淺談煅燒爐爐氣三通設備優化改造

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

1 爐氣回收流程

濕重堿經離心機二次脫水后，與足量的返堿混合進入煅燒爐，煅燒分解產生純堿及大量的氣體，氣體中含有二氧化碳、氨、水蒸汽和堿粉等物質及大量的熱量。爐氣經回收工序旋風分離器、熱堿液塔、母液洗滌塔、換熱器、爐氣洗滌塔等設備，以達到洗滌、凈化和降溫目的。在回收爐氣中有用介質的同時將母液預熱、回收熱量，以降低重堿蒸氨工序的蒸汽消耗；將洗滌堿塵后的低濃度熱堿液配入一定量的重灰高鹽鹵或落地堿，制成合格的純堿液送到鹽水精制工序制作苛化液，減少成品堿的使用量。

2 爐氣三通存在問題

在純堿生產工藝中，重堿煅燒過程所產生爐氣夾帶大量堿塵，含塵爐氣經旋風分離器進行一級除塵后，大部分堿塵回收返回煅燒爐，含有少量堿塵的爐氣進入下一級爐氣洗滌塔，利用循環熱堿液洗滌，爐氣中的堿塵完全溶解回收。為防止含塵平管氣道堿塵降落堆積造成不暢，旋風分離器與爐氣洗滌塔之間氣道設置熱堿液噴淋管。為防止噴淋熱堿液回流分離器，旋風分離器與爐氣洗滌塔之間氣道一般采用下U形防回水彎管設計型式。此型式在我公司已使用多年，運行過程中出現了各種問題，制約著煅燒系統生產能力，具體總結為以下幾點：

1)雖然采用循環熱堿液進行氣道噴淋洗滌，使大部分氣道保持通暢，但是在下U形彎頭部位無法進行噴淋洗滌，否則會出現堿液噴濺直接回流分離器。因此，在下U形彎頭部位仍會產生堿塵堆積及管壁結疤。為保證爐氣系統暢通，每班定期清理，倒換停爐，提高真空控制，打開下U形彎頭三通清理孔蓋進行人工清理。清理頻繁，增加化工勞動強度。

2)化工頻繁開蓋清理易造成系統真空波動，同時破壞生產系統連續作業工況。開蓋清理，系統漏人大量空氣，影響爐氣二氧化碳濃度，對純堿煅燒、碳化制堿等工序指標控制造成較大影響，并直接影響純堿產量及消耗。開蓋清理時，如司爐真空控制不當，高溫爐氣噴出易引發灼燙事故發生，存在安全隱患。

3)循環熱堿液濃度高，熱堿液塔阻力大，存在熱堿液填料堵塞的風險，影響系統的穩定運行。且操作中需系統提供較大的真空，真空增大，系統存在漏入空氣的風險，影響爐氣濃度的同時增加了壓縮工序消耗。

4)三通結疤堵塞，流通面積不足，導致爐氣系統出氣不暢，煅燒爐內壓力大，爐頭、爐尾密封面冒堿，產生了大量的落地堿，增加了成品堿的損失。

圖1 改造前下U形彎管氣道結構示意圖(A-A剖視圖)

3 改進方案

我公司利用4#輕灰爐更新機會，主要針對旋風分離器與洗滌塔之間的氣道及噴淋結構形式進行改造。具體是對純堿制造工藝中重堿煅燒爐氣處理系統旋風分離器與洗滌塔之間下U形彎管氣道及噴淋結構形式進行改型設計，使之達到免清理維護，高效連續運行的目的。采用垂直隔板折流及噴淋區氣道擴容方式，并在噴淋區設置溶解池，替代現有下U形等徑彎管設計，消除無法利用熱堿液噴淋而產生粉塵降落堆積的彎管段，從而保證氣道通暢、無結疤。

與原有下U形彎管氣道結構相比，新折流氣道結構優勢如下：

1)連通開口面積及右側緩沖噴淋區容積放大，氣流速度下降，降低了氣流所夾帶的粉塵顆粒對氣道側壁慣性粘附。

2)取消了三通彎頭，兩側氣道直接以垂直立板分割，從而消除了粉塵顆粒在原有彎管氣道垂直投影面，粉塵顆粒直接下落至噴淋區，被噴淋液溶解沖走，下部設立溶解池，防止局部死角位置結疤掉落在氣道底部堆積。因此，除φ1800筒體與φ1200筒體焊接死角處存在少量結疤，但不影響氣流流通，而在其他氣道各處不存在粉塵堆積。

4 具體實施方式

將分離器與洗滌塔之間原有下U形彎管連通氣道，改為隔板折流連通氣道。如圖2去除原有三通彎管(φ1200)，右側以φ1800筒體替代，與左側立管徑線相貫焊接，以左側分離器出氣管作為兩側氣流隔板，并在上部以等直徑高度方孔(1200×1200 mm)聯通兩側。右側φ1800筒體氣道下部與入塔φ1200橫管貫通連接，底板低于橫管，形成溶解池，可防止底部結疤，堿液隨進氣管進入熱堿液塔內。在右側φ1800筒體內部裝設洗滌液中心噴淋管，使用循環熱堿液作為噴淋液，噴水高度低于隔板上沿，可防止堿液進入爐氣豎管從而進入分離器，導致分離器及其出氣管線結疤堵塞，影響爐氣系統正常運行。新氣道結構外部全部敷設蒸汽伴熱管，蒸汽壓力不低于7 MPa并增加保溫，防止熱量損失，保證爐氣溫度在水露點以上。

圖2 改造后結構示意圖(A-A剖視圖)

4#輕灰爐更新改造完成后，試運行階段煅燒爐生產作業量較正常值偏低，新折流氣道結構運行平穩，結疤較少，清理周期可延長至每個月一次。使用一段周期后發現，受真空波動，三通頂部氣流不能按照氣道正常流通，部分爐氣形成亂流，且由于中心噴淋面積小，且高度低，無法對筒體頂部進行清洗，造成三通器壁粘堿。長時間運行后，φ1800筒體頂部出現結疤嚴重現象，氣道變窄，致使爐氣阻力增大。

通過將中心噴淋高度提高50 mm，并沿三通頂部增加一環形噴淋，實現三通筒體無死角噴淋，加強噴淋效果，減少結疤。此方法的弊端為：環形噴淋液量小，效果不明顯；噴淋液量大，造成堿液隨爐氣亂流回流至旋風分離器出氣豎管，造成豎管結疤，且結疤較硬清理困難。鑒于以上原因，我單位決定利用三通清理時間打開環形噴淋液，清洗頂部結疤。系統正常運行時，關閉頂部環形噴淋液，只利用中心噴淋進行爐氣洗滌。利用此方法后，φ1800筒體頂部堿疤較之前減少，且硬度低，易于清理，縮短了清理時間，同時降低熱堿液濃度，優化生產工況。

5 結 語

4#爐氣U形彎管氣道結構改造經驗，為此類設備的改造提供了有利的依據和參考價值。在今后我們將繼續對不同爐氣三通結構進行試驗，最終實現延長設備使用周期，降低崗位職工勞動強度，提高煅燒爐生產能力；大幅度降低熱堿液濃度，消除生產隱患，為實現落地堿的回收打下了基礎；進一步提高CO2濃度，優化碳化塔生產工藝，同時降低石灰石煅燒消耗；維持生產無間斷運行，大大優化輕灰爐、碳化塔等工序設備作業工況及控制指標，壓縮工序的真空資源得到高效利用的目的。