粉体流换热器在轻质纯碱冷却中的应用

吴利彦，刘梦涛

（石家庄天人化工设备集团有限公司，河北 石家庄 052160）

1 粉体流换热器的介绍

粉体流换热器是一种用于冷却粉体或颗粒状物料的换热设备，由进料仓、传热板束、下料仓和控制系统组成，这种创新性的技术结合了密相输送原理及传统板式换热器设计思想。

粉体流换热器的工作原理：物料以密相输送的方式自上而下通过一系列垂直放置的传热板间的间隙通道，与传热板内自下而上的冷却水进行间壁式换热，物料在自上而下的移动过程速度缓慢，以保证具有足够的停留时间来降低物料温度。设备下部装有可调频率的振荡下料器，与控制系统相连，以确保设备最佳的运行状态和最佳的出料温度。

粉体流换热器优势：换热效率高；运行能耗低（小功率振动电机）；粉尘污染小；柔缓下料，无物料降解现象；模块化设计，占地面积小；无大的运转部件，运行维护费用及工作量少等。

2 选型方案及工艺流程确定

2.1 现状

目前，某公司3＃煅烧炉的生产能力为20万t／a，配置两台10万t／a的桨叶式凉碱机，进行轻灰的冷却，桨叶式凉碱机出现桨叶结疤严重，换热效率严重下降，不能满足工艺要求，鉴于此对其中一台进行改造，用设计能力10万t／a的粉体流换热器取代其中一台桨叶式凉碱机。

图1 工作原理图

2.2 选型方案

2.2.1 设计参数

介质 轻灰

处理能力 10万t／a

堆积密度 500kg／m3

粒径 100～200μm

安息角 36°

流动性 良好

比热 1.15kJ／kg·K

进料温度 120～130℃

出料温度 60～70℃

冷却水温 40℃

2.2.2 通过计算确定设备参数如下

传热板尺寸为 1.2m×1.8m

传热板数量为 40片

传热板间距为 28.5mm

容积为 5.65m3

轻灰停留时间 13.5min

振动电机功率 1.1kW／台

2.2.3 工艺流程确定

在工艺设计初，主要考虑可能存在两方面的问题，第一是进入粉体流换热器内的物料中有块状物料，可能在其板片间造成堵塞；第二是粉体流换热器板片上形成结疤，影响传热效果，时间长了，也会造成堵塞。对第一个问题，在工艺设计上，在进粉体流换热器之前让物料先通过碱筛，使纯碱内部碱块提前筛出来，避免碱块对板式凉碱机的堵塞；对第二个问题，首先明白其结疤的原因，是热碱中存在大量的水汽，当热碱在降温的同时，碱内大量的水汽瞬时降温冷凝，与纯碱结合形成结疤粘附在传热板面上，所以在传热板的上下部分别通一定量的干空气，并在碱筛内部提前进行除湿，使进入设备的热碱中水汽含量降低。解决了上面两个问题后，凉碱系统的工艺基本确定。另外，为防止误操作和上系统来料不稳对其它运转设备的损坏，在粉体流换热器的进料仓上开有溢料口直接到碱仓。

图2 工艺流程图

3 粉体流换热器运行情况汇总

通过12月份近10天的运行。虽然还存在一些不足之处，但总体运行情况比较理想，现取部分运行数据如表1。

表1 12月11日运行数据

因为试车时3＃煅烧炉正在减量运行，该炉超过2／3的产量经过粉体流换热器，计算本粉体流生产负荷如表2 。

表2 12月13日～17日粉体流生产负荷

4 结 论

1）12月10日投料（约11t／h）后，经过1h的稳定运行，各工艺指标如下：进碱温度120～130℃，出碱温度65～70℃，进水温度40～46℃，进水压力0.2MPa，出水温度48～55℃。从出碱温度指标分析，满足生产要求，并低于其它凉碱设备。

2）凉碱机连续运行10天后，打开检修孔观察结疤情况，进料仓有少量块碱和片碱，传热板上无结疤。

图3 停车后内部图

3）从运行情况看，料位控制系统使用较理想，使进料量与出料量达到一致，能够保持满料位运行。

4）从运行情况看，还存在三方面有待解决的问题，第一，循环水（废淡液）流量波动大，需提供足够稳定的水源；第二，由于轻灰湿气含量大，需要一定的引风除湿系统，现有系统能力小且配置的引风管为水平设置，较易堵塞，需进一步解决；第三，碱筛筛网及筛壁上易形成块碱或片碱，随碱筛绞龙进入板式凉碱机堆积在进料仓，影响布料，堵塞传热板通道，需进一步解决。

5 与现有的桨叶式凉碱机对比

1）桨叶式凉碱机与粉体流换热器的工艺流程相差不大，其配套及附属设备相差不大，只不过碱筛的位置不同。

2）两者投资费用相当。

3）桨叶式凉碱机为运转设备，维修频繁，而粉体流换热器几乎无运转部件。

4）桨叶式凉碱机的装机容量大，以10万t处理能力为例，桨叶式的电机功率为30kW，而粉体流的电机功率为2.2kW，全年耗电比桨叶式省222 400 kW·h，电费按0.3元／kW·h，全年运行费用省66.72万元，一年内就能收回投资。

6 结 语

通过对运行情况的总结及与桨叶式凉碱机的对比，突出了粉体流换热器高效节能、维护简单、操作方便等特点，是一种低成本、低能耗、粉尘污染小的新一代轻灰冷却装置。

［1］ 中国纯碱工业协会.纯碱工学［M］.北京：化学工业出版社，1990

［2］ 王楚.纯碱生产工艺与设备计算［M］.北京：化学工业出版社，1995