氰化钠装置微波干燥系统的改造

石化技术与应用工业技术（08~110）氰化钠装置微波干燥系统的改造甘正明1韩杰2（1.中国石油兰州化学工业公司工程公司，甘肃兰州730060 2.天津市先迪科技发展有限公司，天津300000）了改造后的微波干燥系统的特点。
微波是一种高频电磁波。因其具有较强的穿透深度及对受能介质选择性和受能介质内外同时受能等一系列特点，为某些物质的加热与干燥提供了一种的方法。事实上，将微波运用于某些生产领域的加热与干燥己有数十年历史，如木材、制糖、医药、食品等众多领域均有微波加热干燥的工业化实例，成为异于其他传统干燥方式的一种干燥技术。近10年来，该技术己开始在包括化工生产过程在内的众多行业应用，并为人们逐渐认识与接受。
兰州石化公司氰化钠生产装置（简称LCN装置）是国内早引入微波干燥技术的生产企业。1988年兰州石化公司与国内某应用研究单位共同研究开发了氰化钠微波干燥系统（简称MVDA系统），并于1993年应用于LCN装置。
1997年对MVDA系统进行了换代改造，主要包括以下2个方面：一是采用小功率民用磁控管替代大功率工业磁控管，以解决因上工序来料时断时续而微波系统无法及时开停车的问题；二是将单口侧向馈能变为多口顶部馈能，强化场强的均匀性，降低有载电压驻波比，以解决局部能量集中造成传送带个别区域烧焦甚至击穿的问题。
此外，系统采用民用小功率磁控管还可降低日常维护、更换磁控管的成本。由此形成了第二代MVDA系统。第二代MVDA系统为顶部多孔馈能遂道式连续加热及就地手动操作的系统。微波源采用半波倍压整流电路，磁控管采用中心频率2450MHz的民用磁控管。然而由于认识的局置与变化并未真正发挥微波加热干燥的功效，甚至在某些方面降低或根本掩盖了其优势。更多暴露出来的现象是磁控管、变压器等主要元器件的频频损坏，维修工作量日益加大，系统效率下降，产品质量不稳等，直接影响到连续生产和干燥成本。为此，于2002年对LCN装置包括MVDA系统在内的固体工段再次进行了改造。
1问题分析①1.微波电源电路磁控管系MVDA系统中发射微波的电真空器件，因其自身的特点与外界的变化，均会导致其工作状态的改变，直接影响磁控管的工作状态，轻则引起工作点飘移、输出功率下降、部分元器件异常发热、磁控管和高压变压器使用寿命缩短，重则使磁控管、高压变压器等在短时间内击穿烧毁，导致停车。磁控管的特性与特点系该器件自身的属性，非外力可以改变，因此，寻求一种能够适应其变化的工作电路则成为磁控管得以长期稳定工作之关键所在。
控管改为小功率民用磁控管，并将家用微波炉的电源电路移植到了MVDA系统电源做为微波工作电源。微波炉做为一种家用电器产品，其设计理念在于价廉，操作简便，短时及间断工作的工①：2003*限性和微波干技术发展的阶段性使得这种油化Hghtsreserve（1作模式决定了其完全可以采用由漏磁变压器、电容、二极管组成的半波倍压整流电路。该电路采用的漏磁变压器以能损为代价可以小幅调节电源电压，具有一定的保护作用。磁控管通电运行时间较短，其工作点的飘移及其外因的影响均不显著，将该电路直接引入MVDA系统势必造成主要元器件频频损坏，能效降低，导致无法连续生产的后果。改造前的电源电路如所改造前微波工作原理1.微波场能分布微波场能的分布不仅直接影响物料干燥的均匀性，还直接影响能量的利用、磁控管和变压器的寿命等。改造前的MVDA系统馈能采用顶部多孔馈能，意在多模谐振强化场能分布的均匀性，提高能效，降低因场能不均而引起的局部过热导致击穿传送带的可能。但实际生产运行的事实表明并未达到预期的效果，甚至与初衷背道而驰。经现场调查对比与测算，由大功率工业磁控管单口侧向馈能改为小功率民用磁控管多孔顶部馈能的MVDA系统，其主要运行指标非但没有提高，反而有所下降。如系统的微波能量利用率下降了近10，有载电压驻波比上升了0.5~0.7，同时物料传送带也时常被击穿。从理论上说，在连续的驻波场内，多口馈能较之单口馈能更易激励起众多的模式，使谐振腔内特别是负载上各处的场能趋于一致，从而使得被干燥物料受热均匀。但欲激励起更多的波型就要求波型高度“密集”与“简并”，且与馈能波导呈很强耦合，否则即使在连续的驻波场内采用多口馈能也未必能够达到预期效果。在工程上激励更多的波型并使之1“5简并”除考虑多口馈能外fe更重要的是应慎重对待腔体内波型与馈能口的耦合。
因此，将矩形谐振腔馈能口位置只做简单的几何划分与布置，是难以达到耦合之需要的。当谐振腔几何尺寸一定时，应根据磁控管的特性及串连、连续移动等多重因素进行馈能口的计算与设计，以确定馈能口位置及串连的各谐振腔馈能口的排布。LCN装置在1997年改造时受认识所限，简单地在各谐振腔顶部均一设置同向馈能口，客观上造成了谐振腔内大量波型无法互补被吸收的能量沿馈能口返至微波源的磁控管、变压器，引起变压器异常升温，磁控管工作点飘移，甚至击穿或烧毁，成为MVDA系统主要元器件频频损坏的另一重要原因。
2改造内容及效果2.1改造的主要内容基于现场调研、试验及上述分析，笔者认为对于大规模工业化生产装置中应用的MVDA系统必须遵从稳妥、低耗、系统随动随变的设计理念。基于这一理念，对LCN装置的MVDA系统进行了下述几方面改造：彻底摒弃原MVDA系统微波源短时、间断工作电源，设计符合该系统长周期、稳定运行的长时连续工作电源。该电源为全波桥式整流连续工作电源，其电路如所示。
为有效抑制磁控管因种种原因引起的工作点飘移，增设对微波源工作参数进行连续检测、调节的监控及保护系统。
采用计算机网络分布参数集群控制技术对MVDA系统实施包括自动顺序开停车、运行状态显示及故障诊断、磁控管运行状态显示及过热保护和恢复、含水率与功率闭环在线调节、在线漏能检测与报警、带速监测与调节、断料及安全联锁等在内的集中监控。
利用现有矩形式谐振腔优化馈能方式增强波型与馈能口的耦合设计，提高场密度并在串连的遂道式加热器腔体上错列排布馈能口，以增强场能在不同区域及位置分布的均匀性。
磁控管由风冷改为水冷，统一筛选参数，确保磁控管工作在佳状态。
度降低出料端局部粉尘浓度，进一步完善传送带纠偏装置。
2.2改造效果LCN装置试车投产迄今已逾2个月，累计生产固体片剂优级品近400t.期间因原料以及其他设备机械原因，曾有过断续停车，但从未因MVDA系统自身原因导致装置停车。运行实践证明改造后的MVDA系统获得了极大的成功，表现在不仅达到了设计产能与质量指标，保证了生产的连续运行，提高了控制水平，改善了操作环境，而且也使得能耗及材料消耗大幅度下降，效率显著提高。
改造前后主要技术经济指标对比如表1所列。
表1 MVDA系统改造前后主要技术经济指标对比时间出口含水率/总能效/热效率/耗材（相对值）排湿中CN*质量分数06单位成本（相对值）改造前改造后2.改造后MVDA系统的特点与改造前的MVDA系统相比，改造后的MVDA系统具有以下特点：采用新型设计的连续稳定的长时工作制电源，彻底消除了过去因短时工作制电源无法长时间工作的缺陷，使得该系统在大规模工业化应用中的连续性和可靠性变为现实。
将计算机技术引入该系统，采用计算机网络集群化技术和专用应用软件对MVDA系统运行过程进行监测和综合控制，使得过去无法实现或难以解决的问题，如磁控管的随机飘移、热场的分布及调解和系统干扰等问题迎刃而解，保证了系统的连续稳定运行。
微波工作电源的高效性、多模谐振的合理性加之对热场的精细调解，使得改造后的系统能效大幅度提高，消耗及运行成本大幅度下降。
采用现场多点全景电视监控、控制室内双屏操作和仅需数分钟便可快速更换的磁控管安装设计，使得正常运行条件下现场无需人员坚守，操作与维修更加快捷简单。
与传统氰化钠干燥方式如沸腾干燥、气流干燥相比，改造后的MVDA系统也有着传统方法无可比拟的优势。MVDA系统的综合能耗是气流干燥的约40、是沸腾干燥的约20；干燥尾气中氰化钠粉尘含量很低，可直接排入大气，而传统干燥尾气需进行2级分离和复杂的洗涤后才可高空排放；干燥过程中物料温度较低，通常不大于100 *Q而沸腾干燥和气流干燥的温度分别（下转第118页）从表1可以看出，催化汽油经汽油提升管反应器改质后，烯烃含量可降低27.2个百分点，烷烃加13.1个百分点，芳烃加14.1个百分点，硫含量下降18改质汽油诱导期显著加，MON和RON分别加0.5和0.4个单位，苯含量加0.1个百分点，芳烃含量小于30.并且，汽油提升管反应器产生的液化气中丙烯含量接近50.可见，FDFCC工艺可以根据市场变化灵活调整产品方案。
在其他炼油厂的应用也得到类似的结果。
4结论a.FDFCC工艺为催化汽油降烯烃二次反应提供了充分的条件，它采用双提升管反应器为汽油降烯烃反应提供了一个独立的反应空间，汽油的改质反应与重油的催化裂化反应互不影响，可以根据反应机理的不同分别对改质反应与裂化反应加以控制。并且，2个反应器中的进料均与高活性的再生催化剂接触，实现了催化剂使用的优化。
b.FDFCC工艺能显著降低催化汽油的烯烃含量，汽油烯烃降低幅度为20~30个百分点，硫含量下降20左右，改质汽油诱导期加，MON和RON略有加，并且改质汽油的苯含量基本维持不变，芳烃含量远远小于规定指标40.