结垢是真空制盐生产中常见的现象,制盐主体设备蒸发室和加热管的结垢,不仅将降低设备的有效容积,而且将使加热管的传热系数降低,恶化生产条件,产能下降,严重的结垢还将迫使生产停顿,缩短有效生产时间,降低设备寿命甚至损坏设备,增加原材料和能源的消耗,因此蒸发罐的防垢一直是真空制盐生产中高度重视的技术问题。在真空制盐随着国民经济的迅速发展的今天,注重国内外在防垢措施方面的进展,吸取有益的经验,采取有效的防垢措施,对推动真空制盐技术水平的发展、降低消耗、提高资源利用率、以尽可能少的资源消耗、获得最大的经济效益和社会效益具有重要的意义。1、结垢原因

由于大部分盐卤中都含有钙、镁等阳离子和硫酸根、碳酸根等阴离子,这些离子所组成的化合物,碳酸钙、硫酸钙、硫酸钠、氯化钠等会因浓度、温度变化,达到过饱和而结晶析出,在加热管内和蒸发室内壁附着而生成垢 。特别是由于硫酸钙的负溶解度,即当温度超过40℃时,随温度升高其溶解度下降。在精制盐水中其接近饱和,当在加热管内卤水升温时,难免结晶析出。另一方面是由于操作的原因,在生产中因操作的原因容易出现假液面、低液面生产或者加热蒸汽突然暴涨的现象,造成加热管出口处的静液位压力不足,使本应在加热管出口以上才沸腾的加热卤水,因静液位压力不足而在加热管内沸腾,这必然引起盐类的结晶析出,在加热内壁附着而形成盐垢。

在多年的科研和生产实践中,总结出很多行之有效除垢方法:

(1)水溶法

适宜于除去水溶性垢层或垢层混合物中水溶性组分大的情况; 如Na2 SO4、NaCl和CaSO4 ·Na2 SO4 等。采用水溶除垢时,常需适当加热,以提高溶解度和加快溶解速度。

(2)酸洗法

适宜于除去碳酸盐垢物,或垢层混合物中碳酸盐组分大的情况。酸洗液一般用盐酸配制,酸的浓度为1% ～3% , 垢层太厚可增加到5%,可根据除垢情况采取一次洗涤或多次洗涤。洗涤中要注意防止气泡泛液和及时分离沉渣。酸洗完后要用稀碱液中和, 或用淡水洗净, 防止设备受损。

(3)碱煮—酸洗法

适宜除去硫酸钙、硫酸锶等垢层。操作时先用纯碱配成3% ～5%浓度洗液,在加热情况下循环,此时发生的化学反应为:

CaSO4 +Na2 CO3=CaCO3 ↓ +Na2 SO4SrSO4 +Na2CO3=SrCO3 ↓ +Na2 SO4

然后再用酸洗液循环,除去上反应式中生成的碳酸盐。酸浓度1%～3% ,最后再用淡水清洗。

(4)机械除垢

适宜于除去各种垢物。对铜、铜镍合金及钛管不宜采用此法,以避免管材受损。该法是采用“洗管器”,在水流伴同下用机械刀刮削垢层的办法除去垢物。该法除垢费用省,但垢物不易清除干净,而且只宜用于碳钢设备。

(5)高压水清洗技术

试验表明:此方法清洗彻底,除垢率大于99%。但此法耗费人力、物力较大,清理速度慢,工程造价高。

为防止蒸发设备结垢,采用的防垢措施有:

(1)重视蒸发设备材质的选择

不同材质结垢情况不同,选择合适的材质对垢的形成速率有很大影响。蒸发室、加热管是真空制盐关键设备组成部分,它们的选材变化较多,历史上曾用过碳钢、铜、合金钢、不锈钢等,到目前为止已使用钛材及合金。材质之所以不断改善,主要是适应制盐生产以及使用环境的需要,既要耐腐蚀,又要有良好的传热性。

由于钛比重小, 约为普通钢的60%, 铜的50% ,所以制造同样大小的设备使用钛材要比使用钢材、铜材减少一半的量,另外由于钛材耐腐蚀,传热效果好,选用壁厚又较薄, 1.2mm～1.5mm,而钢、铜约需3.5mm,从这一点看选用钛材其重量又减少约三分之一,所以钛材虽然价格是铜的十倍,但是由于比重小、强度大,投资仅是铜材的二倍多。

由于钛表面光滑,耐腐蚀,对于防止蒸发罐壁结盐垢,延长洗罐周期有良好效果。如1982年自贡邓关盐厂年产9万t真空制盐工程(黑卤)的Ⅰ、Ⅲ效加热室采用TA2 换热管及钛钢复合花板结构。自1984年投产运行以来,换热管一直使用良好,管内结垢现象也明显减少。1983 年在内蒙古吉兰泰盐厂年产5万t真空制盐工程设计中,对蒸发罐Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ效蒸发室首次采用了钛钢复合板结构,经多年运行证明,钛钢复合板制造的蒸发室,对减缓腐蚀及结垢盐、延长生产周期,提高盐质均有良好效果。

湘澧盐矿首效钛铝镍合金加热室,于1985年3月1日正式投入运行迄今已14年过去了,该设备仍完好无损,运行正常。1987年,湘澧盐矿又针对二组罐进行改造,未使用钛材前,加热室铜管结垢严重影响热交换效果,每天有时每班都要洗罐,使用钛材后,洗罐次数大大减少, Ⅰ、Ⅱ效加热室一周洗一次罐, Ⅲ、Ⅳ效加热室半个月才洗一次,不但热交换效果好, 而且有效生产时间也大大增加, 产量大幅提高。

(2)从卤水净化入手

真空制盐生产中设备结垢根源是卤水中阴阳离子反应而生成垢,因此对卤水进行预处理是十分必要而且是有效的。对卤水进行净化处理主要是达到两个目的,一是提高产品质量;二是防止生产装置结垢,确保有效的生产时间,降低能耗。国内外很多真空制盐厂在生产前都有卤水净化程序。

卤水中的钙镁离子可采用加纯碱和磷酸钠盐的方法,也有利用加偏硅酸钠的方法来除去。但传统的卤水净化大都采用石灰———芒硝———二氧化碳、石灰———纯碱、纯碱———烧碱等三种方式。江西盐矿有限责任公司年产30万t、2万t无水芒硝的盐硝联产装置,是引进瑞士苏尔寿埃雪维斯公司的工艺技术和关键设备,但装置不久便发现预热器结垢严重,进行卤水净化后经生产运行检验效果较好,加热室结垢现象得到控制,解决了困扰几年的一大问题。