輕灰爐氣濕法洗滌流程工藝及改進措施

， ，李瑞，

(1.中鹽昆山有限公司，江蘇昆山 215300，2.中國成達工程有限公司，四川成都 610041)

1 爐氣濕法洗滌流程原理

中鹽昆山有限公司遷建年產60萬t純堿項目輕灰爐氣洗滌采用濕法流程。其特點是：煅燒爐爐氣夾帶堿塵用熱堿液循環洗滌，過程中產生的熱堿液全部作為濾過工序真空帶式過濾機重堿濾餅洗水使用，最終返回母液系統；避免了干法流程因電除塵布置帶來的頻繁清理而引起的生產波動；爐氣經熱堿液洗滌后，爐氣冷凝液中堿度很低，含堿度小于1 tt，經過蒸氨后形成的蒸餾廢淡液便于在后工序作為尾氣洗水使用；濕法洗滌流程不會引起聯堿母液的膨脹。

圖1 工藝流程

此流程操作的工藝要點如下：

1)控制產生的熱堿液量恰好等于濾過工序所需的濾餅洗水用量。熱堿液來源包括二部分：①進入爐氣洗滌塔的尾氣洗氨水，②爐氣溫度由108 ℃降溫到90 ℃形成的蒸汽冷凝水。尾氣洗氨水來源：淡液蒸餾塔塔底冷卻廢淡液先洗滌過濾尾氣，再洗滌碳化尾氣，形成的洗氨水全部入爐氣洗滌塔，也即，廢淡液的用量就是洗氨水的量。

2)實際生產中，熱堿液中可以控制好Cl-<0.2 tt，則作為濾過工序洗水使用不會影響純堿產品質量。

3)爐氣洗滌塔采用填料結構，液體循環吸收爐氣中氨，形成的洗滌水送往熱堿液塔；熱堿液塔采用填料結構，液體循環吸收爐氣中堿粉，形成的熱堿液送往濾過工序洗水桶；爐氣冷凝塔采用波紋管水冷式，形成的爐氣冷凝液送往淡液蒸餾塔。

4)提高爐氣分離器對堿粉的分離效率是降低熱堿液總堿度的有效措施，有利于后工序的平穩運行。

2 熱堿液體系Na2CO3-NaHCO3-H2O的相平衡

在熱堿液的形成、冷卻、輸送過程中，存在著下列動態平衡。

Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)=2NaHCO3(s)+Q

(1)

上述反應不能完全進行，其反應程度取決于Na2CO3-NaHCO3的相互平衡條件，根據對Na2CO3-NaHCO3-H2O系統相圖的研究，提供了上述平衡本系中結晶析出的依據。

表1 Na2CO3-NaHCO3-H2O體系溶解度

根據上表并結合生產實際可知：

1)實際生產中，熱堿液冷卻后作為濾過工序洗水的溫度43 ℃，查Na2CO3-NaHCO3-H2O體系相圖，與45 ℃時相圖對應值相差無幾。

2)括號內數值指滴度或稱堿度，熱堿液密度取1 220 kg/m3。

3)在熱堿液體系中，當系統平衡時，系統的最終狀態只取決于溫度與時間。

4)Na2CO3在水中的溶解度非常大，飽和溶解度達148.4 tt；NaHCO3在水中的溶解度為34.8 tt。

5)爐氣經旋風分離后，爐氣夾帶的粉塵絕大部分是Na2CO3。

6)90 ℃熱堿液塔中的液體，盡管CO2量是飽和的，由于溫度較高，反應(1)并不能完全進行形成。在熱堿液塔中，液體是Na2CO3的不飽和溶液。反應進行程度有測定數據，見表2。

表2 43 ℃熱堿液中組分(改造后實測數據)

7)高溫熱堿液循環吸收堿粉后，在維持塔液位前提下，部分液體經水冷后送至濾過工序的洗水桶，在熱堿液冷卻到43 ℃及輸送過程中，當總堿度較高時，溶液將結晶析出NaHCO3。實際生產中也印證了這一情況。

8)反應(1)進行的程度隨實際工藝條件的變化而有所變化，其組份(Na2CO3、NaHCO3)中相對量也會發生變化，但總堿度不變。

9)當熱堿液總堿度較高時，且反應(1)生成的NaHCO3在過飽和溶液中析出時并不具備“緩慢、足夠停留時間”等結晶長大的條件，因此析出的NaHCO3結晶很細，多數在50 μm以下。

3 高溫熱堿液中游離二氧化碳量對冷卻后組分的影響

在熱堿液塔中，含23%CO2(V)的爐氣與循環熱堿液逆流接觸。每塔的爐氣量巨大，在反應(1)中，CO2大大過量。

圖2 不同分壓下CO2溶解度

例：p=50 kPa

t=30 ℃

則S=27×10-5(摩爾)

從圖2可知，23 kPa CO2分壓、90 ℃條件下，CO2的溶解度為5×10-5mol/molH2O， 即5×10-5×22.4×1 000 mL/18 gH2O，即6.23 mL/100 gH2O，即0.0122 gCO2/100 gH2O。在熱堿液塔中，有理由認為CO2與堿液充分接觸并參與反應(1)，反應(1)進行的程度以實測數據為準。從熱堿液塔中輸出的堿液中游離CO2的量非常有限。在熱堿液后續的冷卻輸送過程中，即使0.0122 gCO2/100 gH2O全部參與反應(1)，也僅生存0.046 gNaHCO3/100 gH2O，即90 ℃熱堿液與43 ℃熱堿液中，組分的相對量幾乎不變。

4 改造前存在問題及影響

就爐氣濕法洗滌流程來說，形成的大量熱堿液必須全部作為濾過工序的洗水使用完，實際操作中，除了需要控制好恰當的熱堿液量以外，其堿度數值尤其重要，而堿度值偏高將帶來一系列問題。

1)在熱堿液的冷卻及輸送到過程中，當總堿度較高時，將析出NaHCO3，久而久之，會引起“管道堵塞”“洗水桶底部積堿”“洗水槽積堿”等現象。

2)帶濾機機身后半部真空盒及真空管堵塞。

作為濾餅洗滌水的熱堿液中的“細小顆?！蓖高^濾布后進入真空盒及真空管，由于此區域過濾液流量很小，且真空下濾液的蒸發，易發生“堵塞真空管”現象，由此濾餅干燥區作用并未充分發揮，導致重堿水分偏高，且真空盒的清理作業周期不到一個月。

3)帶濾機濾餅水分偏高。

原因是熱堿液中析出的50 μm以下的“細小顆?！弊枞麨V餅流道及濾布孔隙，從而引起濾布的透氣性能比較差。

經反復分析討論，確定主要原因是爐氣分離器效率低下而導致的熱堿液堿度值偏高。通過對分離器圖紙的核實，設備本體并無問題，主要是入口氣體切線速率太低的原因。

5 改造前后爐氣分離器的切線速率

進風口截面積減小后，查定數據見表3。

爐氣濃度 85%

爐氣溫度 106 ℃

原進風口 1 100×550 mm

改進風口 960×425 mm

爐氣壓力 -0.5 kPa

原截面積 0.605 m2

改截面積 0.408 m2

6 技改過程注意要點

1)分離器的入口水平1.5 m長爐氣方管全部調整尺寸。采取在方管內焊按鋼板縮小分離器入口截面積、保證方管合理的寬高比例、爐氣從分離器器壁切向進入的施工方法，以保持爐氣入口速度的均勻性與方向性。

2)改造后，由于氣體流速增加，管線阻力將略為增大，原則是不得影響爐頭的負壓，也即必須能保持爐頭負壓在-50 mmH2O以上。此點為維系爐子生產能力與正常運行之關鍵。

3)由于本公司有二臺φ630轉子的爐氣螺桿壓縮機，總管線阻力不大、抽氣量十分富裕，適當提高爐氣入口速度并不會對爐頭負壓產生影響。

表3 單臺分離器入口流速

7 運行效果

當前生產，以熱堿液量52 m3/h、總堿度由Na2CO3、NaHCO3引起。

改造前熱堿液平均總堿度：46 tt ；改造后熱堿液平均總堿度：33 tt 。

1)每小時減少爐氣的堿粉帶出量為：

(46-33)÷2÷20×106×52×1.15=2 060 kg

年減少堿粉帶出量16 480 t。

2)避免輸送管道及后工序出現的結疤堵塞現象。

3)有利于后續濾過工序的平穩運行。

2018年6月5日，爐氣分離器改造后投入運行，從實際使用效果來看，提高爐氣分離器的入口速度無疑是降低熱堿液濃度的有效措施。

8 結 語

1)輕灰爐氣濕法洗滌流程有其獨到的優勢，有利于煅燒工序爐氣洗滌系統的長周期穩定運行。

2)通過技術改造，將熱堿液總堿度控制在35 tt以內，作為洗水用的熱堿液在任何階段不會有結晶析出，由此，對后續工序的平穩運行、降低重堿水分大有益處。