蒸汽煅燒爐滾圈表面質量問題的有效解決方法
——一種新型滾圈雙錐拉緊連接方式的優化設計

(四川礦山機器集團有限責任公司,四川 江油 621701)

1 現 狀

隨著純堿行業規模化推進，純堿設備也朝著批量化大型化發展，尤其是純堿廠的心臟設備——大型蒸汽煅燒爐也得到了迅速的開發和應用，但隨之而來的煅燒爐設備在生產運行過程中也呈現出了一些令人擔憂的問題，尤其是滾圈和托輪表面出現的點蝕凹坑，部分出現波紋狀塑性變形，當這種現象發展到一定程度，爐體便開始出現振動，爐頭部分含塵爐氣外泄，爐尾汽箱局部蒸汽外噴，導致設備不能正常運行，堿廠不得不采取補焊、現場車削等手段進行臨時補救，嚴重時還得更換滾圈和托輪，這不僅給企業造成較大的經濟損失，同時也給企業帶來潛在的安全隱患。

2 原因分析

針對上述現象，業內人士普遍認為是滾圈或托輪出現了質量問題,或滾圈和托輪承載能力不足,或設備安裝未達到行業標準要求，導致滾圈托輪接觸表面疲勞點蝕掉塊或因表面硬度不夠而發生塑性變形。因此為減少或避免生產中不利情況的出現，在許多合同約定中要求滾圈和托輪采用合金鋼鍛件來代替早期的合金鋼鑄件，以達到提升零件整體質量和綜合性能的目的。通過生產運行發現這類高性能配置的滾圈和托輪表面點蝕或塑性變形同樣時有發生。

鑒于此，筆者把思路轉換到煅燒爐的結構上。眾所周知，煅燒爐是一種兩檔支撐的回轉類特種換熱設備，其爐體、換熱系統、物料等全部重量通過滾圈傳遞到支撐裝置，滾圈及托輪承載著煅燒爐回轉部分的全部載荷。電機經減速機和傳動大小齒輪驅動爐體回轉完成爐內物料與高壓蒸汽的連續換熱。外部管線高溫高壓蒸汽經進汽箱內旋轉的進汽軸輸入到爐體內的換熱管，實現與管外物料的熱交換，而換熱產生的冷凝水則沿回水管路通過旋轉汽軸相通的汽箱冷凝水出口輸出；同時爐體內通過熱交換產生的二氧化碳及水蒸汽等氣體經過爐頭出氣罩進入分離器后，堿塵返回爐體內，含塵氣體進入后續的洗滌塔處理后高濃度二氧化碳氣體循環利用， 因此爐尾旋轉汽軸與浮動汽箱、爐頭的爐嘴與殼體間動靜配合處不允許泄漏，才能滿足高濃度的二氧化碳氣體的再利用和避免高溫高壓蒸汽泄漏。這就要求組裝后和正常運行中的回轉體各部分同心，因爐體整體車削且剛性好，其變形影響很小，那么承受著巨大載荷的滾圈與爐體的可靠連接則變得十分關鍵。

目前煅燒爐滾圈與爐體的連接方式總體上有兩類：一類是松套型，即滾圈內孔與爐體外圓墊板之間在冷態下有間歇，正常運行時因熱膨脹而間歇消失，滾圈剛好抱緊爐體,該結構制造簡單，但配合間歇難以控制，故而演變為了滾圈內錐孔與爐體外圓錐形墊板的配合；另一類是錐面配合型，即滾圈內錐孔與爐體上滾圈座外錐體形成無間歇配合連接為一體，這也是目前堿廠普遍采用的結構和本文重點介紹的內容。該類型目前有用于中小型煅燒爐滾圈連接的單錐面(見圖1)和用于大中型煅燒爐滾圈連接的雙錐面(見圖2)兩種結構。

1.滾圈 2.爐體 3.支板 4.滾圈座錐體 5.拉緊螺栓 6.滾圈座法蘭 圖1 單錐面結構

單錐面結構由滾圈、爐體、支板、滾圈座錐體、滾圈座法蘭、拉緊螺栓組成。在爐體上裝配滾圈時，以滾圈座錐體和法蘭作固定基準，通過拉緊螺栓逐步調試滾圈到正確位置并拉緊，因而調整和緊固較為容易，對于大中型煅燒爐而言，由于單錐面承載著爐體的全部載荷，連接螺栓在巨大的外力下產生塑性變形易導致滾圈配合面松動，引發整個爐體振動。

1.滾圈 2.活動斜塊Ⅰ 3.法蘭 4.頂絲螺栓 5.爐體 6.滾圈座 7.支板 8.定位板 9.活動斜塊Ⅱ圖2 雙錐面結構

雙錐面結構由滾圈、爐體、滾圈座、支板、活動斜塊Ⅰ、活動斜塊Ⅱ、頂絲螺栓法蘭、頂絲螺栓組成。其具有雙面承載的作用，故而適合于載荷大的大中型煅燒爐，但其與滾圈內圓配合的對稱活動斜塊Ⅰ和活動斜塊Ⅱ均為不固定，裝配時滾圈在軸向需要進行粗略定位，徑向調整完全依靠滾圈座兩側固定的法蘭上的頂絲螺栓對滾圈內孔兩側對稱的活動斜塊的頂緊力來完成，其軸向和徑向定位均不方便，而且頂絲螺栓的頂緊力較小，會耗費較多時間,在設備運行過程中，因爐體熱脹冷縮和交變載荷作用下，與滾圈配合的兩側活動斜塊在周期性作用力下對頂絲螺栓產生沖擊，久而久之滾圈與活動斜塊配合松動，在初期爐體出現微小振動，不易察覺，但這種振動沖擊力是可怕的，其會造成滾圈和托輪表面巨大的瞬間接觸應力，如超過極限應力，部分就會出現疲勞點蝕掉塊形成凹坑；部分會形成條紋狀塑性變形，若不及時處理，這種狀況進一步惡化，爐體便出現明顯的振動，反過來滾圈及托輪接觸表面破壞加劇，會嚴重影響設備的正常運行并帶來安全隱患。

3 解決方案及應用

筆者通過分析比較，綜合單錐可靠的定位拉緊和承載能力大的雙錐面兩種結構的優點開發設計出了一種新型雙錐結構(見圖3)。

本結構主要由固定在爐體上的滾圈座以及固定在滾圈座上的法蘭和固定斜塊、滾圈、定位螺栓、拉緊螺柱、活動斜塊等組成。在工廠或施工現場裝配時，首先將加工好的滾圈套裝在固定斜塊上，以滾圈座法蘭端面為基準，通過其上面的定位螺栓將滾圈調正并緊固， 接著裝入活動斜塊和拉緊螺柱螺母并逐個均勻拉緊，轉動爐體檢查滾圈端面和徑向跳動，如未達到要求，可通過定位螺栓繼續調整到合格為止，并緊固拉緊螺柱。在熱態試車運行過程中或試車完畢一段時間后，對滾圈端面和徑向跳動進行復查，并逐個檢查滾圈拉緊螺柱是否松動，如有必要，則通過定位螺栓對滾圈進行微調并緊固拉緊螺柱即可。因該結構定位準確，固緊力大，在熱脹冷縮過程中滾圈位置公差變化微小，滾圈與滾圈座配合不易松動，從而避免了振動沖擊所帶來的滾圈和托輪接觸表面的破壞。

1.滾圈 2.固定斜塊 3.定位螺栓 4.滾圈座法蘭 5.拉緊螺柱 6.爐體 7.滾圈座 8.支板 9.定位板 10.活動斜塊圖3 新型雙錐結構

本文所述新型結構首次運用于φ3000輕灰自身返堿蒸汽煅燒爐，現已成功運行兩年多，滾圈和托輪表面接觸良好，并無點蝕及塑性變形現象發生，而且爐體運轉平穩，整個煅燒爐密封效果好，工作環境清爽舒適。同時因該結構滾圈連接緊固性好，維護檢修工作量大幅減少，設備運轉率也大大提高，給用戶帶來可觀的經濟效益。