20万吨氯化钾装置旋流器技术改造

摘要：文章对目前氯化钾生产装置中低钠光卤石矿浆中的钙、镁含量偏高的攻关课题，进行增设旋流器的技术改造，对项目实施进行技术分析，提出技术改造方案。现场施工验收后合格，经济效益明显。

关键词：旋流器；增稠；浓缩机；过滤机

中图分类号：TQ132

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）22-0026-02钾肥生产中，低钠光卤石矿浆中的钙、镁含量偏高，是影响钾肥品质的一个重要因素，如果能在脱卤系统中，提前大幅度地降低矿浆中的钙、镁及盐泥，不仅会给后系统生产提供更优质的滤饼，而且能够进一步降低滤饼的水分，从而提高产能，优化钾肥生产工艺。针对20万吨氯化钾装置设备陈旧老化、生产运行中存在浓密机沉降不均匀、底流浓度稳定性差、上矿不均匀、滤饼水分高等问题，对后系统加工车间正常稳定生产造成较大影响，公司对20万吨脱卤车间旋流浓缩脱钙技术储备项目——增稠、除钙、降水分进行商讨，达成一致意见：委托华东理工大学进行相关配套设备设计，在旧φ45m浓缩机底流和过滤机之间增加一套1级旋流器。

1　存在的问题

（1）生产中水采船在采到盐池的边缘矿、过矿池及进入高钙区时，矿浆内的钙、镁、盐泥含量都偏高，过滤效果不理想，影响生产。

（2）从浓缩机内出来的矿浆浓度不是很均匀，过滤时要及时控制料浆的流量，在控制过程中，开关阀门（或提降泵的转速）会造成过滤机的上矿忽大忽小和管线堵塞，管线堵塞时间过长会造成浓缩机池内存矿过多，易压耙，造成生产损失。

（3）原矿浆中钙、镁、盐含量过高时，液态的钙、镁致使矿浆粘度增大，在过滤时会附着在滤布上，堵塞滤孔，过滤后滤布清洗困难，过滤机出现稀矿或粘稠滤饼，使滤饼的含湿量超标，不符合生产要求。

（4）进口的A、B系列水平过滤机耐磨带的密封槽、真空箱磨损严重（修复困难），密封效果已达不到使用要求，若低纳光卤石物料的浓度过低时，很难控制低钠光卤石滤饼的含湿量，所以就要求上矿低纳的浓度波动不能太大。

（5）40万吨扩能生产后，带式过滤机却没有进行扩能改造，而生产任务已超出过滤机的生产能力，低纳料浆浓度的稳定性不好，不利于过滤机连续稳定运行，难以确保全年生产任务的顺利完成。

2　钾肥公司旋流器项目改造后的预期效果

（1）通过旋流增稠设备提高低钠过滤机进料浓度，减轻过滤机负荷，降低滤饼水分，减少滤饼的夹带母液，减少结晶器加水量，增大结晶粒度，提高回收率。

（2）低钠过滤机的下一道工序是结晶器，由于补充旱采矿，低钠光卤石中经常有大颗粒钾石盐出现，旋流器旋流时对颗粒有一定的磨碎作用，利于结晶器的生产。

（3）利用旋流器将低钠光卤石中的CaSO4从上端回收返回到旧φ45m浓缩机，通过旧φ45m浓缩机进行漂移，同时回收排出液中的钾，提高产品质量。

3　技术改造方案

经过论证在旧φ45m浓缩机底流和过滤机之间增加一套1级旋流器，华东理工大学根据需要设计型号为FX350-GK-Y×10型的旋流器。

旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当钾肥原料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫做回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂。

选址做旋流器的基础及钢架结构；设计制作旋流器；安装旋流器；试用旋流器，并不断完善，总结操作规程。

4　工业旋流器的CFD数值模拟与设计

水力旋流器是一种分离液固两相流或非均相液体混合物的设备，在离心力的作用下，利用物料之间的密度差或粒径差进行多相分离的非均相机械过程。虽然水力旋流器历史悠久，但基于旋流器内部流场的复杂性、对旋流器内颗粒运动特性分析不够，需要对水力旋流器的CFD进行研究，结合工艺和高原环境，通过试验，CFD计算流体力学技术，建立了水力旋流器流场的模拟计算体系，预测其内部流场及分离效率。对旋流器结构进行优化。溢流口直径逐渐增大，小粒径的粒子分离效率逐步增大后变小，粒径为180mm时，分离效率达到最佳。溢流口插入深度的增加，旋流器压降先增大后减小，当插入深度达到717mm时，压力降达到了最低值，为12500Pa，本实验值符合我公司的生产工艺。

5　脱卤车间旋流脱卤浓缩实施

5.1　旋流器组设计

2010年华东理工大学根据钾肥公司提供工艺条件，基本的物料性质：光卤石浆料液体密度1.3，固体密度2.4，粘度15cp，固含量40%。通过设计，采用10个旋流器构成1个旋流器组（8台同时运行，2台备用）。

5.2　旋流器组装置基础设计与安装调试

根据工艺设计，为节省成本，内部公司进行项目设计和施工作业，全部项目于2011年2月25日竣工。于2011年4月13日开工，4月20日出合格产品，整体工程质量合格，公司予以验收和正常投入使用。

6　项目实施后评估

6.1　技术评估

脱卤车间旋流浓缩装备从2011年4月调试结束，一直运行至今，运行良好，达到了预期目标。

浓缩性能良好，含水量降低3.2%。粒度得到破碎，有利于结晶过程，节约淡水，加水量从0.45m3/吨矿降低为0.4m3/吨矿。提高了钾收率，综合改造后，2011年的全年氯化钾回收率提高约1%。泥沙等达到一定的净化，但矿浆浓度高、钙含量低，脱钙性能不显著。

6.2　经济评估

20万吨生产装置2011年生产33.5万吨产品，提高1%，增加约6000吨产品，单价3000元/吨，年增加经济效益1800万元，效益相当明显。