小苏打装置生产改造总结

肖燕军

(江西晶昊盐化有限公司，江西 樟树 331200)

江西晶昊盐化有限公司纯碱装置于2018年7月一次性投料试生产成功，到2021年8月经过纯碱二期填平补齐建设达到了日产2 100 t，年产超65万 t产能。由于在纯碱生产过程中产生浓度较高的热碱液，处理困难，若将其中的Na2CO3回收，用于生产小苏打，并将回收Na2CO3后的小苏打母液用于纯碱生产中的煅烧尾气喷淋热碱液的补充水，可实现变废为宝，同时能增加自身产品种类，提高企业竞争力。基于以上因素，江西晶昊盐化有限公司2019年启动小苏打项目建设，2020年初开始进行现场施工建设，2020年10月实现一次性开车成功，2020年11月通过72 h达产达标考核，产品达到设计标准和产能。

1 小苏打生产工艺流程简介

来自煅烧工序成品刮板输送机的纯碱与来自煅烧工序的热碱液进入1#化碱桶内进行溶解(来自仓库的纯碱与小苏打滤液进入2#化碱桶内进行溶解)形成小苏打生产所需的碱液，碱液进入澄清桶进行初步澄清以去除大颗粒和杂质，澄清后的碱液通过溢流进入清液桶，清液桶内的清碱液经过PE过滤器进一步过滤后送入碳化塔内。

进入碳化塔内的碱液与压缩送来的CO2反应生成含碳酸氢钠(NaHCO3)结晶的碱液，制碱塔尾气经澄清桶后高空排放。碳化塔底部取出的NaHCO3碱液靠自身压力进入稠厚器。

碳化塔内反应的化学方程式如下：

Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)=2NaHCO3(s)↓

进入稠厚器的NaHCO3碱液，在稠厚器内上层清液通过溢流管流入滤液桶，底部稠厚的晶浆进入离心机经过离心脱水后得到湿小苏打物料，经湿料螺旋输送机送到干燥管内。离心后的滤液进入滤液桶。鼓风机来的空气经空气加热器(通入蒸汽)加热后进入干燥管，把湿料螺旋输送机送来的湿物料充分加热干燥，干燥后的物料进入旋风分离器，分离出的成品经筛分后进入粉体流冷却器冷却降温，然后送往包装工序进行成品小苏打的包装。旋风分离器分离出的含碱尘尾气经布袋除尘器后，碱粉送往成品料仓进行包装，剩余尾气高空排放。

2 生产装置主要工艺特点

小苏打装置采用纯碱合成法生产工艺，即利用纯碱经过化碱、澄清、过滤、碳化、分离、干燥、冷却等工艺生产小苏打产品，为进一步提高产品质量、改进装备技术、降低运行能耗，在传统小苏打生产工艺技术的基础上，借鉴国内外小苏打生产企业先进的生产经验，一些关键岗位采用了较为先进的工艺技术和生产设备。具体的工艺特点如下。

2.1 热碱液蒸氨工艺

新建小苏打生产装置，其原料主要是利用洗涤煅烧炉尾气的热碱液化碱得到的饱和碱液，热碱液洗涤主要是将煅烧尾气中旋风分离器不能分离的纯碱细粉用液体洗涤溶解， 循环的热碱液中的Na2CO3含量能够达到70 tt，并含有少量的氨。本装置在热碱液去化碱桶前设置热碱液蒸氨塔，不仅可以降低热碱液中的含氨量，回收热碱液中的CO2，还可以将热碱液浓缩提高Na2CO3的浓度，进一步提高小苏打产品的质量。蒸氨塔蒸出的气体主要成分为CO2，可以并入炉气冷凝系统用于制取纯碱用的原料气，经冷凝后放空。

图1 小苏打工艺流程图

2.2 不冷却碳化工艺

早期的小苏打碳化塔与重碱碳化塔类似，在塔的下部有冷却水箱或夹套冷却，采用菌帽串流无溢流塔板形式，这种碳化塔传质效率低、结晶质量差、作业周期短等缺点。本装置采用的是全不锈钢不冷却内溢流筛板塔，其特点是传质效率高、能力大、结晶质量高、作业周期长。装置采用低温的进碱液、不冷碳化的生产工艺，可以保证碳化反应过程温度不发生突变，使得结晶速度控制更利于结晶生长，保证了小苏打的结晶质量。

2.3 三级推料分离

由于小苏打结晶比较细，离心分离后滤饼比较密实，国内大部分小苏打生产企业已经使用两级推料式离心机。本装置采用国内目前最为先进的三级活塞推料式离心机，相较于二级推料式离心机，三级推料式离心机具有自动操作、连续运转、脉动卸料、滤饼含湿率低等特点，离心机的单台能力即可达到8 t/h，考虑本装置生产规模规划达到5万t/a，故选用2台HS650的三级推料离心机，与物料接触部分材质全部采用2205双相不锈钢材质。

离心机分离指标：

生产能力：8 t/h(干基)

产品含水量：≤4 wt%

2.4 粉体流冷却工艺

粉体流冷却器是近年来在国外研发并成功应用的一种固体冷却器，固态物料靠自身重力以均匀的速度通过该设备的整个断面，靠循环冷却水与物料间接换热的板式换热器。本装置的凉碱工艺设备采用了粉体流冷却器，其运行过程中只有卸料器耗电，且不会破坏小苏打的结晶颗粒。

粉体流主要工艺指标：

生产能力：8～10 t/h

出料温度：≤40 ℃

含湿量：<0.2%

颗粒度：0.05～0.2 mm

2.5 先进的包装工艺

小苏打装置包装设备设计有1套吨袋包装线和2套先进的全自动定量小包装生产线，小包装生产线实现全过程自动上袋、套袋、自动缝包、机械手自动码垛，做到了无人操作，减少了人工成本，其包装速度块，单台可达到8～10包/分钟，可包装25 kg/50 kg规格产品，满足不同用户需求。

3 生产中存在的主要问题原因分析及解决办法

小苏打装置在试生产中由于设计缺陷和设备本身存在的问题，满足不了实际生产需要，为此进行一些设备改造和工艺改进，保证了生产稳定运行。

3.1 化碱螺旋输送机负荷大，常自停，严重影响原料碱液的制备

原因分析：成品纯碱作为原料制备碱液，取自煅烧车间成品刮板机内，从刮板机的下部开孔并加装插板阀控制下碱量，因插板阀开度不能太小(流动缓慢易受凝结水影响形成结疤堵塞)，所以下料溜管内物料充满，造成螺旋输送机一直是满负荷作业，特别是当碱液浓度大时通过变频减慢螺旋输送机转速时电机极易跳停，主要原因是螺旋输送机内物料太多，而设备输送功率不足。

解决办法：在原有的螺旋输送机下料溜管前约200 mm处增加一个斜溜管并与原有溜管连接，起到了缩短螺旋输送距离的作用，减轻螺旋输送机的负荷量，另外将原来配备的电机减速机功率适当改大，保证输送动力的充足。经过改造后运行平稳，效果显著。

3.2 湿料螺旋输送机自停频繁，堵料严重，清理工作量大，影响生产的正常进行

原因分析：湿料螺旋输送机内的物料含有约5%左右的水分，易粘连螺旋输送机的壳体及螺旋翅片，而湿料螺旋螺旋输送机考虑到封堵空气加热器内热风的原因，在头部出料端采用的是紧缩式不等径翅片形式，在起到密封作用的同时也因湿料的粘堵造成了螺旋输送机负荷增大，导致跳停现象的产生。此外，设备的输送电机功率偏小也是经常憋停设备的原因之一。

解决办法：将螺旋输送机头部的不等径密封段翅片间距由原来的1∶3加大至1∶1.5，既保证了螺旋叶片的密封作用又避免了因物料粘连堵塞造成设备超负荷运行的作用，另外将原设备传动电机功率适当增大，提高设备输送能力，稳定了设备运行，为进一步增加产量提供了保证。

3.3 稠厚器搅拌框变形，影响物料沉降及下料运行

原因分析：稠厚器搅拌原设计采用的是主受力搅拌框为80×80 mm的不锈钢角钢，连接拉力搅拌框为60×60 mm的不锈钢角钢，搅拌框上下各有两段60×60 mm的角钢突出搅拌翅片，起到充分搅动的作用。使用中因受力较大时突出搅拌翅片与主框无固定拉筋连接，且不锈钢材质受热时变软等因素首先变形弯曲，同时下段搅拌框因板材单薄，角钢正向承受阻力较大时产生变形，最终导致整个搅拌框变形损坏。

解决办法：根据现场搅拌框损坏情况分析，我们重新设计制作了新的搅拌框，将主受力搅拌框采用了100×63 mm的不锈钢角钢，连接拉力搅拌框采用了80×80 mm的不锈钢角钢，搅拌框两侧突出的搅拌翅片改为100×63 mm的不锈钢角钢，并与主受力框用角钢连接固定，另外在上下搅拌框间增加了部分加强筋板，使搅拌框各部分连接为一个固定整体，增强了搅拌框的受力强度和抗弯钢度，经改造后搅拌框运行正常。

3.4 稠厚器出料不畅，器内物料积聚影响生产的连续进行

原因分析：稠厚器下部出料管口开孔位置偏低，距离搅拌翅片存在一定的高度，特别是当物料量较大时，下部沉积料流动性差(搅拌无法搅动物料)，导致下料时因物料沉积粘稠流动不畅，稠厚器内物料积聚搅拌负荷大，影响搅拌器的正常运行。

解决办法：将原有的下料口提高约200 mm至与搅拌器下部翅片水平线略低处，既达到搅拌翅片搅动时能使下料口周围物料有流动的效果，同时又使下料口处物料因低于翅片而有沉降空间，避免物料出现时有时无现象，保证了稠厚器内物料的正常下料。

3.5 直排筛筛网破损频繁，不能有效去除物料中的大颗粒，影响产品质量

原因分析：直排筛振动频率太大，物料在直排筛内筛网上跳动量过大，特别是物料量多且其中含有大颗粒或结块小苏打时，对筛网的冲击力较大导致直排筛筛网破损严重，影响正常使用。另外直排筛筛网采用“十”字形支架上用树脂胶粘接张紧的形式，物料从上部落入筛网时先集中在筛网的中部，然后再向四周分散筛分，筛网中间位置承力最大，支撑筛网的支架间隔较大，易在此处造成筛网破损。

解决办法：经过反复调试，将直排筛的振动频率调整至在保证正常物料筛分的情况下最小频率，减少直排筛内物料的跳动量，同时与设备厂家沟通探讨后，将筛网的支架形式由“十”字形改为“米”字形，增加了支架的支撑面积和筛网的粘连强度，有效地保证了直排筛的正常运行和筛网的长周期使用。

3.6 布袋除尘器电磁阀损坏频繁，布袋破损严重，尾气含尘量超标，污染环境

原因分析：压缩空气作为布袋除尘器脉冲反吹和气室提升阀的动力来源，初始设计安装时设定的进气压力为0.55 MPa，使用过程中较大压力的压缩空气在脉冲反吹时对布袋的冲击力很大，造成布袋出现破损。同时较大压力的压缩空气致使气室提升阀气缸承压较大，损坏率也较高。另外由于压缩空气中经常含有部分水分，导致反吹电磁阀线圈经常短路损坏。

解决办法：根据现场具体情况，现场加装了减压阀将压缩空气的进气压力调整至0.35 MPa，减小了压缩空气的冲击力，同时将脉冲反吹和气室提升的运行周期及间隔时间都作了进一步的调整，在压缩空气总管上增加汽水分离器，并在布袋除尘器压缩空气管线上又加装了三联件过滤器，进一步消除压缩空气中的水分，保证了布袋除尘器的正常使用。

3.7 除尘系统细粉下料改造

存在问题：除尘料通过布袋除尘器下部翻板阀控制，当除尘料积聚到一定量时，翻板阀打开，大量除尘器瞬间进入到吨袋料仓内。由于除尘料为细粉状，堆积密度比小苏打成品小，正常包装1 000 kg小苏打时，溢袋现象时有发生。原设计除尘料只能进入吨袋仓，只生产小袋时，除尘料无法进行正常包装，只能当作废料处理，造成极大的浪费。

解决方法：

1)在布袋除尘器下料管加装一台星形卸料器，既可以保证布袋除尘器产生的粉尘料能均匀的进入料仓，还可以隔断布袋除尘器与料仓之间的负压连接，阻止布袋除尘对料仓的影响。

2)在下料管处增加一旁路管，加装一台除尘细粉螺旋输送机，螺旋输送机出口通过三通分料管进入到两个小袋料仓。当生产吨袋时，布袋除尘器物料可以通过星形卸料器直接进入吨袋料仓。只生产小袋包装时，则可将粉尘料通过旁路管经细粉除尘螺旋输送机进入到对应的小袋料仓，避免了物料的浪费。

4 结 语

目前通过不断的工艺操作摸索和设备改进及改造，小苏打日产已超200 t/d，超过了年设计5万t的产能。随着小苏打产能的不断提升，新的工艺操作和设备问题将不断出现，下一步还需重点针对稳定设备运行和提高工艺指标进行改造和优化调整。