化灰工序技術(shù)改造總結(jié)

趙海軍，楊武林，祁成紅

(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817099)

化灰工序技術(shù)改造總結(jié)

趙海軍，楊武林，祁成紅

(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817099)

主要是總結(jié)了氨堿法生產(chǎn)純堿工藝中石灰消化工序的幾項(xiàng)典型的技術(shù)改造，并詳細(xì)說明了這些技術(shù)改造對(duì)石灰消化工序的物料消耗及工作環(huán)境起到的作用。

石灰石；消化；化灰機(jī)；變頻；抄板；改進(jìn)

氨堿法純堿工藝中，石灰消化的效率和灰乳濃度直接影響石灰石消耗的高低，石灰石消化主要受石灰石煅燒溫度、石灰顆粒、化灰水溫度、化灰機(jī)攪拌強(qiáng)度等的影響?；覚C(jī)作為石灰石消化的核心設(shè)備，提高其運(yùn)行效率，對(duì)控制石灰石消耗、保證后續(xù)工序平穩(wěn)運(yùn)行及改善化灰工序操作環(huán)境起到極其關(guān)鍵的作用。

1 影響石灰石消化的原因

純堿生產(chǎn)過程中化灰工序的主要任務(wù)就是把石灰窯排出的成品石灰(CaO)加水進(jìn)行消化，制成鹽水精制和蒸氨過程所需的氫氧化鈣懸浮液。影響石灰消化的原因有如下：

1)石灰石煅燒溫度影響：石灰石分解溫度適宜800～1 000 ℃,溫度低分解不完全，如果煅燒溫度超過1 000 ℃,氧化鈣易和石灰石中的雜質(zhì)生成硅酸鹽礦物,降低了有效氧化鈣的含量。

2)石灰顆粒的影響：單位面積的大小，即單位重量的石灰塊的全部表面積的大小對(duì)消化的速度影響很大。石灰塊越小，在同樣的條件下消化過程進(jìn)行得越快越完全。因此將石灰預(yù)先粉碎能加速消化反應(yīng)，提高化灰機(jī)能力。在消化過燒石灰時(shí)，預(yù)先粉碎效果更好。

3)化灰水溫度的影響：化灰水溫度可使石灰粒子爆發(fā)分散程度大，消化溫度高，制得的灰乳細(xì)膩粘稠性好，分散均勻不宜沉淀?；宜疁囟葹?0～65 ℃時(shí)，制成石灰乳溫度可達(dá)到90～96 ℃。

4)攪拌強(qiáng)度的影響: 攪拌對(duì)消化速度也有著一定影響，在消化時(shí)，石灰塊消化是由表面層向石灰內(nèi)層進(jìn)行，石灰粒子表面生成較厚的Ca(OH)2膏狀層，妨礙組織水與石灰粒子內(nèi)層的進(jìn)一步接觸，影響消化速度，因此，石灰消化過程中必須加強(qiáng)攪拌。

5)加水量影響：石灰消化時(shí)加水量不足，使石灰乳含Ca(OH)2濃度高，增加了石灰乳粘度。石灰消化時(shí)加水過多或消化設(shè)備不良會(huì)導(dǎo)致石灰乳含活性氧化鈣(ACaO)濃度低。

活性CaO在蒸氨預(yù)灰桶中與NH4Cl反應(yīng)，很快轉(zhuǎn)化成CaCl2和NH4OH。反應(yīng)只能在溶解的Ca(OH)2中進(jìn)行。如果懸浮的固相Ca(OH)2不能連續(xù)補(bǔ)充溶解的Ca(OH)2，反應(yīng)即停止。懸浮的Ca(OH)2顆粒越小，溶解就越快。因此，必須制備高“分散度”的石灰乳，以加速蒸氨預(yù)灰桶中的化學(xué)反應(yīng)。化灰機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)除使生石灰及砂子由返石皮帶送至機(jī)尾排除外部，同時(shí)還起攪拌作用，提高化灰機(jī)化灰能力。

2 石灰消化系統(tǒng)的工藝流程

灰倉內(nèi)的石灰經(jīng)喂料機(jī)，由化灰機(jī)前端開口與化灰水一同進(jìn)入化灰機(jī)內(nèi)?；覚C(jī)(又稱消化機(jī))為臥式回轉(zhuǎn)圓筒，出口端向下傾斜。石灰和水從上端加入，在化灰機(jī)內(nèi)互相混合反應(yīng)。開始石灰被粉化成粉末，粉末進(jìn)而與大量的水混合生成石灰乳。圓筒內(nèi)裝有許多螺旋形式排列的角鐵，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中使石灰與水充分接觸反應(yīng)的同時(shí)，并呈螺旋狀推動(dòng)物料前進(jìn)。石灰乳與生燒石塊及砂子同時(shí)從化灰機(jī)前部向后部運(yùn)動(dòng)，在機(jī)尾部有篩分筒，將生燒石塊分出用清水洗滌粘在表面的石灰乳后，由排出口排出，稱為返石。返石經(jīng)返石皮帶送入返石倉，再回窯重新煅燒。石灰乳從出口端流出后入兩層振動(dòng)篩。石灰乳從篩孔流下入石灰乳桶，再用灰乳泵送至蒸氨、鹽水精制等工序使用。剩下的未消化石灰與雜渣從篩面上流入螺旋洗砂機(jī)，經(jīng)洗砂機(jī)再次洗滌后，廢渣(砂)排棄，洗砂水入雜水罐，經(jīng)雜水泵送入化灰機(jī)，作為化灰水使用。化灰機(jī)尾部排汽帶少量灰，對(duì)周圍操作環(huán)境造成污染，化灰機(jī)運(yùn)行效率下降，排除的灰量就越大，現(xiàn)場(chǎng)污染越嚴(yán)重。 鑒于以上，為提高化灰工序生產(chǎn)效率，改善化灰工序的現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境，公司進(jìn)行了以下技術(shù)改造，并取得了顯著的效果。

1.灰倉 2.石灰給料器 3.化灰機(jī) 4.熱回收裝置 5.返石皮帶 6.振動(dòng)篩 7.螺旋洗砂機(jī) 8.灰乳罐 9.雜水罐 10.雜水泵 11.灰乳泵圖1 石灰消化流程及化灰機(jī)示意圖

3 技術(shù)改造內(nèi)容

我公司化灰機(jī)為一臥式鋼制回轉(zhuǎn)圓筒，機(jī)身為鋼制圓筒，長約為29 739 mm，直徑φ3000，轉(zhuǎn)速2.55 rpm，化灰機(jī)內(nèi)部有錳鋼內(nèi)襯，內(nèi)襯板上焊有斷續(xù)抄板。在尾部有灰乳滾篩，以供灰乳與返石返砂分離。機(jī)身兩端各有一個(gè)鑄鋼滾圈支于兩對(duì)能轉(zhuǎn)動(dòng)的托輪上，托輪座于托輪槽內(nèi)，槽內(nèi)注有廢機(jī)油，托輪浸于廢機(jī)油中，在機(jī)頭滾圈的一側(cè)有一大齒圈，由傳動(dòng)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，生石灰和化灰水從一端進(jìn)入，灰乳返石返砂從另一端排出，從而實(shí)現(xiàn)石灰消化操作。為提高化灰機(jī)的運(yùn)行效率，保證灰乳濃度，公司做了以下幾項(xiàng)技術(shù)改造。

3.1 化灰機(jī)變頻控制改造

原化灰機(jī)設(shè)計(jì)啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)，化灰機(jī)一啟動(dòng)即按額定功率，保持一定的轉(zhuǎn)速不變，當(dāng)進(jìn)入化灰機(jī)的物料參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，消化石灰在未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下就從排出口排出，因此灰乳指標(biāo)達(dá)不到要求，對(duì)后續(xù)蒸氨系統(tǒng)的操作帶來不便。采用變頻器控制實(shí)現(xiàn)化灰機(jī)變頻啟動(dòng)時(shí)，在電機(jī)的輸入端一點(diǎn)一點(diǎn)地把電壓從0升高到額定電壓，頻率由0漸漸的變化到額定頻率，這樣電機(jī)在啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)電流，就由過去不可控的過載沖擊電流變成為可控的、可根據(jù)需要調(diào)解大小的啟動(dòng)電流。電機(jī)啟動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。2015年5月進(jìn)行化灰機(jī)變頻技術(shù)改造，將配電柜更換為施耐德ATV71HD90N4/90KW成套柜。GGD配電柜要求規(guī)格：800×1 000×2 200 mm，變頻技改實(shí)現(xiàn)DCS變頻信號(hào)4～20 mA 1個(gè)模擬量輸出給定、4～20 mA 1個(gè)模擬量輸入反饋和24 V開關(guān)量變頻報(bào)警反饋。通過變頻啟動(dòng)改造，在化灰機(jī)運(yùn)行初期或物料參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可通過主電機(jī)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)化灰機(jī)的轉(zhuǎn)速，延長了灰乳在化灰機(jī)中停留的時(shí)間，使灰更容易溶解，減少灰的浪費(fèi)。

3.2 化灰機(jī)抄板加寬

化灰機(jī)內(nèi)壁上不連續(xù)分布的306個(gè)抄板短節(jié)由100×100×10 mm，長度為400 mm的Q235角鋼焊接制成，原設(shè)計(jì)寬度為100 mm,由于抄板較短化灰機(jī)的攪拌強(qiáng)度不夠，使生石灰無法充分消化。本次技術(shù)改造為加大化灰機(jī)攪拌的強(qiáng)度，將化灰機(jī)抄板加寬至150 mm，使表面生成的Ca(OH)2膏狀層盡快脫離石灰粒子表面，及時(shí)轉(zhuǎn)移入水中形成石灰乳，使固相表面不斷更新，以加快消化速度。2016年7月投用后由返石返砂量與灰乳濃度極差對(duì)比統(tǒng)計(jì)表可知，返石量與灰乳濃度極差有明顯下降趨勢(shì)，由于受石灰石粒度控制等其它因素，返砂量還未得到明顯的改善。

表1 技術(shù)改造前后返石返砂量與灰乳濃度極差對(duì)比表

3.3 化灰機(jī)排氣筒加裝沖洗水

化灰機(jī)排氣筒配置了出汽余熱回收裝置，即用水洗滌化灰機(jī)出汽，提高化灰水溫度，從而降低蒸氨汽耗。原設(shè)計(jì)在化灰機(jī)機(jī)尾處連接二次水管線，受水質(zhì)及水壓限制，化灰機(jī)使用一段時(shí)間后機(jī)頭排氣筒管道結(jié)疤嚴(yán)重，造成化灰廠房環(huán)境惡劣，需人工使用消防水定期沖洗，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此將原有的DN350二次水管線從根部割除用盲板焊死，重新從雜水管線引DN50的不銹鋼管線連接至排氣筒頂部，使沖洗水經(jīng)常流動(dòng)，延長沖洗時(shí)間，保證排氣筒暢通，不僅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而且改善了廠房的壞境。

3.4 化灰系統(tǒng)增設(shè)低壓水應(yīng)急沖洗水

化灰系統(tǒng)運(yùn)行過程中因沖洗水(濁水)中雜質(zhì)堵塞、濁水化灰泵故障等原因出現(xiàn)供水不連續(xù)情況，使懸浮的固相Ca(OH)2不能連續(xù)補(bǔ)充溶解的Ca(OH)2，無法制備高“分散度”的石灰乳，以加速蒸氨預(yù)灰桶中的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)蒸氨系統(tǒng)的能耗控制造成一定的影響。本次改造是從原化灰水補(bǔ)充水(低壓生產(chǎn)水)管線配置一條DN100管線連接沖洗水總管，當(dāng)濁水供給出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)投用低壓水穩(wěn)定灰乳濃度。

4 技術(shù)改造效果分析

1)化灰機(jī)抄板加寬及主電機(jī)變頻改造，使返石 返砂得到有效控制，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2015年產(chǎn)生返砂157 714.84 t、返石36 557.59 t，經(jīng)技改后2016年產(chǎn)生返砂150 104.87 t、返石33 450.99 t， 2016年返砂、返石分別比2015年下降4.83%、8.50%。技術(shù)改造前、改造過程及改造完成后同期相比噸堿石灰石、焦炭消耗也呈下降趨勢(shì)，見數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。

表2 石灰石、焦炭消耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表

2)排氣筒沖洗水改造解決了排氣筒堵塞問題，使排氣筒保持暢通，減少了人工清理頻次，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善廠房環(huán)境。

3)化灰系統(tǒng)增設(shè)低壓應(yīng)急沖洗水，解決了沖洗水(濁水)異常情況下因灰乳濃度波動(dòng)造成蒸氨系統(tǒng)跑氨的問題。

TQ114.161

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1005-8370(2017)04-46-03

2017-05-22

趙海軍(1972—)，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)，經(jīng)濟(jì)師，注冊(cè)安全師、化工工藝工程師?，F(xiàn)任中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司副總經(jīng)理。