關(guān)于尾渣冷卻爐防撞結(jié)構(gòu)及冷卻的優(yōu)化設(shè)計

劉苗苗 ， 張明軍 ， 陳佳妮 ， 楊玉慧 ， 董立英 ， 張 輝

(多氟多新材料股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

螢石和硫酸反應(yīng)制取氫氟酸的生產(chǎn)工藝中，螢石和硫酸先后在預(yù)反應(yīng)器、反應(yīng)爐中反應(yīng)后產(chǎn)生尾渣，尾渣通過出渣螺旋輸送至下一步工序冷卻排渣。

為防止尾渣在尾渣冷卻爐內(nèi)結(jié)塊結(jié)殼，從而影響冷卻效果，尾渣冷卻爐內(nèi)有自由螺旋破渣螺旋，尾渣冷卻爐在正常運轉(zhuǎn)過程中，尾渣向爐尾流動，自由破渣螺旋隨爐體的轉(zhuǎn)動沿爐壁向爐前滾動，起到破碎尾渣和預(yù)防尾渣結(jié)壁的作用。同時，破碎后的尾渣粒度變小，比表面積增大，使得冷卻效果也進一步加強。冷卻后的尾渣從出料箱一側(cè)進入，從下部出口自動流出，從而實現(xiàn)了整個冷卻排渣過程，冷卻后的尾渣成常態(tài)化，不會再發(fā)生二次污染反應(yīng)。

1 問題分析

1.1 自由破渣螺旋撞擊出料箱原因分析

在尾渣輸送和冷卻過程中，尾渣冷卻爐為動態(tài)設(shè)備，出料箱為靜態(tài)設(shè)備。要把一動一靜兩臺設(shè)備無縫結(jié)合，設(shè)計上采用了石墨彈簧密封銜接。彈簧起到緊固出料箱和爐體作用，隨爐體的轉(zhuǎn)動松弛有度，預(yù)防了物料的泄漏；石墨起到潤滑密封作用，降低出料箱和爐體的硬性摩擦，延長了設(shè)備的使用壽命。作為爐內(nèi)的自由破渣螺旋，正常情況下，冷卻爐停車時不會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，但系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況急停車時會導(dǎo)致尾渣冷卻爐反轉(zhuǎn)。長時間生產(chǎn)過程中，由于爐體較重，生產(chǎn)停車時由于慣性作用尾渣冷卻爐也會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速較快，會發(fā)生自由螺旋向爐尾旋轉(zhuǎn)或甩向爐尾，撞擊與尾渣冷卻爐爐尾連接的出料箱。而出料箱僅靠彈簧密封件與爐體連接，所以會導(dǎo)致自由破渣螺旋撞掉出料箱，竄出爐體外部，不僅會損壞設(shè)備，還會造成極大的安全隱患。

1.2 冷卻效果差原因分析

無水氫氟酸生產(chǎn)工藝中，硫酸和螢石的配比是確保反應(yīng)能否完全的重要因素。硫酸和螢石通過一定配比下到回轉(zhuǎn)窯中進行反應(yīng)。根據(jù)硫酸和氟化鈣的化學(xué)反應(yīng)方程式，螢石和硫酸配比應(yīng)遵循當(dāng)量定律n(H2SO4)∶n(CaF2)=1.256 ( 物質(zhì)的量比) 。在生產(chǎn)操作時，根據(jù)工藝條件和原料規(guī)格的不同，應(yīng)扣除副反應(yīng)水分轉(zhuǎn)化硫酸這一因素，螢石按照四級品計算，則實際配比為1.212。

為確保過量的硫酸和反應(yīng)后夾帶的微量氟化氫氣體不腐蝕尾渣冷卻爐，在尾渣進入尾渣冷卻爐之前會加入消石灰進行中和，此時尾渣除了從反應(yīng)后夾帶的熱量，還有消石灰和尾渣中和時釋放的熱量，因此尾渣冷卻效果好與壞，也是保護環(huán)境的重要因素之一。結(jié)合實際生產(chǎn)，就原設(shè)計的冷卻水進水方式、長方體冷卻循環(huán)夾套的外形、存水量及安裝角度作調(diào)整后，實現(xiàn)了進一步優(yōu)化冷卻效果的目的。

2 對策方案

2.1 擋環(huán)設(shè)計可行性分析

基于尾渣冷卻爐內(nèi)自由破渣螺旋出現(xiàn)撞擊出料箱的原因，在理論數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實際，設(shè)計了一種阻擋自由破渣螺旋撞擊出料箱的裝置結(jié)構(gòu)——擋環(huán)。經(jīng)實踐證明，擋環(huán)的設(shè)計安裝取得了良好效果。以尾渣冷卻爐內(nèi)直徑D=2 200 mm為例，其擋環(huán)外直徑D1=2 190 mm，擋環(huán)內(nèi)直徑D3=1 850 mm，擋環(huán)環(huán)周出料口內(nèi)直徑D2=2 000 mm，環(huán)周單個出料孔夾角α為25°?？芍籂t體內(nèi)截面積3.8 m2；環(huán)周8個出料孔截面積0.347 74 m2，環(huán)周8個盲區(qū)截面積0.27 716 m2?？傻茫何锪贤ㄟ^率9.15%；物料填充率7.3%；由于物料通過率>物料填充率，方案能滿足正常生產(chǎn)，因此該擋環(huán)設(shè)計成立。

擋環(huán)示意圖見圖1。

圖1 擋環(huán)示意圖

2.2 擋環(huán)設(shè)計

物料尾渣從反應(yīng)爐出渣螺旋，經(jīng)中和進料螺旋輸送進入尾渣冷卻爐，而消石灰由計量螺旋輸送進入中和進料螺旋，在螺旋內(nèi)和尾渣中和反應(yīng)后再進入尾渣冷卻爐；同時物料尾渣在尾渣冷卻爐內(nèi)經(jīng)全面冷卻后，達到常溫狀態(tài)，徹底消除了二次反應(yīng)所造成的污染。基于以上整個尾渣處理過程和處理后物料呈中性或弱酸性的特點以及爐體材質(zhì)，擋環(huán)本體和加強筋材質(zhì)選用了Q235A，厚度均為16 mm。擋環(huán)外形類似水泵聯(lián)軸器減震塊，本擋環(huán)設(shè)計為八角，其物料通過率大于物料充填率，能維持正常的生產(chǎn)秩序。擋環(huán)在尾渣冷卻爐內(nèi)后置于出料箱之前位置，見圖2。

①尾渣冷卻爐 ②出料箱 ③擋環(huán) ④自由破渣螺旋

2.3 流水堰設(shè)計

原尾渣冷卻爐的冷卻循環(huán)夾套設(shè)計為不帶頂部蓋板的長方體，從外觀上來看，和尾渣冷卻爐渾然一體，現(xiàn)場效果較好，使用效果略有欠缺。①長方體冷卻循環(huán)夾套置于尾渣冷卻爐兩滾帶之間，尾渣冷卻爐沿長方體冷卻循環(huán)夾套軸向從兩端穿出，尾渣冷卻爐爐體下端面距離長方體冷卻循環(huán)夾套底部兩端約200 mm。而設(shè)計要求尾渣冷卻爐從進料端向出料端傾斜1%，冷卻循環(huán)夾套也出現(xiàn)1%的傾斜，導(dǎo)致冷卻循環(huán)夾套底部的水集中向出料端傾斜，尾渣冷卻爐中間段前端缺水，不能很好地達到冷卻的目的?，F(xiàn)設(shè)計尾渣冷卻爐保持1%的傾斜度，冷卻循環(huán)夾套軸向按水平安裝，將冷卻循環(huán)夾套沿軸向前后端預(yù)留出高度差，確保冷卻循環(huán)夾套底部的水均布，使得尾渣冷卻爐冷卻段前后均能和冷卻循環(huán)水密切接觸。②循環(huán)夾套頂部噴淋設(shè)計的是引流管，引流管橫向中心線以下設(shè)計噴淋孔，實際生產(chǎn)中往往會出現(xiàn)結(jié)垢堵塞噴淋孔的情況?，F(xiàn)改為流水堰，見圖3，由于流水堰上半部是敞口式，在一定程度上也起到冷卻降溫的作用。

圖3 流水堰示意圖

3 結(jié)語

根據(jù)本行業(yè)的特殊性進行針對性的設(shè)計改良，能夠讓整個行業(yè)受益。針對無機氟化鹽生產(chǎn)裝備(氫氟酸尾渣冷卻爐)內(nèi)自由破渣螺旋撞擊出料箱及冷卻效果差的問題進行了分析，并制定了行之有效的解決方案，效果良好，可以為本行業(yè)同類問題提供借鑒。