硫化碱(Na2S)是一种重要的化工原料,煤粉还原芒硝法是工业生产硫化碱的主要方法,占硫化碱总产量的95%以上。然而,硫化碱的传统生产工艺具有很大的缺陷。随着我国对化工产业中安全生产与环境保护的日益重视,间歇式转炉工艺被视为落后产能并将逐渐被淘汰。新开发的硫化碱锅炉系统是一种环保、经济的硫化碱生产工艺系统。作为一种新型的工艺技术方案,其相关工艺技术参数仍有待研究确定。本文基于新型硫化碱锅炉技术,研究了不同工艺参数对硫化碱转化以及SO2等污染物析出释放的影响规律。利用CFD模拟技术对硫化碱锅炉内的颗粒以及空气流场分布进行了冷态模拟研究。首先,在小型立式炉和水平高温管式炉上对基于煤粉还原芒硝法的硫化碱锅炉技术的不同工艺参数进行了研究,分析了原料颗粒飞逝量、反应物粒径、硝煤质量比、反应区温度及气氛等对硫化碱生成率的影响。研究表明,考虑磨煤成本以及硫化碱转化率,应用硫化碱锅炉生产硫化碱时,煤粉粒径20-30目、芒硝粉粒径220um为较优反应粒径。当反应温度为1200℃、停留时间8-10min时,硫化碱转化率可达93.67%,继续提高反应温度或停留时间对提升硫化碱转化率的效果有限。探讨了硫化碱锅炉技术SO2与Na等污染物的排放与生成规律。研究表明,在有氧气氛下,SO2主要由硫化碱氧化生成。由硫化碱氧化生成的SO2远大于煤的热解和氧化生成的SO2,因此可通过控制反应区中的氧浓度来降低SO2的生成。随着反应温度的升高,SO2的释放时间提前,但过高的反应温度会加剧硫化碱氧化,从而增加SO2的生成。随着反应温度的升高,Na的蒸发量逐渐增大,当温度超过1300℃后,Na的蒸发量极具增加,实际生产中,应严格控制炉温以减少Na的蒸发。最后采用Fluent软件对硫化碱锅炉的携粉风风速和煤粉粒径进行了优化,并对硫化碱锅炉的冷态流场分布进行仿真模拟。结果表明,参考煤粉颗粒和硫酸钠颗粒的运动轨迹,携粉风的最佳风速约为35m/s左右,煤粉的最佳粒径为20-30目,在该风速下硫酸钠颗粒及煤颗粒的主要落点都位于反应器底部的中间部分,且分布区域基本重合,有利于强化芒硝与煤粉的反应。