Solex粉体流凉碱机关键技术的探讨与改进

吴小云

（南化集团连云港碱厂，江苏 连云港 222042）

连云港碱厂2013年7月新增加拿大粉体流冷却科学公司（Solex）生产的粉体流重灰凉碱机，用于重灰的生产，与传统的凉碱设备相比有着非常突出的特点，能耗小，冷却好，噪音和污染较少。该装置将密相输送原理及传统的板式换热器相结合，利用物料的自身重力和设备下料端的振动，实现了物料在流动过程中的冷却过程。本文从实际出发，将这种粉体流凉碱机部分关键技术进行分析探讨，并提出改进意见，以便设备在重灰冷却中能够更加稳定的运行，同时也为国内部分同类设备提供参考。

1 Solex粉体流重灰凉碱机的主要结构和原理

加拿大Solex公司粉体换热技术有效地将固体颗粒密相输送原理与板式传热板技术创新的结合在一起，使粉体流换热器能有效的冷却物料，是低能耗，低成本，操作环境较好的一种工艺，在当今世界属于领先技术工艺。目前，该公司粉体换热技术进入纯碱行业主要应用于重灰冷却工艺。这种创新性的技术结合了密相输送原理及传统的板式换热器设计思想。固体流板式换热器凉碱技术将节约占地空间、降低粉尘排放、降低动力消耗；无需配备风机及除尘过滤设备，符合清洁生产的要求，符合国家节能减排的要求。

2 Solex粉体流凉碱机主要的关键技术

2.1 密相输送和立式设计

固体颗粒密相输送原理：密相输送时，颗粒是在少量气体松动的流化状态下进行集体运动，并不靠气体使它加速，固体的移动是靠静压差来推动的。

在粉体流凉碱机的中间部位装有鼓风装置，利用风量的鼓动使得重灰在重力的作用下可以产生移动。在物料移动过程中，与换热板无间隙接触，保证换热效果。

立式箱体设计是配合密相输送法同步实施，它是利用物料的重力作用充分完成了移动，最大可能性节约了能耗，减少物料输送的额外能耗。立式箱体设计也解决了密封上的问题，保证了粉状物料在工作时不容易飞扬。

2.2 将换热板组运用于固体冷却

板式换热器是化工设备中常用的冷却装置，大部分用于液体散热或冷却高温气体，粉体流凉碱机将传统的板式换热器运用到固体冷却，运用板式换热器之间的间隙，将物料在缝隙内缓慢移动，实现热的交换，进而实现了将固体物料降温的性能。

粉体流凉碱机的传热板采用无垫片全焊工艺。传热板由两块不锈钢板片经激光焊或电阻焊，四周进行缝焊，并焊接折流通道，同时焊接进出口连接管。经焊接的板片预设打压膨胀成均匀的波纹状或酒窝状，这些波纹／酒窝能让流体在板内形成高度湍流，以提高换热效率，并能有效减少结垢的发生。两块板的焊接质量是重点。

整板焊接后，上下各焊接一个进出水管，然后在将换热板组装成一个板组。这样装配的板组每一片换热板都是独立的，而且拆装简便，即使有一组换热板出现了漏水，也不影响其余板组的工作。为了保证在工作中换热管不变形，各换热板用固定板卡固定，并与仓体联接。总水管安装在仓体外壳，分别用金属软管连接到各换热板的水管接头处。每块换热板通过供循环水的出水和进水歧管，使得物料缓慢通过传热板间隙时，得以冷却，水流与物料流呈逆流状态，以达到最大的传热效率。

2.3 百叶窗阻料板与振动电机控制物料的流量

粉体流凉碱机最重要的核心技术在于它的下料部件。Solex粉体凉碱机设计基于密相输送原理，物料在设备的内部均匀缓慢地通过，这样可以保证换热效果充分进行和物料与板壁间产生的磨损较小，只有满足这两点，才能保证它的性能得以满足。如何使物料有效地控制流速，solex公司先进之处在于它充分使用了物料的堆积性能，并对重质纯碱的堆积角（即安息角）进行试验、研究，这种将纯碱堆积角利用在纯碱设备中的技术是首例。

堆积角原理：物料在堆放时能够保持自己稳定状态的最大角度（单边对地面的角度），称为“堆积角”，也叫“安息角”。在这个角度形成后，再往上堆加这种散料，就会自然溜下，保持这个角度。堆积角是粉尘类物料的动力特征之一，传统设计中只有静设备例如除尘贮灰斗的锥体或用管道输送物料时的倾斜角时使用。

轻灰的堆积角为35°，重灰流动性好，堆积角小于轻灰，大约在30°左右。下图为粉体流凉碱机内部加设的百叶窗阻料板，阻料板焊接在锥体下料段的板壁上，中间用筋板固定。热的重灰通过冷却段的冷却后，落在阻料板的上方，当振动电机未开启时，重灰物料在阻料板上放置，由于阻料板的倾斜度为重灰物料的堆积角的角度，重灰可以存在其上方而不泄漏；当振动电机开启后，下料段整体前后运行，在这种振动下，物料随着阻料板的间隙流出，当调节振动电机的频率时，随着振动量的变化，物料流动性也随着变化。

图2 下料段示意图

图3 阻料板两节板组的夹角

图4 阻料板焊接在下料段两侧的板壁上

根据这个原理，当粉体流冷却器运用在别的物料上时，要根据物料堆积角的大小调整阻料板的角度；或者将阻料板做成活动可调节式，可根据物料的实际情况来调整角度的大小。也可以调整成如图5的形状。

图5 阻料板的其他形式

Solex粉体流凉碱机在下料部位的独特设计，保证了重灰在传热板间以相同速度同步移动即密相输送，这使得物料得到均匀冷却，两个同步电磁振动电机异向旋转产生了直线振动，控制物料的存量。

2.4 实现了自动化控制

Solex粉体流凉碱机在自动控制方面将进出料温度、进风、冷却水、振动电机、仓内负压、料仓高度等设置了自动调控系统，利用DCS平台实时监控，设置了限位导向装置，料位控制系统通过控制振动电机的频率来维持料仓的料位：当料位低于设定下限位置时，振动电机停止振动或频率降低，此时增加料仓内部的重灰，料位维持在设定好的操作料位；当料位高于上限位置时，振动电机振动频率加大，增加物料的流动，减少物料的堆积。

3 运行中出现的问题及需要改进的部位

3.1 装置内部堵料及处理

3.1.1 运行中出现堵料

通过实际运行，发现料仓存在堵料的现象，对粉体流堵料情况分析，目前堵料集中点：①料仓上层栅板；②换热板组I的上部；③换热板组I的板组内侧；④换热板组II的上部；⑤换热板组II的板组内侧；⑥粉体流进口下料溜管。

3.1.2 堵料原因分析

图6 堵料的几个主要区域

1）料仓上层栅板：多为碱球、杂物或碱疤。碱球和杂物为碱筛两侧缝隙过来，在系统出现碱球时特别明显。另外，近期出现了碱疤，多为进料溜管中结疤所致，天气越冷，此现象越明显。

2）换热板组I的上部：通过上层栅板的碱球、碱疤或杂物。料仓上层的栅板呈倾斜状放置，板条间非常松动，稍微用力部分碱球即可穿过。近期较为明显的就是碱疤的出现，如果长条状碱疤竖直通过栅板缝隙，到达换热板组I上部时是呈水平状，此时碱疤就停留在此位置。

图7 上部换热板积碱疤情况

3）换热板组I的板组内侧：碱球、杂物，最多时内层结疤。若板组内部出现碱球或杂物，很容易导致上部物料的堆积，在上次清理过程中可以看到在换热板组的上部堆积物料较多。最为严重的是内层结疤，主要是操作中碱尘和温度的控制。

4）换热板组II的上部，同2）。

5）换热板组II的板组内侧，同3）。

6）粉体流进口下料溜管：这个问题近期出现较多，在斗提机至粉体流的溜管和碱筛至斗提机的溜管中都出现了严重的结疤，其中碱筛至斗提机溜管中有一插板，插板上部结疤尤为严重，导致11月9日的两台重灰炉全停。这个情况说明系统内部（包含粉体流、吊斗、溜管）充满了水汽和碱尘。

3.1.3 问题的处理和想法

1）料仓上层栅板：增加栅板密度。没有找到合适的筛网。

针对碱疤、异物通过的情况，计划焊一个与图8相同的不锈钢栅板（φ10不锈钢圆钢焊接），但放置时与图8方向相反，两套栅板放置后，中间空隙成“口”状，可以避免长条状的碱疤或异物通过。

图8 不锈钢栅板及放置方法

2）换热板组I和换热板组II的上部堵料问题：建议在粉体流外壳体上①②开一个长条状的清理孔，及时清理该处的堆积物。

3）换热板组I和换热板组II的板组间结疤问题：加强操作管理，定期使用压缩空气吹扫内部碱尘。

4）各溜管结疤：增加保温和清理孔盖，定期检查清理。最主要加大整改系统内部的水汽和碱尘的处理。

3.2 增加清理和清洗功能

从实际使用观察，粉体流凉碱机内部结疤由于各种原因，还是经常存在的，特别是换热板上面的结疤严重影响了换热效果以及物料的流通，致使整体装置能力大幅下降。在清理过程中，介于换热板板壁过薄，不能采用硬力清理，而操作说明书上也说明了可采用热水清洗。在我厂使用中，已经进行了几次清理，清洗中主要存在以下问题：①没有清洗预留孔或清洗功能，每次都要将下端的锥形料仓处的短节拆除，用软管将清洗后的液体引流排出；②下端锥形料仓与冷却段之间的柔性软联接在多次清洗后变硬、发脆，容易损坏；③高温水对装置和人都容易造成烫伤的危险；④清洗时部分装置内部的死角不容易处理。

针对以上问题，在粉体流凉碱机设计和制造时就应该将清洗装置一并设计。

3.3 增加循环水过滤装置

Solex粉体流凉碱机换热板之间的间隙非常小，大约在1mm左右，加上板片预设打压膨胀成均匀的波纹状或酒窝状，这些都导致了冷却循环水在换热板内部容易结垢，如果有大颗粒进入后还容易将内部堵塞，如果用酸洗很容易损坏其材质。

这种情况下需要进入板组的循环水非常干净，最好使用软水不容易结垢，这些在国内大部分企业很难实现。目前在进入板组前分水管前端总管上增加了滤网，但在实际使用中，仅半年的实际就出现了滤网破损，而且滤网两侧还出现了间隙，导致水中杂质很容易进入板组。所以过滤装置还需改进，不仅要定期清理检查，还要对过滤网的安装方式进行改进，避免缝隙和破损的出现。

Solex粉体流凉碱机在国内属于新增的纯碱生产设备，在节能、环保、高效方面存在明显的优势，但是生产厂家仅能进行短时间的生产试验，长期运行中所出现的问题很难估计和判断，目前国内已出现同类产品，本文的研究希望对国内同类产品的制作和其它兄弟碱厂的使用能够提供帮助。

［1］ Solex粉体流凉碱机操作手册［R］

［2］ 中华人民共和国化学工业部.设备维护检修规程［S］.北京：化学工业出版社，1993

［3］ 孟庆华.Solex粉体流凉碱机与传统凉碱机的比较及应用［J］.纯碱工业，2013（6）