重灰爐出低溫堿的原因分析及解決措施

張彪

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

0 引言

重灰，又稱重質純堿、重質堿，化學成分為Na2CO3，是純堿一種常見的產品類別，產品程白色顆粒狀，堆積密度一般為0.85～1.2g/mL，因其堆積密度大于輕灰(又稱輕質純堿、輕質堿)而得名。

重灰有著揚塵小、不宜吸潮板結、化學性能穩定、裝運成本低于輕灰等眾多優點而被廣泛應用于工業生產中，尤其是玻璃行業，使用重灰可有效延長玻璃窯爐的運行周期，穩定產品質量。在我國純堿總產能中，重灰產品產能約占75%，遠超輕灰投放市場總量。

在我國純堿企業中，重灰的生產大多采用輕灰水合生產一水碳酸鈉，再經煅燒脫水干燥工藝生產，根據輕灰的水合過程一水碳酸鈉生成原理及工藝的不同分為液相水合法與固相水合法；根據一水碳酸鈉煅燒脫水干燥設備選型不同分為回轉式蒸汽煅燒爐工藝和流態化蒸汽煅燒爐工藝，因國內純堿企業較多選用回轉式蒸汽煅燒爐；又根據煅燒爐返堿形式不同分為外返堿蒸汽煅燒爐和內返堿式蒸汽煅燒爐。另外，國內外還有少量純堿企業采用物理擠壓法生產重灰。

理論上，109℃以上時，一水碳酸鈉將開始逐漸脫水生成無水碳酸鈉重灰，但根據生產經驗，一水碳酸鈉在煅燒爐內經蒸汽間壁式加熱脫水，煅燒爐出堿溫度在150℃以上時，才可以保證一水碳酸鈉完全脫水生成含水率(含游離水和結合水)合格的重灰，當出堿溫度高于190℃時，將會增加蒸汽煅燒爐的蒸汽消耗，造成能耗損失增大，故行業內一般將煅燒爐出堿溫度控制在150～190℃。

1 重灰煅燒爐出低溫堿影響因素分析

本文就行業通用的回轉式蒸汽煅燒爐為例，分析探討出低溫堿的影響因素。

1.1 煅燒爐超負荷運行

煅燒爐進入一水碳酸鈉實際作業量超出煅燒爐作業設計負荷，將導致煅燒爐內一水碳酸鈉換熱反應不充分，其原因為煅燒爐進爐蒸汽量提供的熱負荷不足以加熱干燥一水碳酸鈉脫水所需熱量，最終導致煅燒爐出堿溫度低于預期值，使得出爐重灰夾帶未完全脫水反應的一水碳酸鈉，使產品質量下降。

1.2 煅燒爐進爐蒸汽壓力、溫度低

重灰回轉式蒸汽煅燒爐為回轉式蒸汽與一水碳酸鈉間壁式換熱式設備，其熱負荷由進爐過熱蒸汽提供。過熱蒸汽在煅燒爐內發生相變冷凝為冷凝水，釋放潛熱通過加熱管壁面傳遞給一水碳酸鈉用于加熱干燥一水碳酸鈉發生脫水反應。煅燒爐進爐蒸汽低于設計壓力比例較大值時，將會導致蒸汽釋放潛熱量不足以滿足一水碳酸鈉加熱干燥所需熱量，則會導致煅燒爐出低溫不合格產品。

進爐蒸汽溫度過低則會導致傳熱溫差不足，使得換熱效果降低，導致煅燒爐出低溫堿。

1.3 爐內結疤嚴重

常見的重灰煅燒爐基本均為蒸汽與物料間壁式換熱設備，通常情況下，為了增加傳熱面積、提高加熱管外壁防結疤能力，一般將加熱管設計為外環翅片式加熱管，保證加熱管壁面有效傳熱是保證重灰煅燒爐生產能力的基本條件。在生產實踐過程中，我們偶爾會遇到作業負荷、進爐蒸汽溫度壓力、進料指標均處于正常狀態，但煅燒爐出堿溫度較差，且呈現不穩定、不規律的波動，此時我們要考慮檢查爐內，判定加熱管是否結疤。

一般情況下，加熱管結疤的主要原因有以下幾個方面：

(1)加熱管泄漏。造成管內蒸汽(冷凝水)傳入加熱管外側，與爐內存灰混合，導致加熱管局部結疤，此種情況不易發現，局部結疤對煅燒爐換熱能力影響相對較弱，但在煅燒爐出堿中常見因受力而脫落的疤塊，或將影響產品質量，也應引起重視。

(2)進料一水碳酸鈉水分過大。一水碳酸鈉水分過大時，或與爐頭返堿混合不充分進入煅燒爐加熱段后，容易導致煅燒爐加熱段加熱管壁結疤，此種情況較為嚴重，常見的現象是造成煅燒爐換熱效率嚴重下降，使得煅燒爐出堿溫度持續偏低。

(3)煅燒爐爐氣出氣系統不暢。一水碳酸鈉在煅燒爐內與管內蒸汽換熱后，形成含堿塵高溫濕空氣(即爐氣)由引風機排至洗滌塔處理。當爐氣排氣系統不暢時，容易導致濕空氣在煅燒爐頭集聚，遇低溫或出氣系統壁面后凝結回落，易導致煅燒爐內爐頭段發生粘爐現象，導致煅燒爐換熱效率降低，從而影響煅燒爐出堿溫度波動。

1.4 返堿量不足

煅燒爐設計時，考慮一水碳酸鈉易結疤，故在煅燒爐設計增加返堿(煅燒分自身返堿與外返堿兩種形式)，即將爐尾高溫出料返回至爐頭，用于與一水碳酸鈉混合，形成濕度低、易分散的混合料，再進入煅燒爐內進行干燥脫水。若因煅燒爐內存灰量低、返堿管不暢通(自身返堿煅燒爐)、返堿控制閥失靈、返堿管堵、外返堿設備故障等原因，造成煅燒爐返堿量不足后，很容易導致煅燒爐處于低返堿狀態，從而引起爐處理能力下降，致使出堿溫度降低。

2 解決措施分析

結合上述原因分析，結合筆者在生產實踐中的相關經驗，對重灰煅燒爐出堿溫度低的現象，提出如下解決措施。

2.1 合理控制煅燒爐作業負荷

維持煅燒爐正常作業負荷是保證煅燒爐穩定、正常運行的基礎。根據煅燒爐設計負荷量進行煅燒爐的操作控制，是維持煅燒爐各項性能指標有效可控，保證煅燒爐安全運行的前提。各生產單位要引導操作人員嚴格執行操作規程，不超量、不超負荷的控制煅燒爐生產作業量。

2.2 穩定控制煅燒爐進汽指標

蒸汽煅燒爐進汽指標是保證煅燒爐換熱能力，維持相對恒定熱負荷和傳熱推動力的基礎條件。因此，密切關注煅燒爐進汽指標也是保障煅燒爐平穩運行的必備條件，一般建議有條件的生產企業可以考慮應用先控技術，對于穩定生產、降低消耗有著一定的意義。

2.3 善于控制煅燒爐技術指標，穩定運行

回轉式蒸汽煅燒爐屬于動態非均一穩定的汽-固換熱設備，煅燒爐內的存灰會隨著煅燒爐的旋轉而不停的翻動，加熱管內的蒸汽隨著換熱過程的進行及煅燒爐的旋轉，由爐尾進汽-疏水旋轉接頭自動的控制加熱管的進汽與疏水交替進行，由文中分析煅燒爐穩定運行的影響因素也較為復雜，所以培養合格司爐人員，善于操作控制進爐、出爐各物料的參數是穩定煅燒爐，避免低溫堿出現的又一關鍵因素。

2.4 維持合理返堿量

返堿量對于煅燒爐操作有著十分重要的作用，返堿與爐頭進一水合碳酸鈉混合過程既可保證物料進入煅燒脫水區的狀態，又對煅燒爐的壽命有著重要影響，尤其是對于自身返堿煅燒爐，返堿有爐頭外壁返回爐頭過程又可減少爐體與外環境的散熱，對穩定煅燒爐穩定運行發揮著重要作用。

3 結語

通過試產實踐，對回轉式蒸汽煅燒爐出低溫堿的影響因素及處置措施進行了逐一分析，希望能夠對純堿化工生產起到積極引導作用。