板，減少運行設備數量，降低能耗。待后期上三臺粉體流冷卻器時拆除分配刮板。

4 結 論

應用粉體流冷卻器替換沸騰涼堿爐滿足生產能力要求，新設備同老設備相比，具有占地空間小、附屬設備少、換熱效率高、操作簡便等優點，同時應用粉體流冷卻器后減少多個用電設備，大幅度降低電能消耗，從而進一步降低了生產產本，屬于節能降耗項目。

［1］ 王凱.化工設備設計全書——換熱器［M］.北京：化學工業出版社，2003

［2］ 運輸機械設計選用手冊編輯委員會.運輸機械設計選用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1999