一種監(jiān)控純堿煅燒工序電除塵器效率的方法

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300457)

煅燒工序是純堿制造過(guò)程中的重要工序，國(guó)內(nèi)純堿生產(chǎn)多數(shù)采用回轉(zhuǎn)式蒸汽煅燒爐完成，將濕重堿間接加熱分解為純堿和爐氣，爐氣中堿粉回收是難點(diǎn)，回收效率反映出煅燒工序運(yùn)行水平。現(xiàn)行的除塵方法有水洗除塵、布袋除塵、電除塵。因水洗除塵難以解決母液平衡，且洗滌不佳易造成洗滌塔堵塞；布袋除塵壽命短，維修量大，布袋泄漏影響爐氣濃度等問(wèn)題，我公司采用電除塵方法，取得較好效果。如何科學(xué)地監(jiān)控電除塵器運(yùn)行效率，減少爐氣中堿塵消耗，降低生產(chǎn)能耗，成為研究的重要課題。

1 爐氣回收系統(tǒng)簡(jiǎn)介

研究電除塵器效率，首先要分析我公司煅燒工序爐氣回收系統(tǒng)流程，圖1以爐氣中堿粉流向?yàn)槔M(jìn)行介紹。

圖1 煅燒工序爐氣回收系統(tǒng)流程圖

爐氣先經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器初步分離，堿塵去預(yù)混器，爐氣再通過(guò)電除塵器[1-3]二次分離除塵，分離出來(lái)的堿塵進(jìn)入細(xì)粉鉸刀回收至成品；剩余未被分離出來(lái)的堿塵，伴隨爐氣進(jìn)入洗滌冷凝塔的洗滌段，經(jīng)過(guò)熱堿液洗滌回收進(jìn)入熱堿液中。當(dāng)熱堿液濃度過(guò)高時(shí)， 熱堿液泵將部分熱堿液送至碳化工序帶濾機(jī)洗車，并將少量洗水補(bǔ)入熱堿液桶置換。

通過(guò)圖1可知，要更直觀準(zhǔn)確地監(jiān)控電除塵器的效率，除了日常記錄設(shè)備電壓、電流、振打器、傳動(dòng)運(yùn)行情況，還可以通過(guò)查定一段時(shí)間內(nèi)熱堿液洗滌濃度變化來(lái)監(jiān)控爐氣堿塵吸收量。掌握爐氣洗滌冷凝下來(lái)的堿塵量和電除塵器回收細(xì)粉量，即可監(jiān)控電除塵效率[4,5]，該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，可操作性更強(qiáng)。

2 爐氣中堿粉分布測(cè)量計(jì)算方法

要研究爐氣系統(tǒng)中堿粉分布，需要分別測(cè)量熱堿液回收堿粉量，冷凝液中堿塵量，電除塵器回收量，即可計(jì)算效率，該方法為生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供一條便捷的監(jiān)控手段。

2.1 熱堿液回收堿塵量分析

熱堿液中主要包含三種物料：Na2CO3、NH3、H2O。在各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)正常、煅燒爐運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的情況下，關(guān)閉熱堿液桶的進(jìn)出口閥門(mén)，分析一段時(shí)間內(nèi)熱堿液中Na2CO3濃度的變化，計(jì)算出該段時(shí)間內(nèi)進(jìn)入熱堿液中的堿塵量。為了準(zhǔn)確測(cè)定進(jìn)入熱堿液中堿塵(Na2CO3)的量，要考慮熱堿液自身含氨的變化，在計(jì)算中應(yīng)去除熱堿液中氨的影響。另一個(gè)影響因素是水的變化，爐氣中含有大量的水蒸汽，溫度105～125 ℃，熱堿液的溫度約90 ℃。在熱堿液洗滌爐氣過(guò)程中，爐氣中一部分水分冷卻進(jìn)入熱堿液，使得熱堿液的體積發(fā)生變化影響其濃度，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)去。

2.2 冷凝液中堿塵量分析

按照生產(chǎn)工藝要求，冷凝液是爐氣中氨氣(NH3)和水蒸汽(H2O)冷凝得到的液體，如果前系統(tǒng)除塵和洗滌效果良好，只有極少量堿塵混入。因此，要準(zhǔn)確測(cè)量冷凝液中含堿量，需排除氨影響。測(cè)量方法：取一定體積的冷凝液，對(duì)其進(jìn)行蒸氨，然后測(cè)定其含堿塵的量。

2.3 電除塵器回收量分析

在生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，每臺(tái)煅燒爐除塵量大致相當(dāng)，用包裝袋在細(xì)粉鉸刀出料口，將分析時(shí)間內(nèi)回收下來(lái)的堿塵進(jìn)行包裝稱量，即可得到單爐回收堿塵的量。

3 電除塵器除塵分析及工作效率計(jì)算

3.1 熱堿液回收堿量分析

AⅡ投量300 m3/h，開(kāi)1臺(tái)爐，電除塵運(yùn)行良好，關(guān)閉熱堿液桶進(jìn)出口閥門(mén)，查定該時(shí)段內(nèi)堿塵洗滌回收量，計(jì)算步驟如下：

已知熱堿液桶內(nèi)徑d=7 m，可計(jì)算熱堿液桶底面積S=38.465 m2。

需要特別指出：經(jīng)過(guò)多次分析測(cè)量，發(fā)現(xiàn)熱堿液中游離NH3濃度基本維持在4～5 tt。因此在計(jì)算熱堿液中Na2CO3時(shí)，需要用總堿度減去體系中游離NH3的堿度，即可得到進(jìn)入熱堿液中Na2CO3的量。

1)統(tǒng)計(jì)開(kāi)始時(shí)熱堿液桶液位4.95 m，熱堿液中Na2CO3濃度C1=C總-CNH3=23.2-5=18.2 tt，合0.455 mol/L，因此桶中Na2CO3含量為：

n1=c1v1=c1s1h1=0.455×38.465×4.95×1 000=86.63 kmol

m1=n1M=86.63×106=9 182.78 kg

2)統(tǒng)計(jì)結(jié)束時(shí)熱堿液桶液位5.06 m，熱堿液中Na2CO3濃度C2=C總-CNH3=23.2-4.2=19 tt，合0.475 mol/L，因此桶中Na2CO3含量為：

n2=c2v2=c2s2h2=0.475×38.465×5.06×1 000=92.45 kmol

m2=n2M=92.45×106=9 799.7 kg

因此分析過(guò)程中熱堿液中回收Na2CO3質(zhì)量為：

m2-m1=9 799.7-9 182.78=616.92 kg

分析過(guò)程中的蒸汽用量為m汽=420 t

按每生產(chǎn)1噸純堿消耗1.31 t蒸汽計(jì)算，則在分析過(guò)程中生產(chǎn)的純堿量為：

則每生產(chǎn)1噸純堿帶入熱堿液中的堿塵(Na2CO3)質(zhì)量為：

表1 熱堿液桶洗滌吸收堿粉當(dāng)量查定表

3.2 冷凝液中堿塵量分析

取20 mL的冷凝液放至電熱爐上，對(duì)其進(jìn)行蒸氨約5 min，然后測(cè)試溶液的總堿度，測(cè)定其總堿度幾乎為0。因此得出，冷凝液含堿量忽略不計(jì)，爐氣系統(tǒng)出電除塵器剩余堿粉全部被熱堿液洗滌吸收。

3.3 電除塵器回收Na2CO3量統(tǒng)計(jì)

AⅡ投量300 m3/h，開(kāi)1臺(tái)爐，電除塵運(yùn)行穩(wěn)定，蒸汽消耗瞬時(shí)流量為40～45 t/h(取X1=42.5 t/h)，稱量電除塵器1 h除塵下來(lái)的細(xì)堿粉Y=575 kg。如按照該工況生產(chǎn)10 h，估算產(chǎn)生m回收為5 750 kg。

由項(xiàng)目1計(jì)算該時(shí)段內(nèi)，生產(chǎn)純堿為320.61 t，計(jì)算回收當(dāng)量為

3.4 對(duì)除塵器運(yùn)行效率計(jì)算

爐氣中堿塵進(jìn)入電除塵器，絕大多數(shù)堿塵在電場(chǎng)作用下吸附在陽(yáng)極板上，通過(guò)電磁振打器振打下后經(jīng)過(guò)細(xì)粉鉸刀進(jìn)成品，剩余少量的堿塵在洗滌冷凝塔中通過(guò)熱堿液的洗滌后完全進(jìn)入熱堿液桶。由此計(jì)算電除塵器的運(yùn)行效率為：

β1+β2=17.93+1.92=19.85 kg/t

該分析計(jì)算出電除塵器運(yùn)行效率較好，分析結(jié)果與電除塵各項(xiàng)除塵指標(biāo)一致，熱堿液Na2CO3濃度的變化情況能夠較準(zhǔn)確反映出當(dāng)前電除塵器的除塵效果。

3.5 除塵效率分析

上述計(jì)算得出我公司煅燒爐爐氣系統(tǒng)進(jìn)入電除塵器堿粉量為19.85 kg/t。若保證電除塵器的運(yùn)行效率為90%～95%，熱堿液吸收爐氣中Na2CO3當(dāng)量必須控制在1.98～0.99 kg/t。要維持穩(wěn)定高效生產(chǎn)(η>90%)，通常應(yīng)控制進(jìn)入熱堿液桶堿塵量小于2 kg/t。

4 分析除塵器效率及維護(hù)周期

為進(jìn)一步研究電除塵器運(yùn)行效率變化趨勢(shì)，分析電除塵器剛清理完、正常使用一段時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間未清理三種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)(如表2)進(jìn)行討論，來(lái)驗(yàn)證上述結(jié)論的準(zhǔn)確性，同時(shí)并對(duì)除塵器維護(hù)周期進(jìn)行探討。

4.1 剛清理之后的電除塵器效率

分析過(guò)程中生產(chǎn)情況：AⅡ投量750 m3/h，3臺(tái)爐生產(chǎn)平穩(wěn)，爐頭壓力平均約為-0.05 kPa。

由計(jì)算數(shù)據(jù)得出：剛清理完電除塵器之后，每生產(chǎn)1 t堿進(jìn)入熱堿液中Na2CO3的量為1.25 kg，除塵效果提高。由此計(jì)算運(yùn)行效率：

4.2 正常運(yùn)行一段時(shí)間后的電除塵器效率

分析過(guò)程中生產(chǎn)情況：AⅡ投量600 m3/h，兩臺(tái)爐生產(chǎn)平穩(wěn)，爐頭壓力平均約為-0.05 kPa。

由計(jì)算數(shù)據(jù)得出：在電除塵器投入使用約17天后，每生產(chǎn)1 t堿進(jìn)入熱堿液中的Na2CO3量為2.18 kg，除塵效果有所降低。由此計(jì)算運(yùn)行效率：

4.3 長(zhǎng)期未清理時(shí)的電除塵器效率

分析過(guò)程中生產(chǎn)情況：AⅡ投量850 m3/h，三臺(tái)爐生產(chǎn)平穩(wěn)，爐頭壓力平均約為-0.05 kPa。

由計(jì)算數(shù)據(jù)得出：在電除塵器投入使用約28天后，每生產(chǎn)1 t堿進(jìn)入熱堿液中的Na2CO3量為7.089 kg，除塵效果明顯下降。由此計(jì)算運(yùn)行效率：

對(duì)電除塵器剛清理完、使用一段時(shí)間、長(zhǎng)時(shí)間未清理三種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論，得出結(jié)果：熱堿回收當(dāng)量分別為1.251 kg/t、2.185 kg/t、7.089kg/t，運(yùn)行效率依次為93.7%、88.96%、64.28%，三者的時(shí)間間隔分別為1 d、17 d、28 d。說(shuō)明運(yùn)行效率并不是按照清理時(shí)間間隔呈線性關(guān)系逐漸降低的，而是在使用17～28 d范圍內(nèi)運(yùn)行效率明顯下降。因此推斷該除塵器的清理維護(hù)時(shí)間約15天為最佳。

5 結(jié) 論

本文對(duì)爐氣回收系統(tǒng)深入研究，找到了利用熱堿液濃度變化來(lái)分析電除塵器運(yùn)行效率的計(jì)算方法。當(dāng)進(jìn)入熱堿液堿塵當(dāng)量小于2 kg/t時(shí)，運(yùn)行效率大于90%。該方法估算出該除塵器維護(hù)周期約為15天，可以保證較高運(yùn)行效率。測(cè)定熱堿液中某一時(shí)段Na2CO3濃度的變化分析電除塵器的運(yùn)行效率這一方法簡(jiǎn)便、切實(shí)可行，用此數(shù)據(jù)能較好地把握電除塵器的運(yùn)行和維護(hù)情況，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，對(duì)生產(chǎn)具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。