新型轻灰产品冷却工艺项目生产运行情况

夏文菊，屈宪章

(中盐昆山有限公司，江苏昆山 215300)

新型轻灰产品冷却工艺项目生产运行情况

夏文菊，屈宪章

(中盐昆山有限公司，江苏昆山 215300)

以加拿大SOLEX公司粉体流冷却器为主体设备，开发而成的轻灰产品冷却新工艺装置首次应用于轻灰产品冷却。介绍该项目的结构特征及原理，粉体流凉碱具有传热效率高、占地面积少、无运动部件、耗电量低等优势。介绍新型轻灰产品冷却装置在中盐昆山公司的试运行情况及技术改进。

纯碱；粉体流冷却器；原理；优势；效益

1 立项背景及意义

本项目由中盐昆山有限公司与中国成达工程有限公司合作，以加拿大SOLEX公司粉体流冷却器为主体设备，开发而成的轻灰产品冷却新工艺装置。该技术方案、中试及项目实施，在中国纯碱行业乃至国际纯碱行业属首家试行。本项目用于将联碱装置轻灰煅烧炉170～180 ℃的出料轻灰冷却到70 ℃以下，既满足冷却轻灰的要求，又能大大节电并减少碱粉外排，实现节能减排和优化生产之目的。

目前，传统轻灰产品冷却方法主要有：①浆叶式凉碱机，靠充满冷却水的旋转叶片与物料进行间壁式换热，但物料停留时间短，接触面积小，传热温差低，叶片的结构不稳定，易磨损泄漏，传动装置易损坏，维修困难，耗电量巨大。②沸腾炉，需要采用经过加压、除湿的大量干燥空气作为冷却介质，配套的设备多，工艺复杂，工艺流程较长，电耗高，尾气含粉尘多，需要二次净化处理。③回转炉，采用物料在圆筒内回转与筒内壁或中心水管接触冷却，该设备体积庞大，成本高，占地大，结构较复杂，维修也较困难，耗电量大。

本新项目提供了一种新型轻灰产品冷却系统，系统结构简单，占地面积小，不易损坏，维修成本低，轻灰冷却效果好，节能环保。

2 技术方案的论证

目前，国际国内纯碱行业尚无使用粉体流设备冷却轻灰的先例，据SOLEX公司介绍，土耳其工厂是在2002年准备将粉体流设备应用于轻灰，但之后，由于轻灰车间改造等原因，转为重灰使用。粉体流冷却器，在冷却高密度粉体与低密度粉体上其实并没有本质差异，仅仅是在冷却低密度粉料时，因低密度粉料的质量流速较小，在维持相同下料速率的同时需要较长的冷却路径，这也是设计上，相同处理能力的轻灰粉体流凉碱机的设备总高度要高于重灰设备的原因。

在低密度粉体的冷却领域，一个典型的应用就是洗衣粉(密度：0.3～0.45，这个密度小于轻灰的密度)的冷却，在P&G(宝洁)公司的全球工厂有十多台在使用。其他如硅粉、碳粉、超细碳酸钙、树脂、塑料类等粉体的密度也是小于0.5，均能较好的使用；在高密度粉体的冷却领域，如金属粉(镍粉)的冷却，用户的疑问是比重大(真密度7.8，堆积密度2.2 g/mL)，质量流速大，担心不能充分冷却就通过，但使用案例证明，粉体流冷却器的应用也满足了用户的工艺要求。由此可知，对于0.55～0.60堆积密度的轻灰，使用上应该不会有问题。

3 轻灰产品冷却新工艺项目工作原理

送料装置将煅烧炉的轻灰产品送入粉体流凉碱机上部的料仓内，出料装置将经过冷却的轻灰产品由出料口输送至包装工位，软水桶中装有软水，软水桶中的软水经软水泵送至换热器，换热器的出水口与粉体流凉碱机的冷却软水进口连通，粉体流凉碱机的冷却软水出水口与软水桶的进口连通，控制系统完成对粉体流凉碱机、换热器、软水泵、送料装置、出料装置的运行。

1.轻灰粉体流设备 2.板式换热器 3.软水贮桶 4.软水泵 5.进料绞龙 6.出料埋刮板 7.干燥空气 8.尾气管 9.进料溜管图1 轻灰粉体流冷却原理图

该系统的粉体流凉碱机内板片中的冷却载体为软水，软水无钙、镁离子，长时间使用也能够保持冷却通道畅通，轻灰在板片间的通道籍重力作用自上而下流动，由此，软水与轻灰进行热交换，实现轻灰的降温，经过热交换的软水流入软水桶内进行储存；软水桶内高温软水在换热器内与外界循环水进行热交换，将高温软水降温后再进入粉体流凉碱机内实现循环利用，该系统利用软水作为冷却载体，保证了粉体流凉碱机具有高效、稳定的传热效率，能够充分冷却轻灰。

送料装置为螺旋绞龙、出料装置为变频星型卸料器。

换热器为板式高效换热器。

粉体流凉碱机上设有二排沿其高度方向排列的压缩干空气的进气口，该进气口与压缩干空气供气装置连通，粉体流凉碱机的排气口与尾气处理装置连通，排气处理装置能使粉体流凉碱机排出的夹带粉尘的气体进行环保处理。

粉体流凉碱机的料仓内设有导波雷达料位计，出料口上设有旋转阀，雷达导波料位计与旋转阀的变频电机联锁，以保证板片在不同工况下的满料位操作。

4 主设备的结构特征及比较优势

4.1 主设备的结构特点

4.1.1 传热板

采用无垫片全焊工艺，选择316材料，二块板片经激光焊接，经焊接的板片预设打压膨胀成均匀的波纹状或酒窝状，此种结构能让流体在板内形成高度湍流，以提高换热效率，并能有效减少结垢的发生。

4.1.2 传热板组

将传热板安装在带有加强筋的高强度仓体内，仓体有带铰链的检修门，打开检修门可以方便地对板片进行检修维护和清扫。

4.1.3 物料出料装置

设计基于密相输送原理，以确保产品均匀缓慢的通过冷却器，对于产品而言，粉体缓慢而可控的流动具有出料温度均匀的优势。

4.1.4 振动下料装置

变频星型卸料器控制物料的出料量。

4.2 主设备的比较优势

1)传热效率高，与空气冷却的工艺相比，能耗降低90%以上。

2)设备简明、安装方便，无需配置除尘系统及减速装置。

3)现场工作环境较好，无粉尘污染。

4)无运动部件，设备可靠性高，生产周期长，检修项目少。

5)传热板的安装形式便于检修和清理。

6)该设备的运行成本低，以设计生产能力为37.5 t/h，每台仅需3 kW电耗及30～50 m3/h 的循环冷却水。

5 试生产运行情况及技术改进

5.1 运行情况

2016年4月16日，本项目开始试生产运行，各项经济技术指标良好，达到了预期的目的。

1)装置经连续运行，生产平稳、工艺可靠。

2)采用了具有专利技术的新工艺，生产过程中“三废”为零。

3)因采用软水作为冷却水源，避免主体设备中换热板片通道的结垢或堵塞。

4)因节省电耗、降低生产维护成本，有良好的经济效益。

5)因冷却后轻灰产品的温度可控，可避免因高温而引起包装袋破损的不良现象，节省包装成本。

5.2 装置技术的改进

1)二台轻灰凉碱器各安装冷却水流量计，DCS中控室可实时监控流量，避免因断水现象而引起损坏板片的安全事故的发生。

2)原始开车时，软水桶内可通入蒸汽，提高软水进水温度在40 ℃以上。

3)高低料位报警：低料位报警值10%，高料位报警值80%。以确保板片全部与物料接触，提高设备的利用率。

4)基于料位探头发出4～20 mA信号，反馈控制变频器振动频率25～50 Hz。当供料量较小时，变频器振动频率为10 Hz。

5)限位导向板安装(轻灰粉体流凉碱机，三楼)。

上述问题妥善处理后，该项目的技术设计更加合理，性能更优越，可靠性更高。

5.3 生产运行主要工艺指标

以一台轻灰粉体流冷却器技术数据为准。

冷却轻灰能力 37.5 t/h

进料温度 160 ℃

出料温度 70 ℃

冷却水入口温度 40 ℃

冷却水出口温度 63 ℃

冷却水流量 51 m3/h

冷却水 循环软水

干空气用量 300～400 Nm3/h

6 项目经济效益分析

以60万t/a轻灰为基准，配二台轻灰粉体流冷却器，与传统的六台螺旋浆式凉碱机(还要配二台备机)的综合比较情况如下：

1)减少占地面积、配置美观。

目前新工艺的布置只需不到20 m2，节省土建投资。按传统工艺配置，八台浆式凉碱机的布置需400 m2以上。

2)节省附属输送设备配置，包括输送埋刮板、螺旋输送绞龙、犁式卸料器等。

3)因减少粉尘外排，有利于环境保护及清洁文明生产。

项目实施，优化生产经济技术指标，年可产生直接经济效益约500万元；社会效益良好。

TQ051.5

C

1005-8370(2017)04-10-03

2017-04-20

夏文菊(1967—)，男，大学，无机化工工艺专业。曾任中盐昆山有限公司迁建60万吨纯碱项目的项目经理，现任该公司副总工程师。