國產活塞推料離心機重堿二次脫水及工藝技術進步

譚建平

(重慶江北機械有限責任公司，重慶 210037)

在純堿生產過程中，重堿(NaHCO3)晶漿液的過濾是制堿的重要工序，對制堿的原材料消耗有很大的影響，是成品純堿中氯化鈉含量的決定性工序，尤其是對聯合制堿系統的母液能否平衡影響極大。目前國內外大都采用真空轉鼓過濾機(濾堿機)來進行重堿的過濾，該機的優點是完全自動化和連續化、易調節產量、適應生產的波動要求、處理能力較大、操作比較簡單、工作平穩、無振動、無噪聲、運行安全可靠。但也存在明顯的缺點：過濾推動力小，分離的重堿含水量偏高。目前純堿生產中轉鼓過濾機出來的濕重堿水分大約為17.5%，水分的高低，直接影響煅燒蒸汽的消耗。一般情況下，重堿水分每升高1%，可導致煅燒蒸汽消耗升高30 kg/t堿，若能進一步降低重堿水分，將大大減低煅燒汽耗，同時提高煅燒爐的生產能力。在保證碳化、過濾工序生產裝置及操作條件已經達到優化的狀態下，降低重堿水分含量的方法主要有兩個：一是在重堿過濾、洗滌過程中，向洗水中加助濾劑，加入助濾劑后重堿水分可降低3%左右，但此法帶來了諸多不利因素，如產品溶液濁度升高，影響產品質量等；二是使用活塞推料離心機對重堿進行二次脫水，該方法可使重堿水分降低4%左右，使用重堿二次脫水技術，也可進一步降低純堿鹽分，從而提升產品質量。

1 重堿二次脫水工藝現狀

1.1 二次脫水用離心機處于國外壟斷局面

為了降低進入煅燒工序濕重堿的含水量，上世紀90年代初我國大型純堿企業采用重堿二次脫水工藝先后從國外引進了大口徑三級活塞推料離心機和柱錐形兩級活塞推料離心機對真空轉鼓過濾機出來的濕重堿進行二次脫水，取得了成功，為企業帶來了良好的綜合效益，從那時開始，國內重堿二次脫水工藝的純堿企業多采用國外的、直徑1 000 mm的多級推料離心機。

由于純堿廠都是規模化生產，隨著國內的純堿生產線產能的不斷擴大和改建，對用于重堿二次脫水用的離心機單機產量要求不低于35 t/h。這種應用于重堿二次脫水的大規格活塞推料離心機因國內離心機生產企業受設計和制造能力等問題限制一直無法量產，在重堿二次脫水工藝上無應用業績和應用數據支撐，很長一段時間內沒有能夠打破這種進口離心機一枝獨秀的壟斷局面，直到近年這種局面才得到改善。

1.2 離心機細晶無法回收

重堿過濾分離后的母液中含有重堿細晶，這一問題幾十年來一直困繞純堿企業，各個純堿廠都曾想方設法對母液中重堿細晶進行回收，但設計的回收裝置使用效果不盡如人意，至今還沒有成熟可靠的技術及裝置能有效回收母液中的重堿細晶。由于真空過濾推動力小，濾布間隙可以控制，因此母液中含有的細晶不多，約為2‰；而活塞推料離心機對重堿進行二次脫水受過濾網制造技術限制，網縫間隙不能做得太小，而離心推動力比真空推動力大得多，母液中的重堿細晶相對于真空過濾機脫水的母液中含量要多得多，約為30%。目前實施離心機重堿二次脫水的純堿廠，活塞推料離心機分離后的母液都直接回系統，致使重堿細晶一直在系統中進行循環，造成過濾損失。當系統中細晶量達到一定程度后，會影響活塞推料離心機的濾餅均勻，造成分離困難，可能引起離心機的振動；甚至最終還會因細晶過多致使真空過濾機堿餅表面出現龜裂，造成真空損失直接影響整個生產過程。因此，對采用重堿二次脫水工藝后母液中的細晶回收必須引起足夠重視。

1.3 重堿二次脫水用離心機國產化之路

青海某堿廠擁有100萬t/a純堿生產裝置，2020年該公司為了節能增效，決定采用重堿二次脫水工藝以降低進入煅燒工序的濕重堿含水量。公司通過對國內純堿企業和離心機制造企業的調研考查后得出結論是國產大規格活塞推料離心機技術已基本成熟并在其它行業已得到應用，但純堿行業暫無應用業績；為此，該公司發揮國有企業的擔當作用，以振興民族工業為己任，積極促進、支持國產離心機在純堿行業的使用，決定邀請國內離心機制造企業提供離心機到公司現場進行試用，為國產大規格活塞推料離心機在重堿二次脫水的應用提供驗證平臺及數據收集渠道。

2 國產推料離心機重堿二次脫水試驗

重慶江北機械有限責任公司始建于1941年，至今已有八十年的悠久歷史；1964年，根據國家三線建設戰略部署，該公司開始專業生產制造離心機產品，成為中國早期大型的離心機專業制造廠，公司主要產品有GK/GKH系列臥式刮刀、HY/HR系列活塞推料、LW/LWZ系列臥式螺旋卸料、PD/PLD系列平板四大類離心機。為了配合青海某堿廠重堿二次脫水離心機國產化試驗，重慶江北機械有限責任公司提供一臺HRZ1000-N雙級活塞推料離心機到用戶現場進行試驗。

HRZ1000-N活塞推料離心機主要由螺旋進料裝置、機殼、轉鼓組合、篩網、機座、油路系統、推料機構等部件組成。

圖1 HRZ1000-N離心機主要結構圖

HRZ1000-N活塞推料離心機主要技術參數：

轉鼓內徑 948/1 030 mm

轉鼓轉速 950 r/min

分離因數 520

推料次數 60～80(可調) 次/min

推料行程 65～75 mm

主電機功率 75 kW

油泵電機功率 55 kW

螺旋減速機功率 11 kW

活塞推料離心機為連續操作的過濾式離心機，具有自動連續操作、連續排渣、生產能力高、功率消耗低且均勻、無峰值負荷、結構緊湊、干燥快、對晶體破碎少、運轉平穩、振動小等優點。特別適用于規模化生產企業使用。

通過前期技術調整后，重慶江北機械的HRZ1000活塞推料離心機于2021年5月進入連續不間斷帶料運行，運行過程中對離心機的機械性能和工藝性進行了考核，各項工藝指標、工藝參數在控制范圍內，達到設計要求：進離心機重堿水分在17.5%時，活塞推料離心機處理能力≥38 t/h，出離心機重堿含水≤12.5%，通過近三個月的連續試驗并對試驗情況及數據收集分析，國產大規格活塞推料離心機在重堿二次脫水中各項性能指標與進口離心機相當，達到當期國際先進水平，完全能替代進口，該企業最終10臺用于重堿二次脫水的活塞推料離心機全部采用國產設備。

3 虹吸刮刀卸料離心機回收細晶

通過現場進行重堿二次脫水的試驗，結合對重堿生產工藝的了解，我們認為目前采用的活塞推料離心機重堿二次脫水工藝中細晶沒有進行回收，存在產能損失和對生產造成影響的風險，該工藝有待完善。

虹吸刮刀卸料離心機是一種連續運轉、間歇卸料的過濾式離心機，它可在工作轉速下完成反沖、進料、撇液、洗滌、脫水、卸料等工序。與普通刮刀卸料離心機所不同的是，虹吸離心機的過濾推動力除離心力外，還有類似于真空的抽力，因此比普通刮刀卸料離心機具有更高的生產能力及更佳的分離效果。由于虹吸刮刀卸料離心機具有虹吸室，通過虹吸室可以引入反沖水對過濾介質進行反沖洗以達到過濾介質的再生。其工作原理見圖2，主機全速運轉后物料由進料管進入機內，濾液由轉鼓上的斜孔進入虹吸室并由虹吸管排出機外，物料在轉鼓內形成濾餅，經刮刀刮下由出料裝置排出機外，反沖水經反沖管進入虹吸室并經轉鼓上的斜孔進入轉鼓內對濾網進行反沖再生。

1.轉鼓 2.進料管 3.出料裝置 4.濾餅 5.虹吸室 6.反沖管 7.虹吸管 8.刮刀圖2 虹吸刮刀卸料離心機

重慶江北機械有限責任公司曾在四川某堿廠用GKH1250虹吸刮刀卸料離心機進行了替代真空轉鼓過濾機分離重堿試驗，機器運轉平穩可靠，控制系統操作靈活，在相同進料工況下，虹吸刮刀卸料離心機相比真空過濾機表現出了優異的脫水效果，離心機分離后的濾餅含水量低于10%，重堿產量約8～10 t/h；分離液中細晶含量極少，通過試驗論證了虹吸刮刀卸料離心機可通過反沖洗有效解決純堿板結問題從而使分離過程可持續進行。由于純堿的年產量太大，如果全部采用虹吸刮刀離心機替代真空轉鼓過濾機，所需離心機數量太多，因此該方案最終未得到工業化應用。采用活塞推料離心機進行二次脫水后的細晶回收量相比重堿的直接脫水量要小得多，這就使得虹吸刮刀卸料離心可以用來進行細晶的回收，真空轉鼓過濾機、活塞推料離心機、虹吸刮刀卸料離心機的組合使用可形成完善的重堿二次脫水工藝，徹底解決細晶引起的機器振動、分離困難等問題，減少過濾損失，提高產能。

1.堿液桶 2.堿液泵 3.出堿槽 4.真空過濾機 5.濕重堿皮帶 6.洗水桶 7.活塞離心機 8.干重堿皮帶 9.母液桶 10.母液泵 11.稠厚器 12.堿液泵 13.虹吸離心機 14.反沖罐 15.堿液泵圖3 重堿二次脫水工藝流程

4 重堿離心過濾工藝流程

由真空過濾機刮下的濕重堿經濕重堿皮帶輸機5并被犁式刀閘閥分配給雙級活塞推料離心機7的進料螺旋送入離心機進行二次脫水，經活塞離心機二次脫水后得到含濕量12%～14%的干重堿經干重堿皮帶8送入煅燒工序；雙級活塞推料離心機系過濾式離心機，受活塞推料離心機過濾網的限制，分離后母液中存在約30%左右的重堿細晶，為了對這部分重堿細晶進行回收，活塞推料離心機分離后的母液進入母液桶9內經堿液泵10送入稠厚器11經進料閥進入虹吸刮刀卸料離心機13進行離心分離，經虹吸刮刀卸料離心機分離后得到含濕量10%左右的干重堿與雙級活塞推料離心機分離后的干重堿混合，經干重堿皮帶8送入煅燒工序，虹吸刮刀離心機分離后的母液由虹吸管打入反沖罐14然后由堿液泵15打回洗水桶作為真空過濾機的洗水，當虹吸刮刀離心機需要反沖洗時打開反沖閥門用反沖罐中的母液對離心機進行反沖洗使過濾介質得到再生。各設備分離效果見表1。

表1 重堿二次脫水工藝設備分離效果

5 結 語

重堿二次分離技術的應用是通過專用離心機及其配套流程的改造對固相重堿所含水分進行再次分離, 此分離過程可以大幅度降低進入純堿煅燒工段的濕重堿含水量，減少了煅燒的蒸汽耗量，起到了節能減排、增產增收的目的，同時對成品堿的質量也有極大的提高，可以為企業帶來較大的經濟效益和社會效益，完整的重堿過濾工藝可以減少出現過濾損失，提高生產過程的穩定性，該項技術思路合理，綜合考慮并解決了生產工藝各個環節所面臨的問題，配套的設備性能優良，完全能滿足生產工藝的技術要求，具有綜合投資效益高的特點，隨著國產大規格活塞推料離心機替代進口離心機在重堿二次脫水中的成功應用，離心機的采購成本會大幅下降，越來越多的純堿生產企業會對重堿、輕灰系統進行節能增效技術改造，該工藝非常值得推廣應用。