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程中的重要工序，國內(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，回收效率反映出煅燒工序運行水平?，F(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以爐氣中堿粉流向為例進行介紹。

圖1 煅燒工序爐氣回收系統(tǒng)流程圖

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

通過圖1可知，要更直觀準確地監(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、傳動運行情況，還可以通過查定一段時間內(nèi)熱堿液洗滌濃度變化來監(jiān)控爐氣堿塵吸收量。掌握爐氣洗滌冷凝下來的堿塵量和電除塵器回收細粉量，即可監(jiān)控電除塵效率[4,5]，該方法簡單實用，可操作性更強。

2 爐氣中堿粉分布測量計算方法

要研究爐氣系統(tǒng)中堿粉分布，需要分別測量熱堿液回收堿粉量，冷凝液中堿塵量，電除塵器回收量，即可計算效率，該方法為生產(chǎn)經(jīng)濟運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。在各項生產(chǎn)指標正常、煅燒爐運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的情況下，關(guān)閉熱堿液桶的進出口閥門，分析一段時間內(nèi)熱堿液中Na2CO3濃度的變化，計算出該段時間內(nèi)進入熱堿液中的堿塵量。為了準確測定進入熱堿液中堿塵(Na2CO3)的量，要考慮熱堿液自身含氨的變化，在計算中應(yīng)去除熱堿液中氨的影響。另一個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程中，爐氣中一部分水分冷卻進入熱堿液，使得熱堿液的體積發(fā)生變化影響其濃度，計算時應(yīng)考慮進去。

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，要準確測量冷凝液中含堿量，需排除氨影響。測量方法：取一定體積的冷凝液，對其進行蒸氨，然后測定其含堿塵的量。

2.3 電除塵器回收量分析

在生產(chǎn)運行穩(wěn)定的情況下，每臺煅燒爐除塵量大致相當，用包裝袋在細粉鉸刀出料口，將分析時間內(nèi)回收下來的堿塵進行包裝稱量，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算

3.1 熱堿液回收堿量分析

AⅡ投量300 m3/h，開1臺爐，電除塵運行良好，關(guān)閉熱堿液桶進出口閥門，查定該時段內(nèi)堿塵洗滌回收量，計算步驟如下：

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

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

1)統(tǒng)計開始時熱堿液桶液位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)計結(jié)束時熱堿液桶液位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蒸汽計算，則在分析過程中生產(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，對其進行蒸氨約5 min，然后測試溶液的總堿度，測定其總堿度幾乎為0。因此得出，冷凝液含堿量忽略不計，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

AⅡ投量300 m3/h，開1臺爐，電除塵運行穩(wěn)定，蒸汽消耗瞬時流量為40～45 t/h(取X1=42.5 t/h)，稱量電除塵器1 h除塵下來的細堿粉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。

由項目1計算該時段內(nèi)，生產(chǎn)純堿為320.61 t，計算回收當量為

3.4 對除塵器運行效率計算

爐氣中堿塵進入電除塵器，絕大多數(shù)堿塵在電場作用下吸附在陽極板上，通過電磁振打器振打下后經(jīng)過細粉鉸刀進成品，剩余少量的堿塵在洗滌冷凝塔中通過熱堿液的洗滌后完全進入熱堿液桶。由此計算電除塵器的運行效率為：

β1+β2=17.93+1.92=19.85 kg/t

該分析計算出電除塵器運行效率較好，分析結(jié)果與電除塵各項除塵指標一致，熱堿液Na2CO3濃度的變化情況能夠較準確反映出當前電除塵器的除塵效果。

3.5 除塵效率分析

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

4 分析除塵器效率及維護周期

為進一步研究電除塵器運行效率變化趨勢，分析電除塵器剛清理完、正常使用一段時間、長時間未清理三種狀態(tài)下的數(shù)據(jù)(如表2)進行討論，來驗證上述結(jié)論的準確性，同時并對除塵器維護周期進行探討。

4.1 剛清理之后的電除塵器效率

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

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

4.2 正常運行一段時間后的電除塵器效率

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

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

4.3 長期未清理時的電除塵器效率

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

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

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

5 結(jié) 論

本文對爐氣回收系統(tǒng)深入研究，找到了利用熱堿液濃度變化來分析電除塵器運行效率的計算方法。當進入熱堿液堿塵當量小于2 kg/t時，運行效率大于90%。該方法估算出該除塵器維護周期約為15天，可以保證較高運行效率。測定熱堿液中某一時段Na2CO3濃度的變化分析電除塵器的運行效率這一方法簡便、切實可行，用此數(shù)據(jù)能較好地把握電除塵器的運行和維護情況，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，對生產(chǎn)具有較強的理論意義和實踐價值。