饱和盐卤器的改进设计

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　　摘要：对饱和盐卤器物料溢流情况的进行分析，根据现场实际情况及生产需要对清液段的溢流口位置、溢流面积及布置形式进行了改造设计。
　　关键词：饱和盐卤器；溢流；位置；面积；设计
　　
　　饱和盐卤器是氨碱制碱工程中重要设备之一，通过它，可以制备出质量合格稳定地粗盐水，保证制碱工序中有达标的纯碱质量，所以它运行的好坏，将直接影响制碱产量和质量。
　　在某碱厂搬迁改造氨碱生产工程中，由于供生产使用的盐原料的质量达不到生产所需浓度要求，所以在系统中增设一台585m3饱和盐卤器，将不合格的盐原料进行再加工，以满足正常生产中对合格粗盐水的需求。
　　饱和盐卤器的结构是：最上端为大圆桶的清液溢流段，第二段是锥体的澄清段，第三段是小圆桶加锥体的混合稠厚段，底端为球形封头的沉降排污段，总高约为12000。在饱和盐卤器顶部相应部位分别设置盐浆入口及卤水入口的斜插管，且与中心桶相连，使盐浆与卤水在中心管内充分混合。清液段上设溢流口和溢流出口管，底部设排净口。
　　
　　1.概况
　　1.1结构形式
　　饱和盐卤器是一台常压设备，工作温度为400C，介质为：氯化钠溶液。器内由溢流段、澄清、混合稠厚段及放空排污段组成。它的形状是一种有利于混合澄清及排污的圆柱形、元台形、球缺形组成。
　　其中第一段为φ11000直桶型，第二段为φ11000／φ9000锥体型，第三段为φ9000直桶型，底部为锥体加球缺型。结构形式见图１。
　　1.2 工作原理
　　在饱和盐卤器顶部卤水及盐浆分别通过进料管进入到中心桶，混合后由中心桶底端扩散管到器体底部，在外动力的作用下，逐渐由沉降段到混合澄清段再到清液溢流段，一部分混合好的粗盐水（NaCl）由溢流口进入到下一工序，另一部分在轴流泵的作用下重新进入到中心桶内，与器体外不断进入卤水和盐浆重新混合，再进行下一次循环。
　　2 实际生产运行情况
　　建成后的饱和盐卤器第一阶段进行投料试运行，首先将进料口打开，其中低硝卤水量为100m3/h，循环固液比控制在2～5%，开启轴流泵，观察发现溢流不稳定且带盐粒，从进料开始5小时后出现器体振动较大，所带盐粒逐渐增多，再每隔两小时经取样测定溢流液NaCl含量见表1。
　　表1
　　测定时间 第一小时 第三小时 第五小时 第七小时
　　NaCl含量 306.4 g/l 307.1 g/l 308.79 g/l 310.25 g/l
　　
　　经测定，仅第七小时的指标达到要求，（指标要求为≥309 g/l），合格率为25%。
　　后进行第二阶段投料运行，当低硝卤水量调整到150m3/h，循环固液比不变，此间取样分析18次，其中两次为不合格分别为：308.79 g/l，308.71 g/l，合格率为88.9%。
　　当进行第三阶段投料运行，低硝卤水量调整到180～200m3/h，此间取样分析40次，其NaCl平均含量309.64 g/l，合格率为100%。虽然第三阶段投料运行所出产品合格率为100%，但仍存在一定的问题。
　　3. 存在问题
　　3.1 在生产运行过程中，发现轴流泵循环系统有间歇性异响，（时间间隔约4分钟），此时，液面有上升的现象，溢流量增加。
　　3.2 测得饱和盐卤器溢流液中NaCl含量达标的盐水中夹带固体盐量较多且溢流液不稳定，在溢流液平稳时夹带固体盐约1~3‰（固液比），在溢流液不平稳时每间隔（约2～3分钟）出现大量带盐（固液比约1～2%）的情况。
　　3.3 饱和盐卤器内部循环液的各部位的固液比分配不均匀。
　　4. 原因分析及解决方法
　　4.1 原因：由于轴流泵的流量较大（5000 m3/h），吸入口流量不足引起轴流泵气蚀造成间歇性振动和液面过快上升和间歇性异响。解决方法，首先增加吸入口距最高液面的距离，以增加吸入口的流量，满足轴流泵循环流量的需求。其次在吸入口处增加了防涡流板，最大限度保证了轴流泵的平稳运行。
　　4.2 溢流液大量带固体盐及固液比分配不均的原因：是由于桶壁上溢流口开设的面积满足不了溢流液的流通量的需要。因为饱和盐卤器的只在清液段开一个2400x100溢流口，在正常连续生产过程中，如果溢流时间较长，使得溢流口处流体上升速度过快，由于溢流面积小，溢流速度快，从而造成溢流液夹带固体盐类较多。溢流段的溢流口开设位置布置不均匀，也可使溢流口处的溢流液流速快，带固体盐多，而在远离溢流口的液面表观流速并不高且含固体盐也较少。解决方法，首先将原清液段的高度有1540mm增加到2040mm，以延长流体的上升时间，使得溢流液中没完全溶化和沉降的固体盐延长沉降的时间，减少溢流液中过多夹带固体盐量，保证产品质量，降低盐耗。其次在清液段的桶壁上，均匀增设三个溢流口（3-1000X100），使溢流口的溢流面积比原面积增加了1.25倍，
　　在保证溢流面积的同时，还能使溢流液更均匀平稳。为保证新增溢流液的输送在桶壁溢流口下方增加一圈溢流堰，溢流堰应保持一定的斜度，将溢流堰最低端与原溢流箱相连，保证每个溢流口所出的溢流液能顺利的通过溢流箱进入到相应的工艺管道中，供生产使用。溢流堰的布置详见图2。
　　
　　5.结语
　　改进后的饱和盐卤器已投产运行，经过一年左右时间的实际生产操作后，用户反馈认为本次对饱和盐卤器的改造，设计合理，经济实用，最终产品粗盐水的浓度及固、液比含量达到了100%合格率，其综合指标完全符合生产要求，达到了预期的效果。
　　
　　参考文献：
　　【1】NB/T 47003.1-2009 《钢制焊接常压容器》；
　　【2】GB 50231-2009 《机械设备安装工程施工及验收通用规范》。

　　1.前言
　　烷基铝残液中各相组分（三乙基铝、二乙基氢化铝、三氢化铝、铝粉、7#白油）活性很强，火灾危险类别为甲类。目前仍采用焚烧方法处理残液。残液焚烧处理由三个过程完成，液体雾化、燃烧、烟气净化处理。所以燃油烧嘴决定雾化质量、合理炉膛结构保证燃油充分燃烧、排烟温度直接影响后续除尘效果。某烯烃厂在线烷基铝残液焚烧炉油烧嘴易积炭、雾化质量不高，火焰较长炭黑多。炉膛内部结构布局不协调，排烟温度较高。烟气处理采用文氏除尘、阻力大，高压引风机带水现象严重，耗水量大，烟气净化不达标。为了解决这些问题对现有燃烧、除尘设备进行技术分析，对燃油烧嘴、炉膛结构、烟气处理系统制定如下设计方案。
　　2.焚烧炉技术改造
　　2.1油嘴的设计
　　油烧嘴对燃烧过程中起关键性作用的是烧嘴喷头的形状和尺寸，这些因素决定着烧嘴的能力，雾化质量和混合速度，从而决定着火焰的特性和燃烧质量。烷基铝在常温下（25℃），ρ密度0.832g/cm3,沸点194℃。
　　烷基铝低位发热量：Qarnet=46415.6+3167.7ρ-8790ρ2=42757kJ/l；燃油理论空气量： Vok=0.203Qarnet/1000+2=10.86m3/kg；小时实际空气量：V=n×BjVok=1.2×100×10.68=1281.6 m3/kg；单位时间设计燃油耗量： Bj=100L/h=0.0278l/s；液体燃料烟气排放量 Vy=0.27 Qarnet/1000+(a-1) Vok=16.88 m3/kg。
　　油烧嘴的能力计算: 重量流量 B=wρF（F油嘴截面积mm2） 选取速度W=0.2m/s时，F=0.785D2,B=0.0278l/s.则油嘴直径D=18.8（B/ρ）0.5=7.68mm,当w=0.5m/s时，D=4.85mm，过小不宜。由于采用机械油压雾化，油管直径取D=15mm,烧嘴直径d=(12～13)mm，燃油沿输油管进入油喷嘴油股流与高速旋转空气一起喷出，从而获得高速旋转的动力，因此油被喷出孔口时不但被雾化。而且具有一定雾化扩张角更有利于燃烧。烷基铝残液焚烧与烟气治理系统见图1
　　
　　图1 1-AlR3管路 2-氮气 3-油嘴 4-燃烧室 5-燃尽室 6-余热室 7-除尘器 8-烟囱 9-鼓风机 10-沉淀池 11-洗涤泵 12-引风机
　　 2.2 燃烧室结构的改造
　　为了达到充分燃烧，适度增大炉膛空间，增强高温气流燃烧空间，将炉内分为三部分，燃烧室 ：长3600×宽3000×高3000、烟尘沉降室：长3000× 宽740×高3000、余热室：长3000宽500高3000.达到消烟、降尘、降温的效果。有利于后续工况的展开。在燃烧室上方增设重力防爆门，防爆门直径Φ600，压力极限Pmax≤2000Pa。焚烧炉由高压鼓风机将空气通过炉膛预热风道使温度升至100℃左右，加热燃油，燃油在离心式雾化喷嘴作用下。具有很大旋转动能，当喷出喷孔时与高压风形成一定交角被进一步雾化，旋转燃烧使火焰变短。
　　2.3 高温烟气冷却降温
　　目前焚烧炉排烟温度在350℃左右，较高烟气温度对除尘效果有很大影响，并且对除尘设备要求耐热、粉尘黏度增加难以分离，采用尾部对流管组冷却的办法将排烟温度降至180℃左右，利用工业循环水（60m3/h）不需要格外增加动力，使水温由20℃升高至72℃度。低于标准汽化温度，吸热后的水又回到原水池。将炉内对流管束入口烟温由（550～600）℃降至180℃进入除尘系统，为进一步除尘创造有利的条件。
　　2.4 燃油炉尾部受热面的设计
　　 余热室入口烟气温度θ′=570℃，入口烟气焓：I′=5785.6+（а-1）5090.5=8839.96kJ/kg. ′а=1.6（空气消耗系数），余热出口出口烟气温度θ"=180℃，出口烟气焓 I"=1729.40+（а-1）1548.60=2658.56 kJ/kg
　　烟气侧放热量：Q=Φ×(I′-I"+ΔаI01k) 保热系数Φ=0.65；漏风系数Δа=0.1
　　 =0.65×（8839.96-2658.56+0.1×257）=4034.62 kJ/kg
　　冷却水平均温度（t1+t2）/2=46℃ 进口温度t1=20℃, 出口温度t2=72℃。（管内质量流量18.6kg/s ,由烟气侧放热量Q使水温升高52℃）。最大温压tmax=450-46=404℃；最小温压tmin=180-46=134℃；对数平均温压Δt=245.40℃；
　　平均烟温θpj=(450+180)=315；烟气流速w=BjVy(θpj+273)/F´×273×3600=3.3m/s, (F´-烟气流道截面=0.32m2)；冷却水循环量G=18.6（l/s）×3600=67m3/h
　　基准放热系数（查表得）a0= 50 w/m2℃；对流放热系数修正得 a=CsCxCwa0=1×1×0.9×50=45w/m2℃；传热系数k=Φa=0.65×45=29.25w/m2℃
　　传热量Qcr=kΔtF”/B×1000=29.25×245.40×15.37/0.0277×1000=3982.86kJ/kg
　　对流管束表面积F”=15.37m2；相对误差Δ=（4034.62-3982.86）/4034.62=0.012<±0.02,
　　尾部对流管束出口为开式不设任何阀门，所以相对压力（PV=0）为零。即对流管束不属压力容器。出口温度为72℃低于汽化温度，所以是安全的。
　　3.除尘系统
　　原系统采用文氏除尘法，由于文氏耗水量大、气液分离性能欠佳、压头损失大，造成引风机叶轮带水沾灰，空中出现落泥点现象，影响周围环境。采用本实用新型（HB-TL）多级涡旋分离除尘器，用于工业废气处理凸显传质一面、用于消烟除尘侧重分离、脱水性能。除尘器筒体、内部均采用304、316L材质，内部工艺结构流畅、不堵塞。
　　4.结论
　　由于采用机械油压雾化旋风烧嘴，将全部预热空气作为雾化剂经由烧嘴喷出强化燃烧 、获得合理扩张火焰，提高燃烧质量。鼓、引凤机转速、风压、风量均采用逻辑电路。便于控制风量调节油嘴温度防止积炭堵塞喷孔。在焚烧炉尾部增加对流管束受热面降低排烟温度，除尘器入口温度（157～181）℃，出口温度（60～70）℃，有利于烟气净化和气体回收，引风机功率由30kw降至15kw.
　　
　　
　　参考文献：
　　【1】郭伯伟，燃料及燃烧，东北大学，1987
　　【2】肖友瑟、奚士光 锅炉及锅炉房设备，中国建筑出版社，1995
　　

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