固相水合法重灰流化床尾气处理系统的优化改造

张春起

（天津渤化工程有限公司，天津 300193）

重质纯碱又称“重灰”，是一种重要的化工基础原料。重灰物理性质上具有颗粒度大、堆积密度高等特性，使其具有吸潮速率慢，熔融时间短等特点，易于包装运输。重灰对于玻璃工业、冶金工业和颜料工业还具有延长耐火材料使用寿命；增强窑炉内物料的流动性，提高产品质量；提高换热效率，降低能耗等优点。生产低盐优质重灰一直都是纯碱行业的发展方向。固相水合法、液相水合法和挤压法是我国生产重灰的三种主要方法。

1 固相水合法的原理及改进

固相水合法的主要工艺流程是将水和轻质纯碱(简称轻灰)按照特定的比例在水合机内混合，生成一水碳酸钠结晶，一水碱经破碎后输送至煅烧设备，将其中水分分解，得到重质纯碱，再经过冷却、筛分等工序，得到粒度指标合格的产品。固相水合法整体工艺流程源于荷兰阿克苏公司，由国内工程公司引入我国。该工艺进入我国后又经过多次改进，日趋完善。其中比较重要的是以下两次工艺改进。一是在工艺流程中增加离心机。离心机的使用可以实现对重质纯碱中盐分的降低，使固相水合法产品的盐分达到可以调节的目的[1]，最终产品的盐分指标与液相水合法产品相似。二是使用大型冷热一体化沸腾流化床(冷热一体)代替传统的蒸汽煅烧炉和冷却器。热空气由流化床底部进入，通过气体分布器使物料在流化床内部形成沸腾流化状态，并与加热盘管接触强化传热，实现与传统设备相同的煅烧目的，高温物料通过导流板进入流化床冷却段换热降温，物料冷却后经成品出料口排出，干燥段和冷却段的尾气则由流化床顶部分别排出。流化床将煅烧段和冷却段结合到了一起，具有结构简单，操作简便等优点[2]，被多数重灰生产企业所采用。但由于物料在流化床内保持流化状态需用的风量较大，这使得流化床尾气中含有大量的细粉状物料，同时,尾气中水分为饱和状态,给流化床尾气处理带来了难题。

2 流化床尾气处理的现状

现阶段，流化床尾气处理工艺主要分为湿法除尘和干法除尘两大类。干法除尘主要是采用布袋除尘器或是电除尘的方式。由于流化床尾气同时具有温度较高、气量大、尾气中含有水分的特点，对布袋除尘器和电除尘的选择都带来了难度。气量大，采用电除尘成本过高；温度高、水分大，对布袋除尘器布袋的材质要求高，同时布袋容易粘结。湿法除尘主要采用水洗的方式进行除尘。气体进入水洗设备之前，先通过旋风分离器去除掉部分大颗粒粉尘，再通过水洗的方式去除其余部分碱尘。这种除尘方式效果要好于干法除尘，其颗粒去除率高，能够明显降低气体颗粒物排放量。大部分采用固相水合法生产重灰的企业选择湿法除尘来处理流化床尾气。

现阶段使用的湿法除尘同样受到流化床尾气温度高、气量大的影响，存在着一些难以解决的问题。

1）流化床尾气气量大、气速高，将喷淋水以水汽的形式带走，造成本可以循环利用的“洗水”流失，为了保证颗粒物的除去率，需要不断的补充新鲜水，造成水资源的流失和新鲜水的消耗。纯碱行业属于高耗水的行业。纯碱产品生产对“单位产品新鲜水耗”和“工业用水重复利用率”等指标是有严格限制的。采用传统的湿法除尘处理流化床尾气的方法，对这两个指标都造成了极大的负面影响。

2）流化床尾气温度高，经“洗水”除尘后，大量夹杂着水珠的饱和气体直接排放，在空气中形成大量“白雾”，对厂区环境造成极差的感官体验，影响工人的操作环境。

3）流化床尾气处理设备通常在重灰厂房的顶层，布置紧凑，无法额外增加大型冷凝塔，对尾气进行再次处理。

3 尾气处理系统优化改造

3.1 重点设备改造

为了解决上述流化床尾气处理系统中存在的问题，我们重新设计了一种新型的尾气处理装置，该设备采用塔器的设备形式，分为上下两部分，下部为洗涤段，上部为冷凝段。流化床尾气通过自身压头由设备底部进入尾气处理设备。洗水通过洗涤段顶部的液体喷头和分布器均匀分布后与尾气在填料处充分接触，去除尾气中的碱尘。经水洗后的尾气通过连接管进入设备顶部的气体进口，采用逆流的方式与立式冷凝管接触，对于尾气进行冷却，冷却后的气体由引风机排除。气体经冷却降温后，其中夹带的水汽和液滴沿着冷却管滴落在倾斜的挡板上进行收集，由挡板最低点处的收集管，引到凝水罐中。本设备将洗涤段和冷凝段合理优化，合二为一，在满足工艺功能的前提下，节约了空间，优化布置。

3.2 工艺流程改造

传统的湿法除尘，为了解决含碱废液排放的问题，是将洗涤水循环利用。重灰洗涤水经板式换热器冷却降温后将部分洗涤水作为水合机的化合水来使用的，此做法长期循环后，会使重灰洗涤水中碱尘的含量逐渐增高。当化合水浓度高于40tt时，重灰产品粒度下降，当化合水浓度超过50tt时，对重灰产品的粒度影响更加明显，无法满足重灰的产品质量标准[3]。在使用洗涤水作为化和水的同时，严格控制其浓度，是保证水合机产出合格产品的关键。此次改造的洗涤冷凝塔将原洗涤尾气进行降温，回收得到的凝水，重新进入循环使用的洗涤水中，这样，循环洗涤水的浓度有一定程度的降低，对进入水合机中化合水的碱尘的浓度控制是有利的，既可以实现利用含碱废液的回收利用，又可以避免化合水碱尘浓度超过40tt而造成对重灰粒度的影响[4]。

3.3 改造效果

上述优化改造措置已在某国外项目中实施，通过设置此种特殊结构的洗涤冷凝塔及配套设施，实现了对流化床尾气的洗涤效果，使排放气颗粒物达到≤20mg/m3的排放标准。冷凝段实现了对尾气中水汽及夹带液滴的回收，每小时回收凝水量约为3～4t。在保证重灰产品质量的同时，节约了宝贵的水资源，同时将以前在空气中形成大量“白雾”，影响工人的操作环境的问题给予了完全的解决。

4 总结

水合机和流化床，是固相水合法生产重灰工艺的重要设备。随着国家环保和能源政策的日趋严格，尾气排放、水资源循环利用等问题日益得到重视。如何在不影响正常生产，保证产品质量的前提下，实现对水合机-流化床系统尾气处理系统的优化改造，是完善固相水合法工艺的关键一环。