新型热回收装置在石灰化灰工序的使用

辛娇杰，李晓光，陈文锋

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)



新型热回收装置在石灰化灰工序的使用

辛娇杰，李晓光，陈文锋

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

新型热回收装置在化灰余热回收过程中收效明显，通过一系列对比试验，节约大量热量。同时有效降低装置结疤，减少蒸汽排放，对氨碱法生产中的环境治理工作起到一定作用。

余热回收；石灰工序；化灰；创效；环境治理

车间原有热回收装置在石灰窑化灰生产系统中起到余热回收的作用，同时因余热蒸汽中夹杂着部分氧化钙颗粒，对环境产生一定影响，若能较好的利用、回收余热，减少蒸汽排放量，那么对整套生产系统而言将可起到优化工艺指标、节约生产能耗，并且很大程度上改善周边生产环境的作用。

1 化灰工序工艺流程

本工序是将石灰石煅烧工序制得的生石灰与渣浆或温水在化灰机内混合进行消化反应，制备合格的灰乳，供蒸馏工序回收氨及盐水除镁。同时将返石、返砂分离，并控制返砂中的有效钙在工艺指标之内。石灰由灰仓下部的裙式加灰机送入化灰机前端，氯碱公司的渣浆来液，经渣浆分配器后分别从化灰机前端进入同温水一齐随石灰在机内进行顺流消化，两者在旋转的化灰机内经抄板的推搅翻滚，由块状粉化成一定浓度的灰乳。同时由于反应放热，反应热随蒸汽由尾气排气筒引入热回收塔排出。

图1 化灰设备流程图

2 工艺流程中影响消化的主要因素

石灰乳粘稠度高对生产有利，石灰乳中悬浮粒子的分散程度很重要，粒子小易形成均匀不易沉降的乳状物，便于输送和使用，分散度高，有利于蒸氨过程中和NH4Cl充分反应，有利于提高Ca(OH)2的利用率。化灰工序中消化用水的温度是决定石灰乳粘稠度和灰乳悬浮粒子细腻程度的因素之一。消化用水温度低，灰乳中悬浮粒子的分散度差，易沉积；消化用水保持较高温度，可加速生石灰的消化，并呈现悬浮松软细腻的粉末状，分散度高，不易沉淀。因此化灰用水的水温和水温波动直接影响生石灰的消化过程。

我车间的化灰用水由三部分构成，氯碱电石渣浆(三友集团氯碱公司水解电石灰后产物，为集团纯碱公司石灰车间化灰工序提供渣浆，是我集团循环经济的一大亮点)、氧化塘回水(我公司回收的污水)及化灰做卫生收集的各种杂水。夏季生产中，外部环境气温较高，混合后的化灰水温能达到50 ℃以上，化灰效果较好，能够满足生产要求。但进入秋冬季节后，气温较低或渣浆减量时化灰水温较低，一般在30～40 ℃之间，化灰效果较差，严重影响石灰的消化和化灰机的生产能力。

通过全年季节气温的变化对灰乳浓度指标的影响分析，可以判定化灰用水的温度是优化稳定灰乳浓度指标的重要因素。化灰水温稳定在50～60 ℃，灰乳浓度指标(165～175 tt)月平均合格率可以提高至85%以上，大大降低了蒸氨工序的氨损。

3 主要设备升级改造

3.1 新型热回收塔

根据车间现有设备能力分析，可用于提高消化用水温度的设备有温水高位槽和热回收塔。温水高位槽是通过将循环水和杂水混合搅拌，采用蒸汽底部离散直通的方法加热，但由于蒸汽使用能耗高，经济效益不明显，现已拆除。车间原有热回收塔是采用塔体内部缠绕水管道，利用石灰消化蒸汽自下而上的蒸腾作用，辅助管道中的水换热，换热效率较低，长期使用管道表层易生成结疤，不易清理。

要想解决上述制约水温提高的问题，现有的水温加热设备不具备使用条件，因此公司通过改造创新，研制出一种新型热回收塔。

该新型热回收塔与老式热回收塔在换热原理上不同，老式热回收塔是采用蒸汽副热管道中的消化用水，加热方式属于间壁换热原理。新型热回收塔通过消化用水从顶部直接喷淋至塔体底部，通过回流管道输送至化灰机内，其间在塔体内部与消化蒸汽直接换热。从而提高了水温，降低了蒸汽排放量，有效的利用了余热，同时减少塔体内部结疤，降低清理工作的强度。

3.2 具体改造情况简介

1)热回收塔换热装置大体分为上部进液区、中部换热区以及底部集液区三个部分。为了提高汽液流通面积，热回收塔直径增大至2 800 mm，上部、下部空间适当增加。集液槽槽宽增加至470 mm，深度增加450 mm。

2)根据实际生产中氯碱公司渣浆来量300～350 m3/h，选取进液管径为DN250。根据汽液逆流换热原理，利用低温液体接触低温气体，高温液体接触高温气体的方法，可以有效提高换热效率。将热回收塔进水设计为三层，顶层进杂水(车间做卫生等含有活性氧化钙废水且温度较低)，中层以及下层进氯碱公司渣浆来液(温度较高)。每层均布8个喷嘴，上层使用DN40管，中、下层使用DN80管，为了防止喷嘴堵塞，采用敞开式喷水装置结构(类似石灰工序电除尘顶部喷嘴)。

3)下部集液区设计三层进气菌帽，成伞型结构，气帽边缘成锯齿状，以增加汽液接触面积，塔体下部外侧安装两条DN500出液管线。在塔体中上部完成热交换的大部分液体落到菌帽上后流入集液槽，少量液体与蒸汽换热后直接落入集液槽，换热后液体经集液槽、出液管线导出后进入化灰机。

4)在进液管线与出液管线之间增加一条DN200回流管线，并安装一台气动调节阀，根据塔体进、出液温度、化灰机内部压力等情况随时调节进塔换热液体流量。另外，在化灰机头加灰机罩子处增加一条DN300管线接至斗提机顶部，保证管道内部一定的真空度；管内增加喷淋装置，将排气中的灰粉洗涤回收。这一系列措施有效的抑制了化灰机机头由于阻力增加而造成的憋压现象，保证化灰机机头处无粉尘外溢。

4 设备使用情况

热回收塔投用前，冬季外部环境气温较低，化灰机生产能力严重受到制约，消化不完全、灰乳指标不稳定、机尾返石中带出灰乳等问题非常突出，对蒸氨工序的波动影响非常大。新型热回收塔投用后，塔底部出液温度比顶部进液温度增加14 ℃左右，在渣浆流量和灰乳流量、加灰机频率基本相同的情况下，灰乳指标波动减少，且全年平均灰乳温度提高至91 ℃，平均提升2 ℃，大大降低了蒸氨工序的蒸汽消耗，减少了粉尘颗粒的外排，保护了周边环境。

5 经济效益

经过对设备的优化改造和对生产操作过程中的问题改进，2013年7月份车间2台新型热回收塔正式投入生产，经过全年灰乳浓度报表统计，灰乳浓度合格率提高到85%以上，这一突破是工艺操作优化、化灰用水温度、生石灰的烧制等多方面因素的综合结果，但是同样和热回收塔的成功改型投用密不可分的。

通过对热回收塔使用前后的对比查定，在渣浆流量和灰乳流量、加灰机频率基本相同的情况下，灰乳温度升高了2 ℃，按440 m3/h的灰乳流量，灰乳比热3.46 kJ/kg·K，密度1 220 kg/m3计，每小时回收热量440×1 220×3.46×2=3 714 656 kJ，相当于3.5 MPa的蒸汽(焓值3 302 kJ/kg)1 125 kg，蒸汽按110元/t计，每小时可节约123.75元。

图2 2013年灰乳浓度生产指标完成情况

新型塔体的研发、制作较目前国内技术而言处于较先进水平，投入跟产出性价比较高，在国内同类项目中创效明显。

[1] 中华人民共和国化学工业部.设备维护检修规程[M].北京：化学工业出版社，1992

[2] 化学工业部化工工艺配管设计技术中心站.化工管路手册[M].北京：化学工业出版社，1994

TQ114.16

B

1005-8370(2016)02-44-03

2015-11-19

辛娇杰(1986—)，大学本科，唐山三友化工股份有限公司技术员。