硫化碱

转炉除尘器简介

我国是世界硫化碱主要生产和消费国，2007年，我国硫化碱装置产能已达约100万吨，实际生产量约70万吨，我国硫化碱的主流生产方式为煤粉(碳)还原芒硝(硫酸钠)法，约占总产量的90%；煤粉还原芒硝法生产硫化碱的关键是高温煅烧反应。目前，我国煤粉还原芒硝法生产硫化碱的高温煅烧反应设备有两种炉型：连续生产的长转炉(Ф2~3×36~45m)和间隙生产的短转炉(Ф2.5~3×5~8m)；

一、煤粉还原芒硝法生产硫化碱高温煅烧操作机理

煤粉和芒硝混料在高温煅烧炉内达到芒硝熔点(884℃)前，由于煅烧炉内一氧化碳和其他还原性气体(如氢气等)的存在，还原反应已经开始(如：Na2SO4+4CO=Na2S+4CO2、Na2SO4+4H2=Na2S+4H2O、Na2SO4+CH4=Na2S+CO2+2H2O)，但在生产条件下，只有当芒硝熔化成液相、液相润湿煤粒表面之后，固体煤粒还原芒硝的过程才猛烈进行[1](主要按下式反应：Na2SO4+2C=Na2S+2CO2；Na2SO4+4C=Na2S

+4CO→Na2SO4+4CO=Na2S+4CO2)，形成Na2SO4—Na2S共融体(即固体的硫化钠溶解在液体硫酸钠中)，Na2SO4—Na2S体系熔融图[2]如下：

在煤粒还原芒硝的同时，伴随着一些副反应，生产实践证明，副反应主要是因氧气和水分造成，主要的只有如下几个：

2H2O = 2H2+O2(大于1000℃)‥‥‥‥‥‥‥‥(1)

2Na2S+3O2(氧气过量)= 2Na2O+ SO2 ‥‥‥‥‥(2)

2Na2S+1/2O2(氧气不足)= Na2O+ Na2S2 ‥‥‥‥(3)

Na2O+CO2 = Na2CO3‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(4)

Na2S+H2O+CO2 = Na2CO3+H2S(小于1000℃)‥(5)

Na2SO4+H2+3CO2 = Na2CO3+ 2CO2 + H2S ‥‥‥(6)

二、对长、短转炉在硫化碱生产中的优、劣势分析的理论基础

1、煤粉和芒硝混料在间隙运行的短转炉中的变化过程

短转炉，直径Ф2.5~3m，长5~8m，目前我国通用的短转炉规格为Ф3×6.5m，称之为标准转炉。短转炉的安装是平直的，炉料在炉腔中进行反应，加、出料间隙操作，炉料卸出后，用斗车送往远离转炉的热熔工序浸取炉料。

当煤粉和芒硝混料加入到间隙运行的短转炉内、封闭加料口后，用向炉内喷火加热炉料，当炉料温度升至芒硝熔点884℃时(A点)，芒硝开始液相化时(由于炉内有没放净的硫化钠和其他杂质，生产中芒硝实际熔点低于884℃[3])，固体煤开始猛烈还原芒硝生成硫化钠，随着硫化钠含量的增加，炉料状态沿A→E线变化，炉料熔点越来越低，炉料也越变越稀，当炉料熔体中Na2S含量达43%(Na2SO4：57%)(E点)时，炉料达到最低熔点665℃，随着反应时间的延长，炉料中硫化钠含量继续增加，炉料状态开始沿E→B线变化，炉料熔点开始升高，熔体中液相也越来越少；因为炉料煤粉都是过量加入，炉料也越变越稠。生产实际中，当炉料熔体中Na2S含量达80%左右，炉料的流动性就已经消失而粘附在炉壁上，继

续提高炉温，当炉内温度达到1180℃(B点，Na2S的熔点)并继续提高时，炉料中的Na2S 开始熔化，炉料的流动性又开始产生并从炉壁上下塌，此时，应立即出料，以防炉料烧老难于溶化和熔损转炉衬砖，此时炉料中的Na2SO4可以完全被还原[4]。出炉黑灰(粗碱)含Na2S 量为55~76%。

从上述过程我们可以看出，如果用恰当的方法控制转炉内副反应的产生，在煤粉还原芒硝法生产硫化碱中，用间隙运行的短转炉，可以获得很高的Na2SO4对Na2S的转化率。在实际生产中，短转炉采用降低新加炉料的含水量、前喷火口处设燃烧室并恰当控制燃烧室供风量、烘干喷粉煤并调节好喷煤粉系统的煤风比防止水分和过量的氧气进入炉内的方法，可有效地控制副反应的发生，如果控制得当，Na2SO4对Na2S的转化率可达95%以上(生产测试数据)，在不进行严格控制的情况下，该转化率也可达到85%。

短转炉烟气排放温度随加、卸料周期呈周期性变化。短转炉烟气排放温度和转炉工序设备配置、燃煤质量、操作方式关系很大，一般在650~900℃之间变化。对于90分钟出一炉料的转炉配置从加料到出料的一组烟气温度数据为：最高1058℃，最低836℃，平均984.37℃。用热空气喷煤粉时，得到过1260℃的烟气温度数据。

三、环境保护和清洁生产

a、环境保护

过去，一直把硫化碱产业称之为高污染产业，其主要原因是转炉煅烧反应高温烟气不经任何治理直排的遮天蔽日、滚滚浓烟而被冠之。关于对该废气的治理，国内走过了湿法(麻石水膜除尘)、干法(布袋除尘器)两个历程。因烟尘中含有大量的Na2SO4，使得用湿法除尘时，除尘水不能持久循环使用，因硫化碱工艺用水较少，工艺也消耗不了该水，只得外排造成二次污染，故一直没能推广开。目前干法布袋除尘器在短转炉生产硫化碱中投用成功后，迅速扩展至国内各硫化碱产区，其除尘效率可达50mg/m3，对于干法除尘来说，长、短转炉均易采用，但同等生产能力短转炉较长转炉投资需增加一倍。

关于脱硫，短转炉烟气不加任何脱硫工艺，其二氧化硫平均浓度为500~600mg/m3，也就是说，短转炉烟气仅通过干法布袋除尘器除尘后，烟气就可以达到GB9078-1996《工业炉窑大气污染物排放标准》中的二级标准限值(粉尘≤200mg/m3，二氧化硫≤850mg/m3)。而长转炉烟气，现虽没有像短转炉那样系统的监测数据，但从其产成品中碳酸钠含量可以得知长转炉烟气中二氧化硫含量非常高(因为一个分子的碳酸钠形成，就基本有一个分子的二氧化硫或硫化氢排出)，参照短转炉加料后升温时烟气中二氧化硫最高浓度3590mg/m3数值推测，长转炉烟气二氧化硫浓度应在1000~3000mg/m3之间，也就是说，长转炉烟气若要达标排放，必须除尘、脱硫两套工艺同时上，这样，不仅要增加投资，而且使系统操作复杂化，增大运行成本。如此看来，长转炉的烟气治理远不如短转炉烟气治理“省事”。

b、清洁生产