[科普中国]-曼海姆炉

结构和原理

曼海姆炉由耐高温耐火砖、保温砖和普通红砖砌筑而成，炉顶用保温砖和石棉保温。反应炉有两个空腔，中间椭圆形空腔为反应室，硫酸和氯化钾通过进料器均匀加入曼海姆炉反应室内， 反应室的空腔为燃烧室，燃烧室带有燃烧嘴， 燃料释放的热量间接加热反应室。腔内带有搅拌耙子，反应时耙子以 1 ～ 2 r /min 转动，将硫酸和氯化钾不断混合反应生成硫酸钾与氯化氢气体，硫酸钾由搅拌耙子搅拌时推出，氯化氢气体进行回收利用。2

硫酸和氯化钾通过进料器均匀地加入到曼海姆炉反应室内，燃烧室为在反应室内反应的物料提供大量的热能，在搅拌器不断搅拌下，反应物硫酸和氯化钾吸收大量的热以后生产产品硫酸钾与 HCl气体。硫酸钾由搅拌器搅拌时推出 。1

特点(1) 炉子直径直接决定生产能力。通常曼海姆炉生产能力以单台反应炉日生产能力为衡量标准。由于受到制造技术及材质的限制， 目前世界上最大的曼海姆炉直径为 6 m。

( 2) 耙子驱动系统稳定可靠， 从而为反应连续稳定地进行提供了保障。

(3) 材质要求高。炉子反应室所用的耐火材料必须耐高温、抗强酸、传热性好；燃烧室材料须耐高温，保温性能好；耙子材质须耐热、抗腐蚀、耐磨损；耙臂机械承受力大。材质是否达到要求直接影响检修期及炉子使用寿命。

( 4) 有温度自控与安全保护系统等。2

曼海姆炉的烘炉烘炉方式曼海姆炉砌筑完毕后，先进行自然干燥，打开全部入孔门 、进料口 、出料口等进行自然通风，也可以临时用通风机加强通风，自然干燥7d以后，点燃燃烧器改用明火烘烤。明火烘烤时要调节好干气与空气的流量，严格控制火势，使炉升温不要太快，而且达到一定温度要进行恒温处理 。整个烘烤过程要严格按照原始烘炉曲线操作 。烘炉曲线见图 2。

原始烘炉的目的曼海姆炉是用耐火材料 、绝热材料以及其它材料砌筑而成,里面含有很多水分，烘炉就是将其水分蒸发出去，达到烘干烘透，使整个砌体各部分热膨胀位移固定，需要硬化的材料硬化，防止经受急速加热或冷却时由于水分蒸发及材料晶体组织转变而产生裂纹及剥落，烘炉与投产要不间断进行；若不能立即投产，在反应炉建成后要先进行烘烤，保证整个砌体干透，以保护好炉体。

烘炉注意事项(1)烘炉时必须严格按烘炉曲线进行，保证炉内温度均匀上升；(2)烘炉时应及时观察燃烧室 、反应室温度 ,详细记录并绘制实际的烘炉曲线；(3)升温速率和总的烘烤时间要同时被控制，即使某时间内升温时间超过要求，也不能减少恒温时间；(4)要随时注意炉体 、护炉钢带和炉内各部膨胀情况，随时调节钢带螺栓松紧来进行控制；(5)曼海姆炉工作一段时间停车后，重新开车必须进行正常烘炉，按图 3烘炉曲线进行 。1

工艺运行条件曼海姆炉是在高温强腐蚀条件下运行的，在运行使用过程中严格按照操作规程操作，认真遵守工艺操作条件，控制好炉温及炉内压强，使反应炉能够平稳满负荷运行，生产出优质硫酸钾。工艺操作条件如表 1所示 。1

问题及解决方法1)炉子偏火 。两个加热室火势不均造成偏炉现象，温度不均造成反应不均衡，结果产品质量不合格；由于炉体受热不均，材料膨胀不一致，炉体受损 。解决问题的办法是调节烧嘴燃气加入量和风量 。

2)炉底漏酸 。反应炉经过一段时间的运行，由于反应温度高，加上硫酸的强腐蚀性，还有砌筑方面的原因，造成炉底漏硫酸 。处理方法：停料 、灭火 、降温，排除炉内物料，查找泄漏点 ,如可修补，以水玻璃和耐酸胶泥堵住即可；如泄漏点较多，面积较大，就需要全面清理床面砖，检查床基，如床基无问题，重新砌筑炉床砖即可，如有问题，就需要清到炉底后重新砌筑 。

3)炉顶漏火 。强温使炉顶破损 。补救办法有两种：漏洞较小，以耐火高温毡掩盖；漏洞较大，重新砌筑。3

曼海姆炉的改造1)砌实下烟道，以解决炉底泄漏问题 。这样改造的结果也有负面作用，那就是反应所需热量只能由燃烧室辐射提供，需要进一步提高燃气加入量，以供反应所需。弊害分析如下：①影响反应的因素很多，氯化钾粒度的影响在曼海姆炉未改造前表现不明显，而经过砌堵烟道的曼海姆炉，氯化钾粒度对反应的影响变得十分突出。首先，粒度较大氯化钾在与硫酸充分混合时，熔(溶 )解需要吸收大量的热，而反应所需热量仅由燃烧室辐射提供，这样势必延长氯化钾的熔 (溶 )解时间，从而在原反应时间基础上延长了许多。而在搅拌耙齿推料速度不变的情况下，导致反应未到终点物料即被推出，使成品硫酸钾含酸 、含氯过高。其次，反应时间延长，势必导致游离硫酸在反应炉内滞留时间的加长，而浓硫酸在温度达到 550 ℃以上就会分解生成含硫氧化物气体，加大尾气处理的负荷，同时造成了硫酸的浪费，使成本提高，又污染了环境 。

②砌堵下烟道后，加大了燃气的消耗量，加重了燃烧室砖体结构的负担，对燃烧室砖的耐火程度有了更高的要求，同时也要加强保温措施，减小外泄热量对其他设备的危害和能源浪费 。

③砌堵烟道后，要有余热吸收系统，防止热量对烟囱的损害 。

④砌堵下烟道后，要对反应搅拌耙转速进行调整使反应完全彻底，以保证成品硫酸钾的各项指标控制在标准范围之内 。

⑤炉体大修后，特别是在炉床大修后，使烘炉时间延长 ,影响反应炉的生产 。针对上述影响，做出了相应调整，采取了相应的配套措施；要求供货部门尽量提供粉末状氯化钾，或提供颗粒尽量小的氯化钾；用炼油分厂的干气取代水煤气作为燃气， 成本低廉；调整耙齿转速，使之与反应时间相吻合；更换燃烧室用砖，改用更耐高温更高强度的改性高铝转；在烟囱根部安装小型蒸汽锅炉，充分利用余热，节省能源，同时又保护烟囱根部材料不受热损；关于烘炉时间的延长，按照边升温边投料，投料量由小到大原则，这样既保证了正常的烘炉，又保证了产品的产量和质量。

2)氯化氢气体出口由双管改成单管，由折角管改成直通斜管。由于反应炉负压操作，气体携带固体物料容易在氯化氢出口管结垢，需定期处理，原来的双折管结构不易清理，改造后可以轻松处理 。3

国内研究现状我国于 1992 年由云南磷肥厂首次从日本引进了曼海姆法技术及设备， 建成约 1. 2 万 t /a 硫酸钾生产装置。其后全国各地大部分的生产装置都是由台湾青上公司采取合资或独资的形式进行建设。

我国硫酸钾工业在引进吸收新技术开发方面进步很快， 众多企业引进该生产技术进行国产化改造。山东聊城鲁丰钾肥有限公司运用计算机辅助设计出高效节能新型反应炉结构， 反应炉采用耐高温高浓度强酸防腐材料， 改用煤气炉发生热煤气为热源并自行设计了盐酸制酸的工艺设备， 全套生产装置投资不足引进设备的 1 /5， 工艺路线成熟可靠， 产品质量全部达到优级品质量要求， 生产成本低， 市场竞争性强[4] 。无锡震宇化工有限公司在有关大专院校的协助下， 于1998 年建设了 40 kt /a硫酸钾生产装置， 实现了全套装置的国产化[5] 。河北省矾山磷矿采用国产曼海姆法硫酸钾生产装置， 单炉产量接近 30 t /d，优等品率达到 95% ， 各项指标均达到设计要求 。山东聊城鲁丰钾肥有限公司、盘锦永兴化学工业有限公司和大连瑞泽化工厂等均建成了国产化曼海姆法硫酸钾生产装置。2