外返堿煅燒爐的優(yōu)缺點及常見設備問題

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 討 論

外返堿煅燒爐的優(yōu)缺點及常見設備問題

厲 波

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

煅燒系統(tǒng)設備的穩(wěn)定運行直接影響到整個純堿系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定，本文對煅燒爐的返堿方式進行比較，對煅燒爐常見設備問題進行了簡要分析并提出了部分改進建議。

純堿；煅燒爐；故障；分析；改進

在純堿生產(chǎn)中，設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純堿生產(chǎn)設備故障率的一多半，因此，對煅燒系統(tǒng)設備問題進行分析并合理選型和改進，將對穩(wěn)定整個純堿系統(tǒng)的生產(chǎn)具有重要意義。下面結合國內(nèi)及我廠煅燒系統(tǒng)設備存在的問題進行分析并提出改進建議。

1 各純堿生產(chǎn)廠煅燒設備的基本概況

1.1 基本情況

目前國內(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，與重堿混合后進入爐內(nèi)；外返堿式則依靠獨立的輸送設備把成品堿運到爐頭。從各大堿廠的使用情況來看，設備的選型不盡相同， 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其爐型申請了專利；而渤化永利(原天津堿廠)、海化集團濰坊堿廠、三友集團唐山堿廠、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年引進的日本月島機械公司的產(chǎn)品，為外返堿式，當時號稱亞洲最大的爐子，據(jù)了解月島當時已成功做過多臺φ3600的爐子。

1.2 自身返堿式與外返堿式煅燒爐的特點比較

1.2.1 自身返堿式煅燒爐的優(yōu)缺點

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，與重堿混合后進入爐內(nèi)，這種結構比較簡單，外圍設備少，投資少，運行過程中機械故障少、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；但是，它也存在著其固有的缺點：首先，自身返堿式爐子一般采用拋料器把濕重堿拋進爐內(nèi)，沒有混合攪拌裝置，返堿與濕料不能充分混合，爐內(nèi)易結疤，成品中容易夾雜堿球，返堿進爐口的部分容易結疤，許多廠在爐內(nèi)吊掛有許多鏈條，以期對濕重堿起到分散作用，但無法進行攪拌混合。另外，返堿量均勻性差不易控制，而且爐體轉速及爐內(nèi)壓力都會對返堿量產(chǎn)生影響，使返堿與重堿的比例不能達到最佳值，盡管各生產(chǎn)廠都采取了各種改進措施，但上述問題并沒有得到徹底解決。另外，爐體直徑比較大時，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(爐體及進出料部分)

1.2.2 外返堿式煅燒爐的優(yōu)缺點

外返堿式蒸汽煅燒爐一般都在煅燒爐的旁邊設有一套返堿裝置，返回的成品堿粉進入混料器與濕重堿混合后進入爐內(nèi)，進入爐內(nèi)的混合堿粉含游離水一般在8%以下，不容易結疤，返堿量可以通過調(diào)節(jié)返堿插板閥的開度或調(diào)節(jié)加料閥的轉速實現(xiàn)，使返堿量適應重堿的量。長度比較小的爐型有采用螺旋絞龍作為返堿設備的，其特點是結構簡單。大型的一般采用埋刮板輸送機，其特點是運輸能力大，輸送距離可以達到30～60 m，缺點是傳動部件太多，故障率高、投資大，運行中相對于自身返堿爐子來說動力消耗有所增加。

圖2 外返堿式煅燒爐示意圖(爐體及進出料部分)

2 我廠煅燒爐存在的問題及改造情況

我廠老廠生產(chǎn)時用的是4臺φ3600×30000的蒸汽煅燒爐，其中有3臺是1987年引進日本的，另一臺是1990年國產(chǎn)化的同型號的爐子。4臺爐子在使用中都出現(xiàn)了大量的問題，經(jīng)過陸續(xù)大約兩年的整改后基本穩(wěn)定了下來，但故障率依然非常高，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行影響非常大。主要存在的問題：

2.1 密封性差

爐頭爐后動靜環(huán)密封性差，造成了物料的損失和環(huán)境的嚴重污染。日本煅燒爐的動靜密封環(huán)的原始材質(zhì)都是含油鑄鐵的，當時國內(nèi)這種材料價格高、效果也沒有什么特殊，后來我廠改為鑄青銅，價格還是比較貴，再后來又改為鑄鐵材質(zhì)，情況大致相同。原來使用稀潤滑油潤滑密封面，后來改為潤滑脂，效果要好一些。比較突出的問題是靜環(huán)的跟隨性太差，在爐氣壓力過大時，大量堿粉通過動靜環(huán)之間的空隙噴薄而出，嚴重污染環(huán)境，在真空狀態(tài)時大量的空氣又進入系統(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。我們曾經(jīng)把靜環(huán)的汽缸去掉改為彈簧結構以增加靜環(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令人頭疼的問題。

改進建議：通過現(xiàn)場的故障分析，密封失效的主要原因,是由于堿粉進入靜環(huán)的密封間隙中形成堅硬的結疤，使本應沿軸向具有跟隨性的靜環(huán)座無法移動。重新設計時應重點考慮靜環(huán)的跟隨性，靜環(huán)座應采用輕型結構，隨著目前制造技術水平的提高，可考慮采用金屬波紋管膨脹節(jié)的方式，將會使密封更加可靠。

2.2 加熱管頭部的密封問題

蒸汽煅燒爐在開爐初期，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積存有大量的空氣，將隨蒸汽進入煅燒爐內(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構。進汽和排水都在低端，水蒸汽經(jīng)換熱變成水，而不凝氣體會越聚越多，占據(jù)了加熱管盲端的頂端，使蒸汽無法進入加熱管的頂部區(qū)域，使這個區(qū)域的加熱管的溫度相對低一些，造成爐頭部位的結疤。為避免這種情況的發(fā)生，所以大部分蒸汽煅燒爐都設計有不凝汽排放管，并將不凝氣管伸出爐頭花板，在爐頭部匯集，并在開爐初期和運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，此處實際上類似于一個動密封。某堿廠曾經(jīng)把不凝氣管全部去掉了，但爐頭結疤嚴重，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，權衡利弊，最后去掉了兩臺爐的不凝汽管。不凝汽的排放與否一直存在著爭議，為了減少爐頭部分的泄漏，目前有些新設計制造的煅燒爐干脆去掉了不凝氣管，從實際使用情況來看，除去開爐初期影響頭部加熱管的溫度外，對消耗和傳熱也并無大礙。

改進建議：為改善現(xiàn)場十分惡劣的環(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，另當別論。

2.3 馱輪表面損壞嚴重

表面有塊狀剝落，主要由于馱輪寬度較小，表面壓強大，材料受的應力較大，加上局部材質(zhì)和硬度不均勻，在運轉中產(chǎn)生微小的疲勞裂紋，并逐步擴展脫落。我廠原引進的日本的爐子托輪寬度只有400 mm多，在運行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，盡管我們采取了一系列措施，如：表面光刀、改為石墨潤滑方式等，都沒有好轉跡象。對比濰坊堿廠的煅燒爐，其馱輪寬度尺寸比我廠的大得多，無此情況出現(xiàn)。因此，新爐子的托輪的應力問題不應忽視。

改進建議：設計時盡可能增加支撐托輪的寬度，以減少托輪表面應力。我廠新區(qū)的煅燒爐的托輪軸向寬度達到了600 mm多，已經(jīng)平穩(wěn)運行了5年多，表面沒有發(fā)現(xiàn)開裂掉塊現(xiàn)象。

2.4 旋轉接頭(旋轉進汽軸)問題

日本蒸汽煅燒爐的進汽排水采用機械式旋轉接頭，有三個石墨環(huán)、兩個石墨軸承，結構復雜、密封效果差、故障率非常高，后來我廠借鑒濰坊堿廠原德國爐子的結構，改造了一臺填料式后效果比較好，運行平穩(wěn)，其后逐步把4臺爐的旋轉接頭都改成了填料式的。我廠在新區(qū)建設搬遷改造中采用了大連化機廠制造的4臺φ3600×30000的蒸汽煅燒爐，其旋轉接頭也采用了這種結構，投入使用后效果比較好。但曾經(jīng)有一個廠使用的填料式旋轉接頭出現(xiàn)進汽管扭轉爆炸的嚴重事故，經(jīng)筆者分析，除去制造和安裝存在的問題外，用于壓緊內(nèi)部填料的銅隔環(huán)，其內(nèi)徑與旋轉汽軸間的間隙太小也是引起其破壞的重要原因，一般設計人員把間隙設計成單面0.5 mm左右，理論上是沒問題的，但在安裝和運行中，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汽軸摩擦、粘連在一起，造成旋轉接頭的外殼有扭轉的傾向，從而引發(fā)事故。為避免類似事故的發(fā)生，后來我們把銅環(huán)內(nèi)徑與汽軸外徑間的單面間隙加大至0.8～1 mm，事實證明使用效果很好，并沒有出現(xiàn)因此而造成填料被打出和漏汽的情況。

改進建議：采用結構簡單、價格低廉的填料式旋轉接頭，并適當加大銅環(huán)與旋轉汽軸間的間隙量。

2.5 大齒圈支座問題

老式的煅燒爐普遍用固定法蘭盤支座式，特點是結構簡單，但其缺點也是明顯的：螺絲極易松動。我廠的原日本煅燒爐，按照設計要求，由于工作時爐體與大齒圈間溫度有差值，在齒圈安裝完畢后，應把其他的兩個定位銷子抽掉，改成松動裝配的小外徑螺栓，這樣可以減少受熱膨脹后銷軸處的應力。但實際情況是：在運行過程中，齒圈中心點與爐體的軸心線偏離，齒圈對口的接合部偏移，節(jié)圓直徑發(fā)生變化，當與小齒輪嚙合時發(fā)生碰撞，造成傳動運轉不均勻，后來我們干脆增加了兩只銷子，情況才有了改善。事實證明，經(jīng)過20余年的運行，此處也沒有出現(xiàn)大的問題。

改進建議：我廠新區(qū)使用的大化機生產(chǎn)的煅燒爐的大齒圈支座采用的是彈簧板結構，結構比較復雜，但運行效果比較好，推薦使用這種結構。

3 結 語

根據(jù)目前國內(nèi)各大堿廠的使用情況表明，大部分在新爐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成熟、可控性好、操作范圍大等優(yōu)點，其規(guī)格日趨大型化，主機爐體的驅動基本都采用變頻調(diào)速驅動，操作人員能根據(jù)生產(chǎn)工況隨時調(diào)控轉速。部分生產(chǎn)廠已采用計算機技術對蒸汽煅燒爐進行系統(tǒng)調(diào)控，生產(chǎn)的穩(wěn)定性大大增加。總之，煅燒設備是否能夠平穩(wěn)運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)生的故障情況進行及時分析和合理的改進。

隨著設計水平和制造技術的不斷提高，煅燒設備的運行穩(wěn)定性也越來越高，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)的問題，干擾和影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，在設計、選型和改造過程中，要特別注重結構細節(jié)，以期提高煅燒設備的穩(wěn)定性。

TQ114.15

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1005-8370(2016)04-17-03

2016-05-13

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