趙 寧

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司,青海 格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司(以下簡稱“公司”),擁有500萬t/a氯化鉀生產(chǎn)能力,公司掌握鹽湖鹵水提鉀全套生產(chǎn)技術(shù),包括“反浮選—冷結(jié)晶”、“冷結(jié)晶—正浮選”、“熱溶—真空結(jié)晶”、“兌鹵—冷結(jié)晶”,實(shí)現(xiàn)了鹽湖鉀資源分類利用和氯化鉀多元化產(chǎn)品生產(chǎn)。在氯化鉀生產(chǎn)過程中,干燥工序是保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制氯化鉀生產(chǎn)能耗、實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)的關(guān)鍵工序,干燥尾氣的除塵及利用是干燥工序提升經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能、環(huán)保的重點(diǎn)控制環(huán)節(jié)。隨著市場對氯化鉀產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高,國家對“節(jié)能降耗”、“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”政策要求的逐步加強(qiáng),公司提升氯化鉀市場競爭力的要求,為此要對氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)進(jìn)行研究探索。

1 氯化鉀干燥及尾氣產(chǎn)生原理

1.1 氯化鉀干燥原理

干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶劑,就化學(xué)工業(yè)而言目的在于使物料便于包裝、運(yùn)輸、貯藏、加工和使用。氯化鉀干燥是將加工工序生產(chǎn)的濕精鉀(水分含量7%～9%)通過干燥處理,使成品氯化鉀水分含量將至1%以下,滿足氯化鉀產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

干燥是傳熱傳質(zhì)同時(shí)伴隨發(fā)生的除濕過程,干燥所需的熱量是由干燥介質(zhì)通過對流、傳導(dǎo)、熱輻射及介電的方式傳給被干燥物料的,使物料中的水分獲得熱量后變成蒸汽從其中分離出來,最后得到含量較低的且達(dá)到某一規(guī)定要求的干燥產(chǎn)品。氯化鉀因其物料特性,干燥主要采用直接加熱式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī),回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)是一種處理大量物料干燥的干燥器,具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動可靠、操作彈性大、適應(yīng)性強(qiáng)、處理能力大等特點(diǎn)。其工作原理為濕精鉀由皮帶輸送機(jī)通過卸料裝置加入干燥機(jī)進(jìn)料口,干燥機(jī)主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體,濕精鉀進(jìn)入圓筒內(nèi)部時(shí),與通過筒內(nèi)的熱載體(煙道氣)成順流接觸并與加熱壁面進(jìn)行有效接觸而被干燥,干燥后產(chǎn)品從另一端下部出料。在干燥過程中,物料借助于圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動,在重力作用下從高的一端向較低一端移動。筒體內(nèi)壁上裝有順向揚(yáng)料板,不斷把物料抄起又灑下,使物料的熱接觸面大大增強(qiáng),提高了干燥速率并促使物料向前移動。由于濕氯化鉀物料具有粘結(jié)性,轉(zhuǎn)筒前段揚(yáng)料板加掛碳鋼鏈條,防止?jié)裎锪险辰Y(jié)。

1.2 氯化鉀干燥尾氣產(chǎn)生原理

氯化鉀干燥熱載體(煙道氣)由直接加熱式燃?xì)鉄犸L(fēng)爐提供,熱風(fēng)爐主要由燃燒器、熱風(fēng)爐主體、鼓風(fēng)機(jī)、電氣控制柜組成,熱風(fēng)爐主體分為燃燒室和混合室兩部分,燃燒室是燃?xì)膺M(jìn)行充分燃燒的空間,天然氣和助燃空氣混合燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c外界鼓風(fēng)機(jī)(調(diào)溫風(fēng)機(jī))送入的冷空氣在燃燒室出口(混合室入口)處旋轉(zhuǎn)混合進(jìn)入混合室,達(dá)到設(shè)定的溫度后,進(jìn)入干燥機(jī)。燃燒器可根據(jù)設(shè)定的溫度參數(shù)自動比例調(diào)節(jié)燃?xì)饬亢椭硷L(fēng)量,將煙道氣溫度控制在設(shè)定的溫度值。為保證濕氯化鉀物料高效脫水,氯化鉀烘干煙道氣溫度控制在700 ℃左右,通過后端引風(fēng)機(jī)做功將高溫?zé)煔庖敫稍餀C(jī)內(nèi)部,與干燥機(jī)內(nèi)物料完成接觸換熱,干燥過程產(chǎn)生的粉塵和物料水分氣化產(chǎn)生的水汽隨干燥換熱后的尾氣(120 ℃～150 ℃)由引風(fēng)機(jī)引入除塵器凈化后排空。進(jìn)入除塵器的尾氣還包括干燥機(jī)進(jìn)料口和出料口漏入的空氣。

2 氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)現(xiàn)狀及分析

2.1 現(xiàn)有氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)原理

目前氯化鉀干燥尾氣除塵主要采用一級旋風(fēng)除塵+二級脈沖式布袋除塵。干燥含塵尾氣首先進(jìn)入旋風(fēng)除塵器,由于除塵器的特殊結(jié)構(gòu)會變成旋轉(zhuǎn)氣流并產(chǎn)生離心力,從而將粉塵顆粒從氣體中分離出來,旋風(fēng)除塵器僅可分離較大粒徑物質(zhì),除塵效率85%左右。經(jīng)過一級旋風(fēng)除塵的尾氣粉塵量減少,進(jìn)入二級脈沖式布袋除塵器,含塵氣體進(jìn)入布袋除塵器經(jīng)過灰斗時(shí),氣體中部分較大顆粒粉塵受慣性力和重力作用被分離出來,直接落入灰斗底部,含塵氣體通過灰斗后進(jìn)入中箱體的濾袋過濾區(qū),氣體穿過濾袋,粉塵被阻留在濾袋外表面,凈化后的氣體經(jīng)濾袋口進(jìn)入上箱體后,再由出風(fēng)口排出。濾袋外表面的粉塵層不斷積厚,除塵設(shè)備的阻力不斷上升,當(dāng)設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí),清灰裝置開始進(jìn)行清灰,電磁脈沖閥開啟,誘導(dǎo)數(shù)倍的二次空氣高速射入濾袋,使濾袋急劇鼓脹,依靠沖擊振動和反向氣流而清灰,附著在濾袋外表面上的粉塵被剝離落入灰斗中。布袋除塵器正常運(yùn)行時(shí),除塵效率可達(dá)99%以上,除塵器出口氣體含塵濃度降至30 mg/m3之內(nèi)。

2.2 現(xiàn)有除塵技術(shù)問題分析

氯化鉀干燥尾氣除塵采用一級旋風(fēng)除塵+二級脈沖式布袋除塵,在冬季運(yùn)行時(shí)布袋除塵器濾袋物料粘結(jié),倉壁腐蝕、花板積灰嚴(yán)重,無法使用,分析其原因主要有以下幾點(diǎn):

(1)冬季氣溫低,干燥尾氣經(jīng)過一級旋風(fēng)除塵后溫度下降嚴(yán)重,尾氣溫度降至露點(diǎn),進(jìn)入布袋除塵器后在箱體內(nèi)結(jié)露。

(2)脈沖布袋除塵器脈沖風(fēng)源為外界空氣,冬季氣溫低,用壓縮空氣噴吹引起混合氣體溫度低,造成布袋結(jié)露物料粘結(jié)。

(3)氯化鉀物料本身具有吸濕性,當(dāng)相對濕度在80%以上時(shí),有輕微吸濕,相對濕度增加到90%以上,便會嚴(yán)重吸濕并開始潮解結(jié)塊,加之含有氯化鎂雜質(zhì),氯化鎂具有較強(qiáng)吸水性,而且干產(chǎn)品會產(chǎn)生吸潮現(xiàn)象,布袋除塵器倉室內(nèi)溫度低于120 ℃后,已干燥的氯化鎂雜質(zhì)吸潮,富集粘結(jié)在濾袋表面,無法清除。

(4)干燥尾氣溫度、濕度波動較大,布袋除塵器整體的保溫性、密封性無法保證布袋除塵器正常運(yùn)行。

3 氯化鉀干燥尾氣除塵新技術(shù)應(yīng)用

3.1 氯化鉀干燥尾氣除塵新技術(shù)原理

新型氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)采用一級機(jī)械振動+反吹風(fēng)袋式除塵器,除塵器采用模塊化設(shè)計(jì),模塊化袋式除塵系統(tǒng)將單個(gè)袋式除塵設(shè)計(jì)成獨(dú)立過濾單元,整體系統(tǒng)由獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)組成。干燥含塵尾氣通過進(jìn)口總管、過濾室導(dǎo)流管分配至各除塵過濾室,并通過花板分布后進(jìn)入到濾袋內(nèi),大顆粒粉塵隨氣流達(dá)到整個(gè)過濾室后直接落入灰斗,其余粉塵在導(dǎo)流系統(tǒng)的引導(dǎo)下,隨氣流進(jìn)入中箱體濾袋內(nèi)的過濾區(qū),通過過濾介質(zhì)的截流作用,含塵煙氣中的粉塵截留在濾袋內(nèi)表面,過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體凈氣室至排風(fēng)管排出。隨著過濾過程的進(jìn)行,粉塵沉積在濾袋的內(nèi)表面,濾袋內(nèi)外的壓差會逐漸上升,當(dāng)濾袋內(nèi)表面積灰達(dá)到一定量時(shí),為避免系統(tǒng)阻力過大,需要進(jìn)行清灰操作。清灰采用機(jī)械振打+反吹風(fēng)清灰的方式,由清灰控制裝置按設(shè)定程序打開反吹風(fēng)并利用凈化后的潔凈風(fēng)進(jìn)行反吹清灰,加之機(jī)械振打保證濾布再生效果。清灰機(jī)構(gòu)由反吹風(fēng)機(jī)和電動開斷閥組成。清灰時(shí),電動閥接受電控系統(tǒng)信號動作并打開,來自反吹風(fēng)機(jī)的反吹風(fēng)進(jìn)入箱體,壓縮濾袋外側(cè),引發(fā)濾袋全面抖動,使濾袋從膨脹狀態(tài)轉(zhuǎn)向吸癟狀態(tài),從而清除附著在濾袋內(nèi)表面的粉塵,達(dá)到清灰的目的。

3.2 新型氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)優(yōu)勢

(1)取消原有的一級旋風(fēng)除塵器,干燥尾氣通過尾風(fēng)罩直接進(jìn)入除塵器內(nèi)部,保證了除塵器內(nèi)部溫度,防止尾氣溫度降低產(chǎn)生的結(jié)露現(xiàn)象。

(2)采用內(nèi)濾式布袋除塵器,布袋再生風(fēng)源無需高壓氣體,采用了同溫的潔凈尾氣進(jìn)行再生,避免了倉內(nèi)結(jié)露。

(3)模塊化袋式除塵器每個(gè)倉室都完全獨(dú)立,一個(gè)倉室損壞不會影響其他倉室使用,并且可單模塊更換,不會造成整體設(shè)備報(bào)廢。

(4)因氯化鉀物料的吸潮特性,設(shè)計(jì)逆氣流清灰基礎(chǔ)上增加了機(jī)械周期振動,形成了混合清灰方式,保證了濾布再生效果。

(5)除塵器進(jìn)風(fēng)管采用均壓風(fēng)道設(shè)計(jì),進(jìn)入各個(gè)倉室風(fēng)量均勻,保證每個(gè)倉室同負(fù)荷運(yùn)行,提高除塵效率。

(6)除塵器整體、風(fēng)管、閥門、法蘭等均保溫處理,在保溫設(shè)計(jì)中有冷橋隔斷措施,保證除塵器在干燥尾氣溫度、濕度波動時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 氯化鉀干燥尾氣除塵技術(shù)總結(jié)及思考

氯化鉀新型反吹風(fēng)布袋除塵技術(shù),根據(jù)氯化鉀物料特性進(jìn)行除塵器設(shè)計(jì),利用干燥尾氣直接進(jìn)入除塵器,保證了除塵器運(yùn)行溫度,消除了冬季運(yùn)行結(jié)露現(xiàn)象,通過凈化后的高溫尾氣反吹清灰,解決了脈沖清灰布袋結(jié)露粘結(jié)的問題,實(shí)現(xiàn)了氯化鉀干燥尾氣高效穩(wěn)定除塵工藝模式。處理后的尾氣粉塵含量降至30 mg/m3以下,降低了粉塵對環(huán)境污染的同時(shí)提高了氯化鉀生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)了氯化鉀綠色環(huán)保生產(chǎn)。

雖然新型反吹風(fēng)布袋除塵技術(shù)解決了布袋除塵器冬季結(jié)露無法使用的問題,但還需對以下干燥除塵系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化方向進(jìn)行研究探索。

(1)新型反吹風(fēng)式布袋除塵器運(yùn)行狀態(tài)和性能進(jìn)行評價(jià)分析,系統(tǒng)探索氯化鉀尾氣布袋除塵器工藝控制參數(shù),對布袋除塵器關(guān)鍵部件、控制裝置進(jìn)行研究優(yōu)化。

(2)氯化鉀尾氣干燥布袋除塵工藝流程優(yōu)化研究及干燥窯與布袋除塵器優(yōu)化配置研究,形成氯化鉀尾氣干燥除塵系統(tǒng)優(yōu)化配置。

(3)氯化鉀干燥尾氣余熱回收研究,建立余熱回收模型,形成氯化鉀尾氣余熱回收應(yīng)用方案,采用余熱回收工藝,達(dá)到節(jié)能減排的目的。

(4)干燥、除塵、余熱回收等氯化鉀干燥全流程工藝控制模型研究,實(shí)現(xiàn)氯化鉀干燥工藝智能化控制,減少人為因素對工藝控制的影響,提高設(shè)備利用率,降低生產(chǎn)成本。

(5)干燥除塵裝備智能化應(yīng)用及可視化應(yīng)用研究,為氯化鉀干燥工藝智能化控制提供數(shù)據(jù)支撐和多效控制手段。