我國是世界硫化堿主要生產和消費國，2007年，我國硫化堿裝置產能已達約100萬噸，實際生產量約70萬噸，我國硫化堿的主流生產方式為煤粉（碳）還原芒硝（硫酸鈉）法，約占總產量的90%；煤粉還原芒硝法生產硫化堿的關鍵是高溫煅燒反應。目前，我國煤粉還原芒硝法生產硫化堿的高溫煅燒反應設備有兩種爐型：連續生產的長轉爐（Ф2~3×36~45m）和間隙生產的短轉爐（Ф2.5~3×5~8m）；

    一、煤粉還原芒硝法生產硫化堿高溫煅燒操作機理

    煤粉和芒硝混料在高溫煅燒爐內達到芒硝熔點（884℃）前，由于煅燒爐內一氧化碳和其他還原性氣體（如氫氣等）的存在，還原反應已經開始（如：Na2SO4+4CO=Na2S+4CO2、Na2SO4+4H2=Na2S+4H2O、Na2SO4+CH4=Na2S+CO2+2H2O），但在生產條件下，只有當芒硝熔化成液相、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行[1]（主要按下式反應：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，伴隨著一些副反應，生產實踐證明，副反應主要是因氧氣和水分造成，主要的只有如下幾個：

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、對長、短轉爐在硫化堿生產中的優、劣勢分析的理論基礎

    1、煤粉和芒硝混料在間隙運行的短轉爐中的變化過程

    短轉爐，直徑Ф2.5~3m，長5~8m，目前我國通用的短轉爐規格為Ф3×6.5m，稱之為標準轉爐。短轉爐的安裝是平直的，爐料在爐腔中進行反應，加、出料間隙操作，爐料卸出后，用斗車送往遠離轉爐的熱熔工序浸取爐料。

    當煤粉和芒硝混料加入到間隙運行的短轉爐內、封閉加料口后，用向爐內噴火加熱爐料，當爐料溫度升至芒硝熔點884℃時（A點），芒硝開始液相化時（由于爐內有沒放凈的硫化鈉和其他雜質，生產中芒硝實際熔點低于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，爐料狀態沿A→E線變化，爐料熔點越來越低，爐料也越變越稀，當爐料熔體中Na2S含量達43%（Na2SO4：57%）（E點）時，爐料達到最低熔點665℃，隨著反應時間的延長，爐料中硫化鈉含量繼續增加，爐料狀態開始沿E→B線變化，爐料熔點開始升高，熔體中液相也越來越少；因為爐料煤粉都是過量加入，爐料也越變越稠。生產實際中，當爐料熔體中Na2S含量達80%左右，爐料的流動性就已經消失而粘附在爐壁上，繼續提高爐溫，當爐內溫度達到1180℃（B點，Na2S的熔點）并繼續提高時，爐料中的Na2S開始熔化，爐料的流動性又開始產生并從爐壁上下塌，此時，應立即出料，以防爐料燒老難于溶化和熔損轉爐襯磚，此時爐料中的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，如果用恰當的方法控制轉爐內副反應的產生，在煤粉還原芒硝法生產硫化堿中，用間隙運行的短轉爐，可以獲得很高的Na2SO4對Na2S的轉化率。在實際生產中，短轉爐采用降低新加爐料的含水量、前噴火口處設燃燒室并恰當控制燃燒室供風量、烘干噴粉煤并調節好噴煤粉系統的煤風比防止水分和過量的氧氣進入爐內的方法，可有效地控制副反應的發生，如果控制得當，Na2SO4對Na2S的轉化率可達95%以上（生產測試數據），在不進行嚴格控制的情況下，該轉化率也可達到85%。

    短轉爐煙氣排放溫度隨加、卸料周期呈周期性變化。短轉爐煙氣排放溫度和轉爐工序設備配置、燃煤質量、操作方式關系很大，一般在650~900℃之間變化。對于90分鐘出一爐料的轉爐配置從加料到出料的一組煙氣溫度數據為：最高1058℃，最低836℃，平均984.37℃。用熱空氣噴煤粉時，得到過1260℃的煙氣溫度數據。