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(连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042)

在纯碱生产中，不论是联碱法还是氨碱法，包括天然碱的生产工序中，湿重碱生产出轻质纯碱(Na2CO3，俗称轻灰)在脱水、煅烧工序时采用设备和工艺上几乎相同，主要是通过不同的设备和方法将湿重碱中的水分去除，通过加热生产出符合要求的轻灰，这个工序一般称为煅烧工序，由于该工序采用的设备多为转动设备，特别是核心设备煅烧炉在几十年的发展过程中，几乎没有太多的改进，成为制约纯碱产能提升的主要瓶颈，很多碱厂都是以煅烧工序的设备生产能力来排定产量计划，一旦煅烧工序的设备出现状况，往往影响的是整个生产系统。所以，深入研究煅烧工序的设备，特别是湿重碱脱水、煅烧的主要设备，对于纯碱行业的未来发展有着非常重要的意义。

1 脱水过程中物料的主要特性

本文主要以氨碱法的工艺进行讨论，从碳化工序产生的悬浮粗碳酸氢钠(俗称重碱)进行与母液分离开始，在目前国内各纯碱生产企业，不论采用转鼓式真空过滤机还是水平带式真空滤碱机，均为物理过程，利用真空抽走母液中的水分，将湿重碱留在滤布上。此时湿重碱的主要成分为NaHCO3，转鼓式真空过滤机过滤后的湿重碱含水率在17%～20%之间，带式滤碱机过滤后的湿重碱含水率在12%～16%之间。采用转鼓式真空过滤机的工序中，有的采用离心机进行二次脱水，此过程也是物理过程，经过离心机的二次脱水后，水分一般可以降低4%左右。

湿重碱进入煅烧炉后，经过蒸汽的间接加热，湿重碱发生了化学反应，煅烧炉出来后的固体物料主要成分为Na2CO3，温度为160～210 ℃，进行凉碱冷却后，即可用于成品包装。

2 各种设备的特点

通过以上湿重碱NaHCO3转变为轻灰Na2CO3的过程可以看出，几种最重要的设备分别为：母液过滤设备(转鼓式真空滤碱机或者带式滤碱机)、二次脱水离心机、蒸汽煅烧炉、凉碱机以及附属设备。下面结合国内常用的几种设备的特点进行分析。

2.1 转鼓式真空过滤机

主要是通过真空的作用，在滤布上滤出悬浮液中的重碱，同时通过洗水功能洗掉滤饼中的母液，特点是运行平稳，可以实现连续作业，效率高，滤饼中的水分和机器的工况与碳化结晶的效果有直接的关系，一般控制在17%～20%之间。目前国内技术主要采用原化工部第八设计院设计的真空过滤机，主要由滤鼓、错气盘、碱液槽、压辊、刮刀、洗水槽、传动装置、搅拌装置等组成。

由于转鼓式过滤机去除水分主要依靠真空和滤布，湿重碱在转鼓的滤布上停留时间较短，对于湿重碱中水分的去除存在一定的局限性。特别在气温较高的夏季和碳化结晶变化时，有时产生的湿重碱水分较大，如果直接进行煅烧炉的操作，必将影响煅烧炉的稳定运行。

2.2 重碱离心机

该机器正是针对转鼓式过滤机生产的湿重碱水分大的问题而投入使用的，特别近二十年内，国内几家大型纯碱企业纷纷引入了各类离心机，应用于转鼓式真空过滤机和煅烧炉之间，进行湿重碱的二次脱水，一般可以有效的降低湿重碱中的水分4%～5%左右。核心部件为脱水部分和液压部分，这两个部分的备件经过了多次使用改造，目前已经基本满足国内纯碱生产的要求，单台二级推料离心机产能在35 t/h以上。同时国内各离心机制造厂家在吸取进口机型技术的基础上，针对纯碱生产的特性，已经开始研发并生产出适合湿重碱二次脱水的机型。

2.3 带式滤碱机

近十年国内新建纯碱生产企业采用的新式脱水装置，它替代了转鼓式真空过滤机和重碱离心机，工作时直接将母液中的湿重碱滤出，并在运输过程中，不断的将滤饼中的水分抽出，最终可以达到12%～16%的水分。它是目前比较先进高效的过滤设备，国内前期建设的纯碱生产企业也正在进行技术改造来实现带滤机在生产中的使用。主要技术和装备从国外引进，费用较高，目前已经实现了成套设备的国产化。

2.4 蒸汽煅烧炉

蒸汽煅烧炉是各纯碱企业湿重碱煅烧过程中最为核心的装置，已经在国内各碱厂使用了几十年，虽然期间有各种改造，但是主要的结构和工作原理没有多少变化，目前最常用的是自身返碱和外部返碱两种模式，自身返碱的煅烧炉直径一般在φ3200以内，外部返碱的煅烧炉直径一般为φ3600左右。这两种炉型在操作中各有其特长，外部返碱煅烧炉的返碱用独立设备输送，不占用煅烧炉的驱动能力，同时有强制混合设备，因此，生产中混合碱混合充分，有利于换热，产能大，目前单台炉已经突破1 000 t/d；但运碱系统和混合系统复杂，检修工作量大。自身返碱蒸汽煅烧炉是将煅烧、返碱输送、混合在煅烧炉自身的不同部位完成，结构简单，但是返碱所需要能力来自于煅烧炉主电机的驱动输出，所以，一般产能在800 t/d以下。

2.5 粉体流凉碱炉

这是一种新型凉碱设备，最早是加拿大Solex公司有效地将固体颗粒密相输送原理与板式传热板技术创新的结合在一起，使粉体流换热器能有效的冷却物料，是低能耗，低成本，操作环境较好的一种工艺，在当今世界属于领先技术工艺。这种创新性的技术结合了密相输送原理及传统的板式换热器设计思想。固体流板式换热器凉碱技术将节约占地空间、降低粉尘排放、降低动力消耗；无需配备风机及除尘过滤设备，符合清洁生产的要求，符合国家节能减排的要求。

3 目前国内常用的过滤和煅烧模式

3.1 转鼓式过滤机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)

上世纪初中期国内建设纯碱生产企业借鉴的是国外技术，采用转鼓式真空过滤机进行母液分离，输送至蒸汽煅烧炉进行加热反应，最后用立式搅拌凉碱炉进行冷却，轻灰的总体产能不高，一般在60万t/a以内。

3.2 滤碱机+离心机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)

这是目前国内主要大型纯碱厂采用的最为普遍的模式。上世纪80年代国内组建的三大碱厂建厂初期工艺中没有离心机装置，后来通过技术改造，均增加了离心机进行湿重碱的二次脱水，以提升产品的质量和产量，同时起到了降低汽耗的作用。这种模式与第一种模式相比较，在一段时间发展历史中，将纯碱生产企业的产量由原设计的60万t/a提升至100万t/a以上。国内纯碱企业在二次脱水装置上先后引进国外SIEBTECHNIK GmbH、Krauss-Maffei等公司的二级推料离心机，通过近二十年的使用和改造，越来越适应目前较高产能的要求。在凉碱工序上，除了传统的立式搅拌凉碱炉以外，还大量使用桨片式水平凉碱机，同时粉体流轻灰凉碱炉在个别厂家也开始使用。

3.3 带式滤碱机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)

这种模式最大的特点就是引入了带式滤碱机。带式滤碱机在国内纯碱企业中应用开始于21世纪初。其中大化碱厂和天津碱厂在新建首次引进了意大利的真空带式滤碱机,并于2009年10月和2010年试车成功,这是在进口带式滤碱机在国内纯碱行业使用的开始，后期建设的江苏井神盐化淮安碱厂也是引进了法国RPA公司生产的真空带式滤碱机。它在脱水、降盐分、消耗等方面与转鼓式滤碱机和离心机相比，都有更加突出的优势。

4 未来可能出现的模式和设备

纵观轻灰生产，核心处理过程主要集中在湿重碱水分的分离(物理反应)和煅烧(主要是化学反应)，各种模式的探讨和围绕纯碱生产研发的设备不断涌现出来。目前国内在轻灰生产脱水过程中使用的各种设备，基本都是在引进国外先进装备基础上研发或者演变而来，随着国内设备制造研发技术的飞速发展，未来的纯碱生产中，一些纯碱设备的制造厂商和纯碱企业提出了部分有可能出现的模式和设备，仅供参考。

4.1 新模式的投用

新模式：带式滤碱机+离心机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)

从工作原理分析，带式滤碱机其实就是放大加长的转鼓过滤机，只是过滤面积和洗盐过程加大加长而已。带式滤碱机和重碱离心机的脱水比较：如果纯粹考虑降盐分，效果比离心机要好很多；因为洗盐过程时间长，次数多。但是，如果就剩余水分来说,则离心机比带式滤碱机要好，离心机通过机械运动产生的离心力进行脱水，最好的状态将水分降到11%～13%之间(还要根据碳化结晶颗粒的状况判定)；而带式滤机通过真空过滤，受各种因素的制约，最后的水分通常在12%～16%之间，如果颗粒好，也许可以达到13%以下；所以和离心机相比，还可以降低2%～5%的水分进煅烧炉，降低蒸汽的消耗。所以，用带滤机取代转鼓式滤碱机和离心机，有可能不是最理想的模式，最佳结合有可能是带式滤碱机+离心机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)的组合，既可以降盐分又可以降水分。

现在很多碱厂的产量动辄百万吨以上，吨碱蒸汽的消耗成本非常高；以前大型二次脱水离心机国内生产不成熟，使用效果不好，导致碱厂对国产大型二次脱水离心机存在一定的看法或顾虑，所以在计算投资成本时，通常按进口德国离心机计算成本，导致投资成本较高。目前国内技术已经完全可以替代进口离心机，并在产量、水分的指标上超过进口离心机，运行平稳可靠，投资成本大大降低。所以说，带式滤碱机+离心机+煅烧炉+凉碱炉(凉碱机)有可能是下一步国内碱厂纯碱生产的最佳组合和选择。

4.2 处理液态物料或高转速离心机研发使用

离心机在国内的使用也是从国外引进的技术上发展起来的，目前使用最多的是两级推料离心机，直径多为1 m左右，转速1 000 r/min，处理能力为35 t/h，基本应用在转鼓式真空滤碱机的后面，起到二次脱水作用，用来处理固态物料。在小苏打生产工序和重灰生产工序使用推料离心机进行液态物料处理，但是在轻灰工序上目前几乎没有尝试。离心机在液态物料脱水中也有着很好的效果，因为离心机在运行中存在三维运动，导致振动不可避免，所以技术水平的限制，目前国内离心机发展还有很大的局限性和空间。

一些致力于离心机制造的企业越来越多的实现了自主研发、生产的能力，特别部分针对纯碱生产的离心机厂家也在不断涌现，通过多年积累，提出了用于处理液态物料的高转速离心机生产的设想：①将含有湿重碱的悬浮液直接进入离心机处理，替代各类滤碱机，有利于效率的提高；②研发制造多级离心机，多年前国外已经研发出四级、六级离心机，通过级数的增加，有利于滤饼的推动和延长滤饼的停留时间，达到有效的降低水分的目的；③加大篮筐的直径，提高工作能力；④提高转速，离心效果与转速有着直接的关系，只有提高转速，才能生产符合要求的离心机；⑤改进技术，逐步降低离心机不可避免的三维运动所带来的不利振动。

4.3 蒸汽煅烧炉的替代物

蒸汽煅烧炉是在淘汰沸腾煅烧炉的基础上研发的，在目前国内的纯碱生产企业中有着不可替代的地位，这种设备也是在上世纪70年代引进德国和日本等国家的技术，几十年发展过程中，在湿重碱生产轻灰的过程中，该设备并没有实质性的变化。随着自动化程度不断提高和节能环保的要求不断提高，这种装置存在越来越多不适用现代化企业发展的要求：①一般要求配套相应的蒸汽锅炉系统，提供源源不断的蒸汽；②热利用率低，煅烧炉出来的蒸汽回水很多直接通过管网回到锅炉系统；③返碱装置附属设备多，能耗高，故障率高；④现场跑冒滴漏严重，炉头密封困难，现场管理困难；⑤煅烧炉能力有限，单台炉产量一般都在1 000 t/d以内。

随着科学技术的发展，新式的加热装置也在不断更新，煅烧炉制造的龙头企业提出了借鉴微波和光波加热原理，类似于微波炉，通过静态加热方式，完成对湿重碱水分的降低。目前这种煅烧炉的替代物还存在于试验室研究阶段，工业化生产还要经过多次的使用论证，就如同目前粉体流凉碱炉和带式滤碱机一样，一旦技术成熟，将很快占领市场。

4.4 设计出可以将水分降低至8%的离心机或其它设备

在目前国内各纯碱生产企业中，不论进入蒸汽煅烧炉之前的湿重碱怎么处理，水分都没有低于10%以内的，蒸汽煅烧炉在处理物料过程中要求水分控制在8%以内，这就要求程序中增加返碱装置。当湿重碱的水分在14%左右的时候，一般要加入湿重碱的2～2.5倍的成品碱进行混合，以达到降低水分的目的，否则容易导致传统的“粘炉”故障。现在国内纯碱设备制造厂家开始在如何尽可能的降低进入煅烧炉的水分方面下功夫，通过发明或者改进目前的设备，逐步向这个方面靠近。

4.5 轻灰凉碱设备的研发使用

粉体流凉碱机是近一段时间研发生产的比较高效、节能、环保的凉碱设备，特别在重灰凉碱系统中，目前已经使用非常成熟，但是在轻灰凉碱系统使用不是太理想。主要是因为轻灰的流动性差、物料堆积角小、容易结疤、碱尘大等问题在轻灰粉体流凉碱机上没有得到很好的解决，随着粉体流使用经验的积累和新材料的出现，轻灰凉碱系统传统的立式搅耙凉碱炉和桨片式凉碱机必将退出历史的舞台。

5 结 语

我国的纯碱生产在世界范围内都起到重要的作用，经过上百年的发展，不论在纯碱生产的设备制造研发方面，还是在生产操作控制方面，都积累大量宝贵的经验，并且已经实现了装备和技术对国外输送的趋势。任何纯碱生产过程中不论是生产模式的改变还是新式设备的投用，都需要一代又一代人的不懈努力和追求，这样才能更加有力的将国内纯碱企业推上更大的世界舞台。

[1] 陈学勤.氨碱法纯碱工艺[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1989

[2] 大连化工研究设计院.纯碱工学[M].北京：化学工业出版社，1990