曼海姆爐又稱硫酸鉀反應(yīng)爐，是曼海姆法生產(chǎn)硫酸鉀的核心設(shè)備。 整臺爐是由燃燒室 ( 加熱室) 、反應(yīng)室、攪拌器、兩只燃燒器 ( 燃嘴) 、進(jìn)料器和出料口等組成。

結(jié)構(gòu)和原理

曼海姆爐由耐高溫耐火磚、保溫磚和普通紅磚砌筑而成，爐頂用保溫磚和石棉保溫。反應(yīng)爐有兩個空腔，中間橢圓形空腔為反應(yīng)室，硫酸和氯化鉀通過進(jìn)料器均勻加入曼海姆爐反應(yīng)室內(nèi)， 反應(yīng)室的空腔為燃燒室，燃燒室?guī)в腥紵欤?燃料釋放的熱量間接加熱反應(yīng)室。腔內(nèi)帶有攪拌耙子，反應(yīng)時耙子以 1 ～ 2 r /min 轉(zhuǎn)動，將硫酸和氯化鉀不斷混合反應(yīng)生成硫酸鉀與氯化氫氣體，硫酸鉀由攪拌耙子攪拌時推出，氯化氫氣體進(jìn)行回收利用。
硫酸和氯化鉀通過進(jìn)料器均勻地加入到曼海姆爐反應(yīng)室內(nèi)，燃燒室為在反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)的物料提供大量的熱能，在攪拌器不斷攪拌下，反應(yīng)物硫酸和氯化鉀吸收大量的熱以后生產(chǎn)產(chǎn)品硫酸鉀與 HCl氣體。硫酸鉀由攪拌器攪拌時推出 。

特點

(1) 爐子直徑直接決定生產(chǎn)能力。通常曼海姆爐生產(chǎn)能力以單臺反應(yīng)爐日生產(chǎn)能力為衡量標(biāo)準(zhǔn)。由于受到制造技術(shù)及材質(zhì)的限制， 目前世界上最大的曼海姆爐直徑為 6 m。
( 2) 耙子驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定可靠， 從而為反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行提供了保障。
(3) 材質(zhì)要求高。爐子反應(yīng)室所用的耐火材料必須耐高溫、抗強酸、傳熱性好；燃燒室材料須耐高溫，保溫性能好；耙子材質(zhì)須耐熱、抗腐蝕、耐磨損；耙臂機械承受力大。材質(zhì)是否達(dá)到要求直接影響檢修期及爐子使用壽命。
( 4) 有溫度自控與安全保護(hù)系統(tǒng)等。

曼海姆爐的烘爐
烘爐方式
曼海姆爐砌筑完畢后，先進(jìn)行自然干燥，打開全部入孔門 、進(jìn)料口 、出料口等進(jìn)行自然通風(fēng)，也可以臨時用通風(fēng)機加強通風(fēng)，自然干燥7d以后，點燃燃燒器改用明火烘烤。明火烘烤時要調(diào)節(jié)好干氣與空氣的流量，嚴(yán)格控制火勢，使?fàn)t升溫不要太快，而且達(dá)到一定溫度要進(jìn)行恒溫處理 。整個烘烤過程要嚴(yán)格按照原始烘爐曲線操作 。烘爐曲線見圖 2。

原始烘爐的目的
曼海姆爐是用耐火材料 、絕熱材料以及其它材料砌筑而成,里面含有很多水分，烘爐就是將其水分蒸發(fā)出去，達(dá)到烘干烘透，使整個砌體各部分熱膨脹位移固定，需要硬化的材料硬化，防止經(jīng)受急速加熱或冷卻時由于水分蒸發(fā)及材料晶體組織轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生裂紋及剝落，烘爐與投產(chǎn)要不間斷進(jìn)行；若不能立即投產(chǎn)，在反應(yīng)爐建成后要先進(jìn)行烘烤，保證整個砌體干透，以保護(hù)好爐體。

烘爐注意事項
(1)烘爐時必須嚴(yán)格按烘爐曲線進(jìn)行，保證爐內(nèi)溫度均勻上升；(2)烘爐時應(yīng)及時觀察燃燒室 、反應(yīng)室溫度 ,詳細(xì)記錄并繪制實際的烘爐曲線；(3)升溫速率和總的烘烤時間要同時被控制，即使某時間內(nèi)升溫時間超過要求，也不能減少恒溫時間；(4)要隨時注意爐體 、護(hù)爐鋼帶和爐內(nèi)各部膨脹情況，隨時調(diào)節(jié)鋼帶螺栓松緊來進(jìn)行控制；(5)曼海姆爐工作一段時間停車后，重新開車必須進(jìn)行正常烘爐，按圖 3烘爐曲線進(jìn)行 。

工藝運行條件
曼海姆爐是在高溫強腐蝕條件下運行的，在運行使用過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，認(rèn)真遵守工藝操作條件，控制好爐溫及爐內(nèi)壓強，使反應(yīng)爐能夠平穩(wěn)滿負(fù)荷運行，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)硫酸鉀。工藝操作條件如表 1所示 。

問題及解決方法
(1)爐子偏火 。兩個加熱室火勢不均造成偏爐現(xiàn)象，溫度不均造成反應(yīng)不均衡，結(jié)果產(chǎn)品質(zhì)量不合格；由于爐體受熱不均，材料膨脹不一致，爐體受損 。解決問題的辦法是調(diào)節(jié)燒嘴燃?xì)饧尤肓亢惋L(fēng)量 。
(2)爐底漏酸 。反應(yīng)爐經(jīng)過一段時間的運行，由于反應(yīng)溫度高，加上硫酸的強腐蝕性，還有砌筑方面的原因，造成爐底漏硫酸 。處理方法：停料 、滅火 、降溫，排除爐內(nèi)物料，查找泄漏點 ,如可修補，以水玻璃和耐酸膠泥堵住即可；如泄漏點較多，面積較大，就需要全面清理床面磚，檢查床基，如床基無問題，重新砌筑爐床磚即可，如有問題，就需要清到爐底后重新砌筑 。
(3)爐頂漏火 。強溫使?fàn)t頂破損 。補救辦法有兩種：漏洞較小，以耐火高溫氈掩蓋；漏洞較大，重新砌筑。

曼海姆爐的改造
(1)砌實下煙道，以解決爐底泄漏問題 。這樣改造的結(jié)果也有負(fù)面作用，那就是反應(yīng)所需熱量只能由燃燒室輻射提供，需要進(jìn)一步提高燃?xì)饧尤肓浚怨┓磻?yīng)所需。弊害分析如下：①影響反應(yīng)的因素很多，氯化鉀粒度的影響在曼海姆爐未改造前表現(xiàn)不明顯，而經(jīng)過砌堵煙道的曼海姆爐，氯化鉀粒度對反應(yīng)的影響變得十分突出。首先，粒度較大氯化鉀在與硫酸充分混合時，熔(溶 )解需要吸收大量的熱，而反應(yīng)所需熱量僅由燃燒室輻射提供，這樣勢必延長氯化鉀的熔 (溶 )解時間，從而在原反應(yīng)時間基礎(chǔ)上延長了許多。而在攪拌耙齒推料速度不變的情況下，導(dǎo)致反應(yīng)未到終點物料即被推出，使成品硫酸鉀含酸 、含氯過高。其次，反應(yīng)時間延長，勢必導(dǎo)致游離硫酸在反應(yīng)爐內(nèi)滯留時間的加長，而濃硫酸在溫度達(dá)到 550 ℃以上就會分解生成含硫氧化物氣體，加大尾氣處理的負(fù)荷，同時造成了硫酸的浪費，使成本提高，又污染了環(huán)境 。
②砌堵下煙道后，加大了燃?xì)獾南牧浚又亓巳紵掖u體結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，對燃燒室磚的耐火程度有了更高的要求，同時也要加強保溫措施，減小外泄熱量對其他設(shè)備的危害和能源浪費 。
③砌堵煙道后，要有余熱吸收系統(tǒng)，防止熱量對煙囪的損害 。
④砌堵下煙道后，要對反應(yīng)攪拌耙轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整使反應(yīng)完全徹底，以保證成品硫酸鉀的各項指標(biāo)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi) 。
⑤爐體大修后，特別是在爐床大修后，使烘爐時間延長 ,影響反應(yīng)爐的生產(chǎn) 。針對上述影響，做出了相應(yīng)調(diào)整，采取了相應(yīng)的配套措施；要求供貨部門盡量提供粉末狀氯化鉀，或提供顆粒盡量小的氯化鉀；用煉油分廠的干氣取代水煤氣作為燃?xì)猓?成本低廉；調(diào)整耙齒轉(zhuǎn)速，使之與反應(yīng)時間相吻合；更換燃燒室用磚，改用更耐高溫更高強度的改性高鋁轉(zhuǎn)；在煙囪根部安裝小型蒸汽鍋爐，充分利用余熱，節(jié)省能源，同時又保護(hù)煙囪根部材料不受熱損；關(guān)于烘爐時間的延長，按照邊升溫邊投料，投料量由小到大原則，這樣既保證了正常的烘爐，又保證了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
(2)氯化氫氣體出口由雙管改成單管，由折角管改成直通斜管。由于反應(yīng)爐負(fù)壓操作，氣體攜帶固體物料容易在氯化氫出口管結(jié)垢，需定期處理，原來的雙折管結(jié)構(gòu)不易清理，改造后可以輕松處理 。