轻灰煅烧炉炉气分离器的工艺计算

徐宗珠

炉气分离器是煅烧系统中对炉气所含碱尘进行处理的关键设备，其作用主要是尽可能地降低炉气中所夹带的碱粉、洗涤器及炉气冷凝塔内Na2C03含量，进一步降低滤碱机洗水当量(净化塔的净氨水送往过滤用作洗水)和炉气洗涤塔出口碱损失，净化炉气系统，使得炉气制碱低压机(炉气系统)运转更为平稳。

一、炉气分离器应用现状

目前炉气分离器选用旋风分离器较多，也有部分厂家选用电除尘器，或是在旋风分离器后再串接一台电除尘器。但是电除尘器投资大，这也是制约其在碱行业推广的主要原因。

旋风分离器的工作原理是：利用惯性离心力的作用从气流中分离出所含尘粒的设备，其结构简单，造价低廉，操作条件范围宽广，分离效率较高，在化工行业应用较广，在煅烧系统中应用效果也很不错。但要注意的是在设计时应充分考虑设备处理能力与煅烧炉的生产能力相一致，否则就会造成阻力大，下灰不畅，甚至于使大量的碱尘由炉气带入冷凝塔内，造成冷凝塔负荷加大，系统碱损失增大的现象。

二、计算基准

本台$2000 x 20000轻灰煅烧炉标定生产能力≥144t／d，按增加10％余量考虑，计算基准按6.5t／d。轻灰煅烧炉炉气发生量为889，0m3／t碱，考虑到轻灰煅烧炉使用年限较长，炉头浮环密封效果不好，取漏汽率为3％(如果密封好的话，炉头漏气率一般取1，5％，漏汽取0，6KMOL/T)，实际操作条件为炉气出气温度控制在1000℃～120℃，微负压操作，故折算为实际工况(按100℃考虑)，炉气发生当量约1827，84m3／t碱，(按1200C考虑)1991，08m3／t碱，则旋风分离器处理的气量最小为3，554m3／s，最大为3，872m3／s。

三、旋风分离器计算

影响旋风分离器性能的因素多而复杂，物系情况及操作条件是其中的重要方面。一般来说，颗粒密度大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高等情况都有利于分离，但是有些因素之间又是互相矛盾的，比如进口气速稍高有利于分离，但过高则招致涡流加剧，反而不利于分离，徒然增大压强降。因此，旋风分离器的进口气速以保持在10—25m／s范围内为宜。因此分离器计算考虑的数值较多，在一般情况下只进行简易计算就可以了。

由于轻灰煅烧炉使用年限较长，炉头浮环密封效果不好，故本次计算选用进口气量为3，713m3／s。以此数据可以得出以下结论。

进气口面积：旋风分离器进口气量／1盎风分离器进口气速=进气口面积

基准dj2=进气口面积×4／3，14，为了计算方便，可以圆整为整数。

通过基准dj便可以计算出旋风分离器的机构尺寸：

圆筒直径：D=2，6dj

中心简直径：d=1，3dj

圆筒高度：H=2，6dj

圆锥高度：H=5，2dj，

下料口直径：dx=0，25D

进气口短边：B=0，25D

进气口长边：L=0，5D

中心简高度：H=0，2+L+D／8

从以上数据关系可以得出以下结论：

圆筒直径=圆筒高度=1／2圆锥敲=2×圆锥高度

进气口长边=2×进气口短边=2×下料口直径

分离器阻力降计算：

△P=30×进气口面积×圆筒直径l／2×炉气密度—一般取0，761Kg／m3=／中心简直径2=圆筒高度+圆锥高度=×2×9，81

将相应数值带入式中便可求出分离器的阻力降。

旋风分离器的压强降一般在500～2000Pa。虽然加长圆锥高度会增大分离器的阻力，但可以延长分离时间，可使分离效果得到一定提高。

四、预期效果

如果能够按照设计改进分离器的结构尺寸，分离效果应该会好转，冷凝液中的碱度一般在6～8Ti,这样就可以说明炉气分离器带出碱尘很少；但随着产能的扩大，在重碱结晶颗粒偏细以及滤过放量不稳的情况下，炉气分离器可能要发生堵塞现象。但总体来说，旋风分离器结构尺寸的计算比较合理，应该可以达到预期效果。

五、计算体会

因煅烧炉进重碱量受碳化及滤过影响较大，瞬时能力有时超出系统能力较多，且重碱颗粒好坏对煅烧的影响也很大，故在设备布置空间允许的范围内，炉气旋风分离器的设计应多考虑一些富裕量，如应在煅烧炉标定生产能力的基础上多加出20％余量，这样做出的设计增加的一次投资很小，但设备的操作弹性得到加大，对改善系统操作条件有很大的好处。

随着煅烧炉设计逐渐向大型化发展，单台煅烧炉的生产能力越来越大，单台煅烧炉的炉气发生量也在逐渐增大，但碱尘颗粒直径变化不大，而分离器的特性决定了临界粒径随分离器的尺寸增大而增大，造成分离效率随分离器尺寸增大而减小。所以，当单台煅烧炉生产能力达到一定值时，气体的处理量足够大时，单纯靠加大分离器尺寸就不能满足工艺要求，需将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率。但，如此一来，又应考虑分离器出口轻灰的输送问题，故还需进一步探讨。

(作者单位：青海省昆仑碱业)