我國是世界硫化堿主要生產(chǎn)和消費(fèi)國，2007年，我國硫化堿裝置產(chǎn)能已達(dá)約100萬噸，實(shí)際生產(chǎn)量約70萬噸，我國硫化堿的主流生產(chǎn)方式為煤粉（碳）還原芒硝（硫酸鈉）法，約占總產(chǎn)量的90%；煤粉還原芒硝法生產(chǎn)硫化堿的關(guān)鍵是高溫煅燒反應(yīng)。目前，我國煤粉還原芒硝法生產(chǎn)硫化堿的高溫煅燒反應(yīng)設(shè)備有兩種爐型：連續(xù)生產(chǎn)的長轉(zhuǎn)爐（Ф2~3×36~45m）和間隙生產(chǎn)的短轉(zhuǎn)爐（Ф2.5~3×5~8m）；

    一、煤粉還原芒硝法生產(chǎn)硫化堿高溫煅燒操作機(jī)理

    煤粉和芒硝混料在高溫煅燒爐內(nèi)達(dá)到芒硝熔點(diǎn)（884℃）前，由于煅燒爐內(nèi)一氧化碳和其他還原性氣體（如氫氣等）的存在，還原反應(yīng)已經(jīng)開始（如：Na2SO4+4CO=Na2S+4CO2、Na2SO4+4H2=Na2S+4H2O、Na2SO4+CH4=Na2S+CO2+2H2O），但在生產(chǎn)條件下，只有當(dāng)芒硝熔化成液相、液相潤濕煤粒表面之后，固體煤粒還原芒硝的過程才猛烈進(jìn)行[1]（主要按下式反應(yīng)：Na2SO4+2C=Na2S+2CO2；Na2SO4+4C=Na2S

+4CO→Na2SO4+4CO=Na2S+4CO2），形成Na2SO4—Na2S共融體（即固體的硫化鈉溶解在液體硫酸鈉中），Na2SO4—Na2S體系熔融圖[2]如下：

    在煤粒還原芒硝的同時(shí)，伴隨著一些副反應(yīng)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，副反應(yīng)主要是因氧氣和水分造成，主要的只有如下幾個(gè)：

2H2O = 2H2+O2（大于1000℃） ‥‥‥‥‥‥‥‥（1）

2Na2S+3O2（氧氣過量）= 2Na2O+ SO2  ‥‥‥‥‥（2）

2Na2S+1/2O2（氧氣不足）= Na2O+ Na2S2  ‥‥‥‥（3）

Na2O+CO2 = Na2CO3 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（4）

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

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

    二、對(duì)長、短轉(zhuǎn)爐在硫化堿生產(chǎn)中的優(yōu)、劣勢分析的理論基礎(chǔ)

    1、煤粉和芒硝混料在間隙運(yùn)行的短轉(zhuǎn)爐中的變化過程

    短轉(zhuǎn)爐，直徑Ф2.5~3m，長5~8m，目前我國通用的短轉(zhuǎn)爐規(guī)格為Ф3×6.5m，稱之為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)爐。短轉(zhuǎn)爐的安裝是平直的，爐料在爐腔中進(jìn)行反應(yīng)，加、出料間隙操作，爐料卸出后，用斗車送往遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)爐的熱熔工序浸取爐料。

    當(dāng)煤粉和芒硝混料加入到間隙運(yùn)行的短轉(zhuǎn)爐內(nèi)、封閉加料口后，用向爐內(nèi)噴火加熱爐料，當(dāng)爐料溫度升至芒硝熔點(diǎn)884℃時(shí)（A點(diǎn)），芒硝開始液相化時(shí)（由于爐內(nèi)有沒放凈的硫化鈉和其他雜質(zhì)，生產(chǎn)中芒硝實(shí)際熔點(diǎn)低于884℃[3]），固體煤開始猛烈還原芒硝生成硫化鈉，隨著硫化鈉含量的增加，爐料狀態(tài)沿A→E線變化，爐料熔點(diǎn)越來越低，爐料也越變?cè)较?，?dāng)爐料熔體中Na2S含量達(dá)43%（Na2SO4：57%）（E點(diǎn)）時(shí)，爐料達(dá)到最低熔點(diǎn)665℃，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，爐料中硫化鈉含量繼續(xù)增加，爐料狀態(tài)開始沿E→B線變化，爐料熔點(diǎn)開始升高，熔體中液相也越來越少；因?yàn)闋t料煤粉都是過量加入，爐料也越變?cè)匠?。生產(chǎn)實(shí)際中，當(dāng)爐料熔體中Na2S含量達(dá)80%左右，爐料的流動(dòng)性就已經(jīng)消失而粘附在爐壁上，繼續(xù)提高爐溫，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到1180℃（B點(diǎn)，Na2S的熔點(diǎn)）并繼續(xù)提高時(shí)，爐料中的Na2S開始熔化，爐料的流動(dòng)性又開始產(chǎn)生并從爐壁上下塌，此時(shí)，應(yīng)立即出料，以防爐料燒老難于溶化和熔損轉(zhuǎn)爐襯磚，此時(shí)爐料中的Na2SO4可以完全被還原[4]。出爐黑灰（粗堿）含Na2S量為55~76%。

    從上述過程我們可以看出，如果用恰當(dāng)?shù)姆椒刂妻D(zhuǎn)爐內(nèi)副反應(yīng)的產(chǎn)生，在煤粉還原芒硝法生產(chǎn)硫化堿中，用間隙運(yùn)行的短轉(zhuǎn)爐，可以獲得很高的Na2SO4對(duì)Na2S的轉(zhuǎn)化率。在實(shí)際生產(chǎn)中，短轉(zhuǎn)爐采用降低新加爐料的含水量、前噴火口處設(shè)燃燒室并恰當(dāng)控制燃燒室供風(fēng)量、烘干噴粉煤并調(diào)節(jié)好噴煤粉系統(tǒng)的煤風(fēng)比防止水分和過量的氧氣進(jìn)入爐內(nèi)的方法，可有效地控制副反應(yīng)的發(fā)生，如果控制得當(dāng)，Na2SO4對(duì)Na2S的轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上（生產(chǎn)測試數(shù)據(jù)），在不進(jìn)行嚴(yán)格控制的情況下，該轉(zhuǎn)化率也可達(dá)到85%。

    短轉(zhuǎn)爐煙氣排放溫度隨加、卸料周期呈周期性變化。短轉(zhuǎn)爐煙氣排放溫度和轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備配置、燃煤質(zhì)量、操作方式關(guān)系很大，一般在650~900℃之間變化。對(duì)于90分鐘出一爐料的轉(zhuǎn)爐配置從加料到出料的一組煙氣溫度數(shù)據(jù)為：最高1058℃，最低836℃，平均984.37℃。用熱空氣噴煤粉時(shí)，得到過1260℃的煙氣溫度數(shù)據(jù)。