固相水合法重灰流化床尾氣處理系統的優化改造

張春起

（天津渤化工程有限公司，天津 300193）

重質純堿又稱“重灰”，是一種重要的化工基礎原料。重灰物理性質上具有顆粒度大、堆積密度高等特性，使其具有吸潮速率慢，熔融時間短等特點，易于包裝運輸。重灰對于玻璃工業、冶金工業和顏料工業還具有延長耐火材料使用壽命；增強窯爐內物料的流動性，提高產品質量；提高換熱效率，降低能耗等優點。生產低鹽優質重灰一直都是純堿行業的發展方向。固相水合法、液相水合法和擠壓法是我國生產重灰的三種主要方法。

1 固相水合法的原理及改進

固相水合法的主要工藝流程是將水和輕質純堿(簡稱輕灰)按照特定的比例在水合機內混合，生成一水碳酸鈉結晶，一水堿經破碎后輸送至煅燒設備，將其中水分分解，得到重質純堿，再經過冷卻、篩分等工序，得到粒度指標合格的產品。固相水合法整體工藝流程源于荷蘭阿克蘇公司，由國內工程公司引入我國。該工藝進入我國后又經過多次改進，日趨完善。其中比較重要的是以下兩次工藝改進。一是在工藝流程中增加離心機。離心機的使用可以實現對重質純堿中鹽分的降低，使固相水合法產品的鹽分達到可以調節的目的[1]，最終產品的鹽分指標與液相水合法產品相似。二是使用大型冷熱一體化沸騰流化床(冷熱一體)代替傳統的蒸汽煅燒爐和冷卻器。熱空氣由流化床底部進入，通過氣體分布器使物料在流化床內部形成沸騰流化狀態，并與加熱盤管接觸強化傳熱，實現與傳統設備相同的煅燒目的，高溫物料通過導流板進入流化床冷卻段換熱降溫，物料冷卻后經成品出料口排出，干燥段和冷卻段的尾氣則由流化床頂部分別排出。流化床將煅燒段和冷卻段結合到了一起，具有結構簡單，操作簡便等優點[2]，被多數重灰生產企業所采用。但由于物料在流化床內保持流化狀態需用的風量較大，這使得流化床尾氣中含有大量的細粉狀物料，同時,尾氣中水分為飽和狀態,給流化床尾氣處理帶來了難題。

2 流化床尾氣處理的現狀

現階段，流化床尾氣處理工藝主要分為濕法除塵和干法除塵兩大類。干法除塵主要是采用布袋除塵器或是電除塵的方式。由于流化床尾氣同時具有溫度較高、氣量大、尾氣中含有水分的特點，對布袋除塵器和電除塵的選擇都帶來了難度。氣量大，采用電除塵成本過高；溫度高、水分大，對布袋除塵器布袋的材質要求高，同時布袋容易粘結。濕法除塵主要采用水洗的方式進行除塵。氣體進入水洗設備之前，先通過旋風分離器去除掉部分大顆粒粉塵，再通過水洗的方式去除其余部分堿塵。這種除塵方式效果要好于干法除塵，其顆粒去除率高，能夠明顯降低氣體顆粒物排放量。大部分采用固相水合法生產重灰的企業選擇濕法除塵來處理流化床尾氣。

現階段使用的濕法除塵同樣受到流化床尾氣溫度高、氣量大的影響，存在著一些難以解決的問題。

1）流化床尾氣氣量大、氣速高，將噴淋水以水汽的形式帶走，造成本可以循環利用的“洗水”流失，為了保證顆粒物的除去率，需要不斷的補充新鮮水，造成水資源的流失和新鮮水的消耗。純堿行業屬于高耗水的行業。純堿產品生產對“單位產品新鮮水耗”和“工業用水重復利用率”等指標是有嚴格限制的。采用傳統的濕法除塵處理流化床尾氣的方法，對這兩個指標都造成了極大的負面影響。

2）流化床尾氣溫度高，經“洗水”除塵后，大量夾雜著水珠的飽和氣體直接排放，在空氣中形成大量“白霧”，對廠區環境造成極差的感官體驗，影響工人的操作環境。

3）流化床尾氣處理設備通常在重灰廠房的頂層，布置緊湊，無法額外增加大型冷凝塔，對尾氣進行再次處理。

3 尾氣處理系統優化改造

3.1 重點設備改造

為了解決上述流化床尾氣處理系統中存在的問題，我們重新設計了一種新型的尾氣處理裝置，該設備采用塔器的設備形式，分為上下兩部分，下部為洗滌段，上部為冷凝段。流化床尾氣通過自身壓頭由設備底部進入尾氣處理設備。洗水通過洗滌段頂部的液體噴頭和分布器均勻分布后與尾氣在填料處充分接觸，去除尾氣中的堿塵。經水洗后的尾氣通過連接管進入設備頂部的氣體進口，采用逆流的方式與立式冷凝管接觸，對于尾氣進行冷卻，冷卻后的氣體由引風機排除。氣體經冷卻降溫后，其中夾帶的水汽和液滴沿著冷卻管滴落在傾斜的擋板上進行收集，由擋板最低點處的收集管，引到凝水罐中。本設備將洗滌段和冷凝段合理優化，合二為一，在滿足工藝功能的前提下，節約了空間，優化布置。

3.2 工藝流程改造

傳統的濕法除塵，為了解決含堿廢液排放的問題，是將洗滌水循環利用。重灰洗滌水經板式換熱器冷卻降溫后將部分洗滌水作為水合機的化合水來使用的，此做法長期循環后，會使重灰洗滌水中堿塵的含量逐漸增高。當化合水濃度高于40tt時，重灰產品粒度下降，當化合水濃度超過50tt時，對重灰產品的粒度影響更加明顯，無法滿足重灰的產品質量標準[3]。在使用洗滌水作為化和水的同時，嚴格控制其濃度，是保證水合機產出合格產品的關鍵。此次改造的洗滌冷凝塔將原洗滌尾氣進行降溫，回收得到的凝水，重新進入循環使用的洗滌水中，這樣，循環洗滌水的濃度有一定程度的降低，對進入水合機中化合水的堿塵的濃度控制是有利的，既可以實現利用含堿廢液的回收利用，又可以避免化合水堿塵濃度超過40tt而造成對重灰粒度的影響[4]。

3.3 改造效果

上述優化改造措置已在某國外項目中實施，通過設置此種特殊結構的洗滌冷凝塔及配套設施，實現了對流化床尾氣的洗滌效果，使排放氣顆粒物達到≤20mg/m3的排放標準。冷凝段實現了對尾氣中水汽及夾帶液滴的回收，每小時回收凝水量約為3～4t。在保證重灰產品質量的同時，節約了寶貴的水資源，同時將以前在空氣中形成大量“白霧”，影響工人的操作環境的問題給予了完全的解決。

4 總結

水合機和流化床，是固相水合法生產重灰工藝的重要設備。隨著國家環保和能源政策的日趨嚴格，尾氣排放、水資源循環利用等問題日益得到重視。如何在不影響正常生產，保證產品質量的前提下，實現對水合機-流化床系統尾氣處理系統的優化改造，是完善固相水合法工藝的關鍵一環。