张彪

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

0 引言

重灰，又称重质纯碱、重质碱，化学成分为Na2CO3，是纯碱一种常见的产品类别，产品程白色颗粒状，堆积密度一般为0.85～1.2g/mL，因其堆积密度大于轻灰(又称轻质纯碱、轻质碱)而得名。

重灰有着扬尘小、不宜吸潮板结、化学性能稳定、装运成本低于轻灰等众多优点而被广泛应用于工业生产中，尤其是玻璃行业，使用重灰可有效延长玻璃窑炉的运行周期，稳定产品质量。在我国纯碱总产能中，重灰产品产能约占75%，远超轻灰投放市场总量。

在我国纯碱企业中，重灰的生产大多采用轻灰水合生产一水碳酸钠，再经煅烧脱水干燥工艺生产，根据轻灰的水合过程一水碳酸钠生成原理及工艺的不同分为液相水合法与固相水合法；根据一水碳酸钠煅烧脱水干燥设备选型不同分为回转式蒸汽煅烧炉工艺和流态化蒸汽煅烧炉工艺，因国内纯碱企业较多选用回转式蒸汽煅烧炉；又根据煅烧炉返碱形式不同分为外返碱蒸汽煅烧炉和内返碱式蒸汽煅烧炉。另外，国内外还有少量纯碱企业采用物理挤压法生产重灰。

理论上，109℃以上时，一水碳酸钠将开始逐渐脱水生成无水碳酸钠重灰，但根据生产经验，一水碳酸钠在煅烧炉内经蒸汽间壁式加热脱水，煅烧炉出碱温度在150℃以上时，才可以保证一水碳酸钠完全脱水生成含水率(含游离水和结合水)合格的重灰，当出碱温度高于190℃时，将会增加蒸汽煅烧炉的蒸汽消耗，造成能耗损失增大，故行业内一般将煅烧炉出碱温度控制在150～190℃。

1 重灰煅烧炉出低温碱影响因素分析

本文就行业通用的回转式蒸汽煅烧炉为例，分析探讨出低温碱的影响因素。

1.1 煅烧炉超负荷运行

煅烧炉进入一水碳酸钠实际作业量超出煅烧炉作业设计负荷，将导致煅烧炉内一水碳酸钠换热反应不充分，其原因为煅烧炉进炉蒸汽量提供的热负荷不足以加热干燥一水碳酸钠脱水所需热量，最终导致煅烧炉出碱温度低于预期值，使得出炉重灰夹带未完全脱水反应的一水碳酸钠，使产品质量下降。

1.2 煅烧炉进炉蒸汽压力、温度低

重灰回转式蒸汽煅烧炉为回转式蒸汽与一水碳酸钠间壁式换热式设备，其热负荷由进炉过热蒸汽提供。过热蒸汽在煅烧炉内发生相变冷凝为冷凝水，释放潜热通过加热管壁面传递给一水碳酸钠用于加热干燥一水碳酸钠发生脱水反应。煅烧炉进炉蒸汽低于设计压力比例较大值时，将会导致蒸汽释放潜热量不足以满足一水碳酸钠加热干燥所需热量，则会导致煅烧炉出低温不合格产品。

进炉蒸汽温度过低则会导致传热温差不足，使得换热效果降低，导致煅烧炉出低温碱。

1.3 炉内结疤严重

常见的重灰煅烧炉基本均为蒸汽与物料间壁式换热设备，通常情况下，为了增加传热面积、提高加热管外壁防结疤能力，一般将加热管设计为外环翅片式加热管，保证加热管壁面有效传热是保证重灰煅烧炉生产能力的基本条件。在生产实践过程中，我们偶尔会遇到作业负荷、进炉蒸汽温度压力、进料指标均处于正常状态，但煅烧炉出碱温度较差，且呈现不稳定、不规律的波动，此时我们要考虑检查炉内，判定加热管是否结疤。

一般情况下，加热管结疤的主要原因有以下几个方面：

(1)加热管泄漏。造成管内蒸汽(冷凝水)传入加热管外侧，与炉内存灰混合，导致加热管局部结疤，此种情况不易发现，局部结疤对煅烧炉换热能力影响相对较弱，但在煅烧炉出碱中常见因受力而脱落的疤块，或将影响产品质量，也应引起重视。

(2)进料一水碳酸钠水分过大。一水碳酸钠水分过大时，或与炉头返碱混合不充分进入煅烧炉加热段后，容易导致煅烧炉加热段加热管壁结疤，此种情况较为严重，常见的现象是造成煅烧炉换热效率严重下降，使得煅烧炉出碱温度持续偏低。

(3)煅烧炉炉气出气系统不畅。一水碳酸钠在煅烧炉内与管内蒸汽换热后，形成含碱尘高温湿空气(即炉气)由引风机排至洗涤塔处理。当炉气排气系统不畅时，容易导致湿空气在煅烧炉头集聚，遇低温或出气系统壁面后凝结回落，易导致煅烧炉内炉头段发生粘炉现象，导致煅烧炉换热效率降低，从而影响煅烧炉出碱温度波动。

1.4 返碱量不足

煅烧炉设计时，考虑一水碳酸钠易结疤，故在煅烧炉设计增加返碱(煅烧分自身返碱与外返碱两种形式)，即将炉尾高温出料返回至炉头，用于与一水碳酸钠混合，形成湿度低、易分散的混合料，再进入煅烧炉内进行干燥脱水。若因煅烧炉内存灰量低、返碱管不畅通(自身返碱煅烧炉)、返碱控制阀失灵、返碱管堵、外返碱设备故障等原因，造成煅烧炉返碱量不足后，很容易导致煅烧炉处于低返碱状态，从而引起炉处理能力下降，致使出碱温度降低。

2 解决措施分析

结合上述原因分析，结合笔者在生产实践中的相关经验，对重灰煅烧炉出碱温度低的现象，提出如下解决措施。

2.1 合理控制煅烧炉作业负荷

维持煅烧炉正常作业负荷是保证煅烧炉稳定、正常运行的基础。根据煅烧炉设计负荷量进行煅烧炉的操作控制，是维持煅烧炉各项性能指标有效可控，保证煅烧炉安全运行的前提。各生产单位要引导操作人员严格执行操作规程，不超量、不超负荷的控制煅烧炉生产作业量。

2.2 稳定控制煅烧炉进汽指标

蒸汽煅烧炉进汽指标是保证煅烧炉换热能力，维持相对恒定热负荷和传热推动力的基础条件。因此，密切关注煅烧炉进汽指标也是保障煅烧炉平稳运行的必备条件，一般建议有条件的生产企业可以考虑应用先控技术，对于稳定生产、降低消耗有着一定的意义。

2.3 善于控制煅烧炉技术指标，稳定运行

回转式蒸汽煅烧炉属于动态非均一稳定的汽-固换热设备，煅烧炉内的存灰会随着煅烧炉的旋转而不停的翻动，加热管内的蒸汽随着换热过程的进行及煅烧炉的旋转，由炉尾进汽-疏水旋转接头自动的控制加热管的进汽与疏水交替进行，由文中分析煅烧炉稳定运行的影响因素也较为复杂，所以培养合格司炉人员，善于操作控制进炉、出炉各物料的参数是稳定煅烧炉，避免低温碱出现的又一关键因素。

2.4 维持合理返碱量

返碱量对于煅烧炉操作有着十分重要的作用，返碱与炉头进一水合碳酸钠混合过程既可保证物料进入煅烧脱水区的状态，又对煅烧炉的寿命有着重要影响，尤其是对于自身返碱煅烧炉，返碱有炉头外壁返回炉头过程又可减少炉体与外环境的散热，对稳定煅烧炉稳定运行发挥着重要作用。

3 结语

通过试产实践，对回转式蒸汽煅烧炉出低温碱的影响因素及处置措施进行了逐一分析，希望能够对纯碱化工生产起到积极引导作用。