粉体流冷却器在重灰凉碱系统中的应用

张国丰，张 彪，杨 洋

（唐山三友化工工程设计有限公司，河北 唐山 063305）

1 引 言

作为化工企业，能源消耗是制约企业发展的一个关键，国家也大力提倡新上节能降耗项目，公司生产系统属于传统化工原材料生产系统，对节能降耗项目的开发尤为重要，经调查、论证，重灰凉碱系统工艺流程中沸腾凉碱炉可以采用能耗极低的粉体流冷却器来替换进行凉碱，达到降低能耗的目的。

2 工艺流程设计

2.1 重灰凉碱系统工艺流程

原重灰凉碱系统工艺流程为建厂时所设计，重灰煅烧炉出料经炉尾出料斜刮板输送至高温重灰斗提机提升，提升后进入高温重灰转筛进行筛分，筛上物（不合格物料）运送至破碎系统进行破碎，破碎合格后重新运送至高温重灰斗提机并入系统；筛下物（合格物料）通过筛下刮板输送至分配刮板，分配刮板出料通过沸腾凉碱炉进料绞龙进入沸腾凉碱炉进行凉碱，降温后低温重灰通过重灰成品刮板、成品皮带进入成品车间进行包装销售，原重灰凉碱系统工艺流如图1所示。

图1 原重灰凉碱系统工艺流程图

2.2 沸腾凉碱炉工艺流程

高温重灰经沸腾凉碱炉进料绞龙进入凉碱炉，鼓风机将外界空气鼓入凉碱炉底部，使重灰在凉碱炉内成沸腾状态，凉碱炉内置冷却水管，沸腾状态的重灰与冷却水管接触并与水管内冷却水进行间接热交换使重灰降温，冷却后低温重灰经下料器运送至重灰成品刮板。凉碱尾气经布袋除尘器、旋风分离器分离出大部分碱尘后进入凉碱尾气洗涤塔洗涤后，由引风机送至凉碱扩容器排空；布袋除尘器、分离器分离下来的碱尘经卸料器、重灰碱尘小绞龙进入轻灰成品刮板；洗涤液由泵打去重灰工序。沸腾凉碱炉凉碱系统工艺流程如图2所示。

2.3 粉体流凉碱器工作原理

粉体流冷却器由四部分组成：进料仓、板箱（换热板组）、出料仓和料位控制系统，板箱是由中空的不锈钢板片垂直紧密排列组成的换热板组。待冷却的物料均匀进入换热板组间隔中，在重力的作用下，物料从换热板组间均匀可控的自上而下缓慢通过，并与换热板组内的冷却水进行间接换热，料位控制系统通过调节冷却器下部的出料仓振动器频率来调节出料速率，确保适当的停留时间，实现最佳出料温度。

图2 沸腾凉碱炉工艺流程图

2.4 粉体流凉碱器与沸腾凉碱炉应用的比较

工艺指标方面，粉体流凉碱器试运行能力约30 t／h，已达设计能力（设计能力25t／h）。方案制定初期，考虑到一水碱结晶差，结晶不够密实，容易产生较多的碱尘（0.075mm筛下物），容易引发重灰粒度低于70%的产品质量事故（GB210.4－2001标准执行的优级品重灰粒度≥70%），在应用凉碱炉凉碱时，碱尘由引风机抽吸带走进入除尘系统，而粉体流凉碱器无引风装置，故碱尘无法排除，会对产品粒度造成影响。通过对粉体流出料粒度与重灰皮带粒度对比试验发现，粉体流凉碱器凉碱后的重灰粒度平均水平优于凉碱炉降温后重灰，其平均值略高于凉碱炉粒度值3.0%左右。分析原因：从数据来看，一水碱结晶差时，筛下碱尘相对较多，因为重灰颗粒在凉碱炉内呈现沸腾状态，颗粒与颗粒、颗粒与器壁以及可以与换热水管之间碰撞、摩擦较剧烈，可能会引起不够密实的重灰颗粒的二次破碎，虽然凉碱炉引风装置带走部分的粉尘，但是一同随着重灰出料粉尘同样也相应的有所增加；然而，在粉体流凉碱器内，重灰受重力作用，缓慢的自上向下移动，几乎不会产生二次破碎效应，从而不会破坏重灰的粒度。粉体流冷却器冷却水温升高于沸腾凉碱炉冷却水，换热效率提高。

运行设备方面，与沸腾炉凉碱器相比，应用粉体流冷却器进行凉碱，可以省掉凉碱鼓风机、布袋、旋风分离器、尾气洗涤塔、凉碱引风机、凉碱扩容器、凉碱洗涤泵等设备及附属管道，缩短工艺流程，减少生产设备，其中凉碱鼓风机、凉碱引风机、凉碱洗涤泵用电功率较大，省掉后能大幅度节约电能，工艺生产操作更简单。

3 设备布置设计

现有凉碱设备为两台沸腾凉碱炉，本设计主要内容为新增加一台粉体流冷却器进行试验，若粉体流冷却器能达到预期目的，后期将再上两台粉体流冷却器替换沸腾凉碱炉。本设计为在原有生产设备布置基础上，增加新设备设计，由于原工艺流程所对应设备布置比较紧凑、合理，设备布置时既要考虑增加一台粉体流冷却器，同时又需要考虑后期用三台粉体流冷却器整体取代两台沸腾凉碱炉的设备布置，设计难度在于粉体流冷却器的布置位置和取料位置及方式。

3.1 粉体流冷却器的布置位置

考虑到后期三台粉体流冷却器替换两台沸腾凉碱炉，结合新加粉体流冷却器高度，平面上所占空间大小，现有两台凉碱炉位置应为后期两台粉体流冷却器位置，根据现场实际情况，确定新粉体流冷却器位置位于两台沸腾凉碱炉之间，且东、西方向与两台沸腾凉碱炉轴线重合，粉体流冷却器安装框架基础在一楼地面上，土建设计基础承台时同时考虑后期两台基础承台施工空间，并保证后期三台基础承台单独承受各自粉体流冷却器载荷。

3.2 取料位置及方式

现有运输设备受安装位置限制，无法进行取料，后经比较确定沿长筛下刮板至东侧沸腾凉碱炉进料绞龙上方位置，在老煅烧厂房三楼筛下刮板下方加进料绞龙，并利用三楼框架梁起进料绞龙前、后轴承座及传动部分基础，受筛下刮板安装高度限止，新起基础标高低于框架三层标高，进料绞龙安装三层楼面上便于安装、检修。

3.3 粉体流冷却器出料

利用粉体流冷却器框架起平台支撑出料绞龙，降温后重灰经出料绞龙向北运送至重灰成品刮板、成品皮带，进入成品车间包装销售。

3.4 短路分配刮板

筛下刮板沿长后，筛下物直接通过溜管进入两台沸腾凉碱炉进料绞龙，通过进料绞龙进入沸腾凉碱炉进行凉碱，短路分配刮板，从而停分配刮板，减少运行设备数量，降低能耗。待后期上三台粉体流冷却器时拆除分配刮板。

4 结 论

应用粉体流冷却器替换沸腾凉碱炉满足生产能力要求，新设备同老设备相比，具有占地空间小、附属设备少、换热效率高、操作简便等优点，同时应用粉体流冷却器后减少多个用电设备，大幅度降低电能消耗，从而进一步降低了生产产本，属于节能降耗项目。

［1］ 王凯.化工设备设计全书——换热器［M］.北京：化学工业出版社，2003

［2］ 运输机械设计选用手册编辑委员会.运输机械设计选用手册［M］.北京：化学工业出版社，1999