炉气冷却器结疤原因及改善措施

雷卫东，李 影，周亚传

(广东南方碱业股份有限公司，广东广州 510760)

炉气冷却器结疤原因及改善措施

雷卫东，李 影，周亚传

(广东南方碱业股份有限公司，广东广州 510760)

通过对煅烧炉气冷却器结疤的原因分析，提出预防措施并进行技术改造，改善冷却器气相结疤堵塞情况，降低炉气系统阻力，保持系统通畅，确保生产连续稳定高效，降本增效。

纯碱；炉气；冷却器；结疤；改造

我厂目前有4台轻灰自身返碱蒸汽煅烧炉，纯碱生产能力60万t/a。其中三台为φ2800×27000轻灰煅烧炉，设计生产能力为500 t/d；一台为φ2500×27000轻灰煅烧炉，设计生产能力为400 t/d。重碱煅烧是纯碱制造的最后一道工序，既要控制纯碱成品符合质量标准，又必须回收重碱煅烧分解产生的CO2，它占纯碱制造所需的CO2总量的一半。重碱煅烧操作的好坏对纯碱的产量、质量和能源的消耗有着决定性的意义。自身返碱蒸汽煅烧炉是纯碱生产的重要设备之一，采用蒸汽为热源的粗重碱煅烧的大型回转设备。粗重碱从炉头进入，与从炉尾返碱口进入螺旋返碱管返回炉头的纯碱混合后由蒸汽供热进行分解干燥，成品纯碱由尾部出碱口经螺旋出碱管返回炉头卸入出碱罩，粗重碱受热分解产生大量混合气体——炉气，主要由水蒸汽、CO2、氨、碱尘和少量空气组成。

炉气回收系统主要回收重碱在煅烧炉内受热分解时产生的炉气，炉气经洗涤、冷却、再洗涤后得到高浓度的二氧化碳，供碳化制碱用，炉气中的碱尘及氨气也从洗涤、冷却过程中得到回收。炉气回收系统主要由炉气分离器、水封槽、炉气冷却器、洗涤塔及炉气管道组成，若炉气系统不畅就造成生产系统负荷下降。

1 炉气回收工艺流程简介

1.1 工艺流程简图(图1)

图1 炉气回收工艺流程图

1.2 流程简述

4台轻灰煅烧炉煅烧重碱生成含有二氧化碳、水蒸汽、氨、碱尘等的炉气，借助压缩机产生的负压由出气箱引出，进入旋风分离器，分离炉气中大部分碱尘后，进入水封槽，在水封槽内经热碱液循环喷淋洗涤，经炉气管继续由热碱液喷淋洗涤进一步洗去炉气中的碱尘后，汇合进入炉气总管，然后分两路：一路分别进入1#、2#、3#炉气冷却器冷却降温及回收炉气中的氨，冷却后的炉气混合后进入旧炉气洗涤塔，气体在塔内被自上而下的洗水喷淋洗涤净化，炉气自塔顶出来经旧气液分离器分离水汽，送往压缩工序供碳化制碱用；另一路进入4#炉气冷却器冷却，冷却后的炉气进入新炉气洗涤塔，气体在塔内被自上而下的洗水喷淋洗涤净化，炉气自塔顶出来经新气液分离器分离水汽，送往压缩工序供碳化制碱。

2 炉气回收系统存在的问题

炉气回收系统的炉气冷却器运行约半年后，由于单质硫、碱尘及钙、镁的结垢，冷却器气相通道逐渐堵塞，炉气系统阻力逐步增大，造成轻灰系统生产能力下降，制约系统产能，需不定期减产或停产对炉气冷却器进行高压清洗，对我厂生产造成较大损失。

2.1 炉气冷却器结硫堵塞原因分析

碳化塔制碱过程因下段气窑气及炉气带来有一定量的氧气，进入碳化塔后加速氨盐水对碳化塔的腐蚀，造成纯碱铁含量超标；新开塔表面较多铁锈，未形成保护层造成产品铁分高；碳化塔清洗过度，破坏表面保护层，加快碳化塔的腐蚀；操作不当，碳化塔上部温度低，加重碳化塔上部的腐蚀，造成产品铁含量波动。为降低碳化塔的腐蚀生产合格的产品，通过精盐水吸氨时加入硫化钠来促使碳化塔表面形成保护层，减缓碳化塔的腐蚀。但由于系统加入了硫化钠，反应产生单质硫，淡黄色极强粘附性的单质硫随炉气进入炉气冷却器，逐渐堆积堵塞冷却器气相通道。

单质硫产生机理：

2H2+SO2=S+2H2O

2.2 炉气冷却器积碱堵塞原因分析

自身返碱煅烧炉存在炉气夹带碱尘多的特点。由于自身返碱蒸汽煅烧炉的返碱由炉头端面进入预混段，而炉气出口位于炉头正上部，返碱在预混段正、反抄板的抄动下，扬起大量碱尘随炉气进入炉气回收系统。炉气经旋风分离器回收大部分碱尘后，经水封槽及炉气管由热碱液喷淋洗涤，回收炉气夹带的余尘。但生产过程炉气所夹带的碱尘在经过碱液洗涤后未能完全除尽，依然有部分碱尘进入炉气冷却器，积累于气相入口造成冷却器堵塞。

2.3 炉气冷却器钙、镁结疤堵塞原因分析

由于炉气出水封槽及炉气管时喷淋洗涤不完全，在进入炉气冷却器前的炉气总管上设置生产直流水进一步喷淋洗涤，生产直流水未经软化，含有较高的钙、镁离子，喷淋时随炉气进入冷却器，在冷却器内与炉气中的CO2进行反应，生产CaCO3和MgCO3结疤堵塞冷却器。

表1 炉气冷却器疤垢取样分析结果

3 炉气冷却器结疤改善措施

3.1 预防冷却器结硫堵塞的措施

为防止炉气冷却器结硫，主要防止碳化塔的过度腐蚀而过量加硫。加强生产管理，保持煅烧炉气及石灰窑气系统适当真空度，避免漏入过多空气造成氧分的增多，维持较高的CO2浓度，以免加剧碳化塔的氧化；避免碳化塔清洗过度，破坏表面保护层，加快碳化塔的腐蚀；加强操作调节，保持碳化塔上部适宜温度，防止温度低，加重碳化塔上部的腐蚀，造成产品铁含量波动；根据炉气及窑气氧含量调整加硫量，防止过量加硫。

3.2 预防冷却器积碱堵塞的措施

3.2.1 加强生产管理，勤检查勤清理

经常检查清理炉气分离器及炉气管道，防止分离器积碱保障分离效果，减少出分离器的炉气带尘量，减轻水封槽及炉气管洗涤压力，减少碱尘带至冷却器。

3.2.2 改进各炉炉气管热碱液喷淋喷头结构

各炉的炉气管分别设置5根热碱液喷淋管进行洗涤炉气碱尘，原喷淋管结构如图2，热碱液从喷头尖嘴喷出，喷射到尖嘴下方圆形板上向四周分洒达到洗涤炉气碱尘的效果。但此结构的喷头存在出水不均的情况，同时喷头上部存在盲区，炉气碱尘洗涤不完全或部分炉气碱尘未能洗涤，以至碱尘被带入炉气冷却器。

改善措施：原尖嘴喷头改为螺旋喷头，同时1、3、5喷头改变方向，与炉气逆向喷淋，安装于炉气管中上部。由于螺旋喷头出水均匀且形成多个水面，增大了喷淋洗涤接触面，同时消除了喷淋盲区，有效地洗涤炉气碱尘。如图3。

图2 原喷淋管结构

图3 改造后的喷淋管

图4 螺旋喷头

3.2.3 炉气总管喷淋洗涤水由原直流水改为脱盐水(图1所示洗涤水管道)

原用生产直流水喷淋洗涤炉气总管及清理各台炉气三通，由于直流水取水于东江口，未经脱盐软化，含较高的钙镁离子，喷淋时直流水随炉气气流进入炉气冷却器，在器内钙离子与CO2反应生成CaCO3结疤，堵塞冷却器气相通道。通过改用生产脱盐水，杜绝钙离子对冷却器的结疤影响，解决炉气系统阻力大的问题。

3.2.4 炉气冷却器炉气入口处安装冷凝液螺旋喷头喷淋洗涤

通过以上喷淋系统的改善，炉气夹带的碱尘基本洗涤完毕，但还有少量洗涤不完全，为了减少碱尘在冷却器入口的堆积，在送重碱的冷凝液管道上引出一路冷凝液，用于自身循环喷淋洗涤冷却器的入口，以螺旋喷洒的形式溶解入口的积碱，防止冷却器入口堆碱结疤堵塞。

图5 炉气冷却器冷凝液喷淋系统

4 结 论

炉气冷却器结疤堵塞是单质硫、碱尘及钙镁离子共同造成的，通过技术改造，减少冷却器的堵塞情况，不再需定期停机清扫，保证了系统生产满负荷安全运行，取得较大经济效益。

经2013年2月进行改善至今，炉气系统畅顺，炉气冷却器未发生如改造前约半年就开始堵塞的情况，系统日均约1 800 t高生产负荷下，炉气出洗涤塔真空稳定于6 000～7 000 Pa，炉头出气压力可控在0～-50 Pa指标范围，系统生产平稳。减少了炉气冷却器堵塞情况，维护了炉气系统的长周期稳定，间接减少了对系统生产负荷的影响，系统平稳高产生产，达到增产降耗的效能。同时减少了堵塞导致炉气系统不畅时炉气外冒造成的CO2及NH3的损失及环境污染物，从源头解决清洁生产问题，减少了炉气正压时造成的炉气系统的结疤情况，降低员工的清理清扫劳动强度。

创造的经济效益：

1)改造前一年须清洗炉气冷却器1～2次，平均1.5次，请高压清洗施工单位费用约2.5万元/次，年可节约3.75万元。

2)冷却器堵塞清洗前炉气系统是逐渐不畅的过程，系统负荷也逐渐减少直至一定量，此过程造成减产量不可准确计算。但当堵塞清洗时，生产负荷必须减至另作业冷却器正常通过的负荷，根据经验，如果清洗2#或3#冷却器，生产负荷从现有的1 750 t/天(碳化取出量约460 m3/h)减至约1 300 t/天(碳化取出量约350 m3/h)，若发生堵塞的是4#冷却器，系统必须全停产才可清洗。

以清洗2#冷却器为例，从清洗前准备工作到清洗完成恢复投用，时间约30 h，每吨轻灰1 500元可计算得：

450/24×30×1 500=843 750元

一年清洗约1.5次可增加效益843 750×1.5=1 265 625元。

综合清洗费用,一年可增加效益不少于130万元。

[1] 大连化工研究设计院. 纯碱工学[M].北京：化学工业出版社，2004

[2] 李敬辉. 炉气冷却器结硫的预防与清洗探讨[J].纯碱工业，2009(1)

TQ114.16

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2016-06-06