外返堿煅燒爐的優(yōu)缺點(diǎn)及常見(jiàn)設(shè)備問(wèn)題

厲 波

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

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技 術(shù) 討 論

外返堿煅燒爐的優(yōu)缺點(diǎn)及常見(jiàn)設(shè)備問(wèn)題

厲 波

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

煅燒系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到整個(gè)純堿系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定，本文對(duì)煅燒爐的返堿方式進(jìn)行比較，對(duì)煅燒爐常見(jiàn)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析并提出了部分改進(jìn)建議。

純堿；煅燒爐；故障；分析；改進(jìn)

在純堿生產(chǎn)中，設(shè)備故障率最高的要數(shù)煅燒系統(tǒng)，其故障率幾乎占到了整個(gè)純堿生產(chǎn)設(shè)備故障率的一多半，因此，對(duì)煅燒系統(tǒng)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行分析并合理選型和改進(jìn)，將對(duì)穩(wěn)定整個(gè)純堿系統(tǒng)的生產(chǎn)具有重要意義。下面結(jié)合國(guó)內(nèi)及我廠煅燒系統(tǒng)設(shè)備存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出改進(jìn)建議。

1 各純堿生產(chǎn)廠煅燒設(shè)備的基本概況

1.1 基本情況

目前國(guó)內(nèi)較大型的純堿廠中，重堿的煅燒基本都采用蒸汽煅燒爐，而蒸汽煅燒爐又分為自身返堿式和外返堿式，自身返堿式煅燒爐靠自帶的螺旋通道把成品堿返回爐頭，與重堿混合后進(jìn)入爐內(nèi)；外返堿式則依靠獨(dú)立的輸送設(shè)備把成品堿運(yùn)到爐頭。從各大堿廠的使用情況來(lái)看，設(shè)備的選型不盡相同， 原杭州龍山化工總廠、青島堿廠、自貢鴻鶴化工公司等采用的是自身返堿式蒸汽煅燒爐，并且青島堿廠很早以前還對(duì)其爐型申請(qǐng)了專利；而渤化永利(原天津堿廠)、?；瘓F(tuán)濰坊堿廠、三友集團(tuán)唐山堿廠、連云港堿廠、大連堿廠等則采用外返堿式蒸汽煅燒爐。天津堿廠老廠使用的φ3600×3000蒸汽煅燒爐是1987年引進(jìn)的日本月島機(jī)械公司的產(chǎn)品，為外返堿式，當(dāng)時(shí)號(hào)稱亞洲最大的爐子，據(jù)了解月島當(dāng)時(shí)已成功做過(guò)多臺(tái)φ3600的爐子。

1.2 自身返堿式與外返堿式煅燒爐的特點(diǎn)比較

1.2.1 自身返堿式煅燒爐的優(yōu)缺點(diǎn)

自身返堿式煅燒爐靠自身帶的螺旋通道把成品堿返回爐頭部分，與重堿混合后進(jìn)入爐內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，外圍設(shè)備少，投資少，運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械故障少、電能消耗低、維修量小、爐頭部位的密封好，這是其顯著的優(yōu)點(diǎn)；但是，它也存在著其固有的缺點(diǎn)：首先，自身返堿式爐子一般采用拋料器把濕重堿拋進(jìn)爐內(nèi)，沒(méi)有混合攪拌裝置，返堿與濕料不能充分混合，爐內(nèi)易結(jié)疤，成品中容易夾雜堿球，返堿進(jìn)爐口的部分容易結(jié)疤，許多廠在爐內(nèi)吊掛有許多鏈條，以期對(duì)濕重堿起到分散作用，但無(wú)法進(jìn)行攪拌混合。另外，返堿量均勻性差不易控制，而且爐體轉(zhuǎn)速及爐內(nèi)壓力都會(huì)對(duì)返堿量產(chǎn)生影響，使返堿與重堿的比例不能達(dá)到最佳值，盡管各生產(chǎn)廠都采取了各種改進(jìn)措施，但上述問(wèn)題并沒(méi)有得到徹底解決。另外，爐體直徑比較大時(shí)，自身返堿式煅燒爐的返堿螺旋也顯得比較龐大，占據(jù)了比較大的空間。

圖1 自身返堿式煅燒爐示意圖(爐體及進(jìn)出料部分)

1.2.2 外返堿式煅燒爐的優(yōu)缺點(diǎn)

外返堿式蒸汽煅燒爐一般都在煅燒爐的旁邊設(shè)有一套返堿裝置，返回的成品堿粉進(jìn)入混料器與濕重堿混合后進(jìn)入爐內(nèi)，進(jìn)入爐內(nèi)的混合堿粉含游離水一般在8%以下，不容易結(jié)疤，返堿量可以通過(guò)調(diào)節(jié)返堿插板閥的開(kāi)度或調(diào)節(jié)加料閥的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，使返堿量適應(yīng)重堿的量。長(zhǎng)度比較小的爐型有采用螺旋絞龍作為返堿設(shè)備的，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。大型的一般采用埋刮板輸送機(jī)，其特點(diǎn)是運(yùn)輸能力大，輸送距離可以達(dá)到30～60 m，缺點(diǎn)是傳動(dòng)部件太多，故障率高、投資大，運(yùn)行中相對(duì)于自身返堿爐子來(lái)說(shuō)動(dòng)力消耗有所增加。

圖2 外返堿式煅燒爐示意圖(爐體及進(jìn)出料部分)

2 我廠煅燒爐存在的問(wèn)題及改造情況

我廠老廠生產(chǎn)時(shí)用的是4臺(tái)φ3600×30000的蒸汽煅燒爐，其中有3臺(tái)是1987年引進(jìn)日本的，另一臺(tái)是1990年國(guó)產(chǎn)化的同型號(hào)的爐子。4臺(tái)爐子在使用中都出現(xiàn)了大量的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)陸續(xù)大約兩年的整改后基本穩(wěn)定了下來(lái)，但故障率依然非常高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行影響非常大。主要存在的問(wèn)題：

2.1 密封性差

爐頭爐后動(dòng)靜環(huán)密封性差，造成了物料的損失和環(huán)境的嚴(yán)重污染。日本煅燒爐的動(dòng)靜密封環(huán)的原始材質(zhì)都是含油鑄鐵的，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)這種材料價(jià)格高、效果也沒(méi)有什么特殊，后來(lái)我廠改為鑄青銅，價(jià)格還是比較貴，再后來(lái)又改為鑄鐵材質(zhì)，情況大致相同。原來(lái)使用稀潤(rùn)滑油潤(rùn)滑密封面，后來(lái)改為潤(rùn)滑脂，效果要好一些。比較突出的問(wèn)題是靜環(huán)的跟隨性太差，在爐氣壓力過(guò)大時(shí)，大量堿粉通過(guò)動(dòng)靜環(huán)之間的空隙噴薄而出，嚴(yán)重污染環(huán)境，在真空狀態(tài)時(shí)大量的空氣又進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，沖淡了爐氣濃度，直接影響到下一步工序的碳化反應(yīng)。我們?cè)?jīng)把靜環(huán)的汽缸去掉改為彈簧結(jié)構(gòu)以增加靜環(huán)的跟隨性，但效果也不是特別理想。外返堿式煅燒爐的爐體前后密封成為了一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題。

改進(jìn)建議：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的故障分析，密封失效的主要原因,是由于堿粉進(jìn)入靜環(huán)的密封間隙中形成堅(jiān)硬的結(jié)疤，使本應(yīng)沿軸向具有跟隨性的靜環(huán)座無(wú)法移動(dòng)。重新設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮靜環(huán)的跟隨性，靜環(huán)座應(yīng)采用輕型結(jié)構(gòu)，隨著目前制造技術(shù)水平的提高，可考慮采用金屬波紋管膨脹節(jié)的方式，將會(huì)使密封更加可靠。

2.2 加熱管頭部的密封問(wèn)題

蒸汽煅燒爐在開(kāi)爐初期，其汽室及加熱管等空腔部位積存有大量的不冷凝的空氣，另一方面蒸汽等各部位也會(huì)積存有大量的空氣，將隨蒸汽進(jìn)入煅燒爐內(nèi)，由于爐體為傾斜安裝，加熱管為一端高另一端低的盲腸結(jié)構(gòu)。進(jìn)汽和排水都在低端，水蒸汽經(jīng)換熱變成水，而不凝氣體會(huì)越聚越多，占據(jù)了加熱管盲端的頂端，使蒸汽無(wú)法進(jìn)入加熱管的頂部區(qū)域，使這個(gè)區(qū)域的加熱管的溫度相對(duì)低一些，造成爐頭部位的結(jié)疤。為避免這種情況的發(fā)生，所以大部分蒸汽煅燒爐都設(shè)計(jì)有不凝汽排放管，并將不凝氣管伸出爐頭花板，在爐頭部匯集，并在開(kāi)爐初期和運(yùn)行中定期排放不凝氣以提高換熱效率。但是，加熱管伸出花板孔的頭部密封難度極大，主要是由于加熱管在運(yùn)行中由于受蒸汽溫度和物料的影響，始終處于伸縮狀態(tài)，使密封填料很快失效，此處實(shí)際上類似于一個(gè)動(dòng)密封。某堿廠曾經(jīng)把不凝氣管全部去掉了，但爐頭結(jié)疤嚴(yán)重，加熱管膨脹受限制，把汽室與爐體的連接螺栓拉斷了許多，后來(lái)在原花板的表面加了部分暖氣片，效果一般。我廠想了很多辦法，權(quán)衡利弊，最后去掉了兩臺(tái)爐的不凝汽管。不凝汽的排放與否一直存在著爭(zhēng)議，為了減少爐頭部分的泄漏，目前有些新設(shè)計(jì)制造的煅燒爐干脆去掉了不凝氣管，從實(shí)際使用情況來(lái)看，除去開(kāi)爐初期影響頭部加熱管的溫度外，對(duì)消耗和傳熱也并無(wú)大礙。

改進(jìn)建議：為改善現(xiàn)場(chǎng)十分惡劣的環(huán)境，還是建議去掉不凝氣管。如果你有好的密封方式和密封材料，另當(dāng)別論。

2.3 馱輪表面損壞嚴(yán)重

表面有塊狀剝落，主要由于馱輪寬度較小，表面壓強(qiáng)大，材料受的應(yīng)力較大，加上局部材質(zhì)和硬度不均勻，在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生微小的疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展脫落。我廠原引進(jìn)的日本的爐子托輪寬度只有400 mm多，在運(yùn)行3年后表面就出現(xiàn)裂紋，逐漸發(fā)展到掉塊，出現(xiàn)坑洼不平的現(xiàn)象，引起爐體振動(dòng)，盡管我們采取了一系列措施，如：表面光刀、改為石墨潤(rùn)滑方式等，都沒(méi)有好轉(zhuǎn)跡象。對(duì)比濰坊堿廠的煅燒爐，其馱輪寬度尺寸比我廠的大得多，無(wú)此情況出現(xiàn)。因此，新?tīng)t子的托輪的應(yīng)力問(wèn)題不應(yīng)忽視。

改進(jìn)建議：設(shè)計(jì)時(shí)盡可能增加支撐托輪的寬度，以減少托輪表面應(yīng)力。我廠新區(qū)的煅燒爐的托輪軸向?qū)挾冗_(dá)到了600 mm多，已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行了5年多，表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂掉塊現(xiàn)象。

2.4 旋轉(zhuǎn)接頭(旋轉(zhuǎn)進(jìn)汽軸)問(wèn)題

日本蒸汽煅燒爐的進(jìn)汽排水采用機(jī)械式旋轉(zhuǎn)接頭，有三個(gè)石墨環(huán)、兩個(gè)石墨軸承，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封效果差、故障率非常高，后來(lái)我廠借鑒濰坊堿廠原德國(guó)爐子的結(jié)構(gòu)，改造了一臺(tái)填料式后效果比較好，運(yùn)行平穩(wěn)，其后逐步把4臺(tái)爐的旋轉(zhuǎn)接頭都改成了填料式的。我廠在新區(qū)建設(shè)搬遷改造中采用了大連化機(jī)廠制造的4臺(tái)φ3600×30000的蒸汽煅燒爐，其旋轉(zhuǎn)接頭也采用了這種結(jié)構(gòu)，投入使用后效果比較好。但曾經(jīng)有一個(gè)廠使用的填料式旋轉(zhuǎn)接頭出現(xiàn)進(jìn)汽管扭轉(zhuǎn)爆炸的嚴(yán)重事故，經(jīng)筆者分析，除去制造和安裝存在的問(wèn)題外，用于壓緊內(nèi)部填料的銅隔環(huán)，其內(nèi)徑與旋轉(zhuǎn)汽軸間的間隙太小也是引起其破壞的重要原因，一般設(shè)計(jì)人員把間隙設(shè)計(jì)成單面0.5 mm左右，理論上是沒(méi)問(wèn)題的，但在安裝和運(yùn)行中，此間隙有可能變成零，由于銅材比較粘，在高溫下極有可能與旋轉(zhuǎn)汽軸摩擦、粘連在一起，造成旋轉(zhuǎn)接頭的外殼有扭轉(zhuǎn)的傾向，從而引發(fā)事故。為避免類似事故的發(fā)生，后來(lái)我們把銅環(huán)內(nèi)徑與汽軸外徑間的單面間隙加大至0.8～1 mm，事實(shí)證明使用效果很好，并沒(méi)有出現(xiàn)因此而造成填料被打出和漏汽的情況。

改進(jìn)建議：采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的填料式旋轉(zhuǎn)接頭，并適當(dāng)加大銅環(huán)與旋轉(zhuǎn)汽軸間的間隙量。

2.5 大齒圈支座問(wèn)題

老式的煅燒爐普遍用固定法蘭盤支座式，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)也是明顯的：螺絲極易松動(dòng)。我廠的原日本煅燒爐，按照設(shè)計(jì)要求，由于工作時(shí)爐體與大齒圈間溫度有差值，在齒圈安裝完畢后，應(yīng)把其他的兩個(gè)定位銷子抽掉，改成松動(dòng)裝配的小外徑螺栓，這樣可以減少受熱膨脹后銷軸處的應(yīng)力。但實(shí)際情況是：在運(yùn)行過(guò)程中，齒圈中心點(diǎn)與爐體的軸心線偏離，齒圈對(duì)口的接合部偏移，節(jié)圓直徑發(fā)生變化，當(dāng)與小齒輪嚙合時(shí)發(fā)生碰撞，造成傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，后來(lái)我們干脆增加了兩只銷子，情況才有了改善。事實(shí)證明，經(jīng)過(guò)20余年的運(yùn)行，此處也沒(méi)有出現(xiàn)大的問(wèn)題。

改進(jìn)建議：我廠新區(qū)使用的大化機(jī)生產(chǎn)的煅燒爐的大齒圈支座采用的是彈簧板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但運(yùn)行效果比較好，推薦使用這種結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)各大堿廠的使用情況表明，大部分在新?tīng)t子選型方面傾向于選用外返堿式蒸汽煅燒爐，其主要原因是由于其具有技術(shù)成熟、可控性好、操作范圍大等優(yōu)點(diǎn)，其規(guī)格日趨大型化，主機(jī)爐體的驅(qū)動(dòng)基本都采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，操作人員能根據(jù)生產(chǎn)工況隨時(shí)調(diào)控轉(zhuǎn)速。部分生產(chǎn)廠已采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)蒸汽煅燒爐進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控，生產(chǎn)的穩(wěn)定性大大增加。總之，煅燒設(shè)備是否能夠平穩(wěn)運(yùn)行在很大程度上制約了純堿生產(chǎn)的穩(wěn)定性，要根據(jù)發(fā)生的故障情況進(jìn)行及時(shí)分析和合理的改進(jìn)。

隨著設(shè)計(jì)水平和制造技術(shù)的不斷提高，煅燒設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性也越來(lái)越高，發(fā)生大的故障的情況很少，基本上都是一些小的部位頻繁出現(xiàn)的問(wèn)題，干擾和影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在設(shè)計(jì)、選型和改造過(guò)程中，要特別注重結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，以期提高煅燒設(shè)備的穩(wěn)定性。

TQ114.15

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1005-8370(2016)04-17-03

2016-05-13

厲波，化工機(jī)械專業(yè)，歷任永利化工(原天津堿廠)設(shè)備員、主任、科長(zhǎng)、分廠設(shè)備廠長(zhǎng)，現(xiàn)任聚甲醛廠長(zhǎng)，一直從事設(shè)備管理工作。