大型蒸汽煅烧炉滚圈、大齿圈与炉体连接结构设计

张毓科

（天津渤海化工集团规划设计院，天津 300450）

大型蒸汽煅烧炉滚圈、大齿圈与炉体连接结构设计

张毓科

（天津渤海化工集团规划设计院，天津 300450）

分析φ3 600×30 000外返碱式大型蒸汽加热纯碱煅烧炉滚圈、大齿圈与炉体的连接结构存在的缺陷，并在天津碱厂搬迁改造工程设计中进行了优化改进，提高了煅烧炉运行的稳定性。

蒸汽煅烧炉；滚圈；大齿圈；炉体；连接结构；设计

天津碱厂搬迁改造工程的80万t／a联碱装置，2010年11月开始运行，煅烧工序采用4台φ3 600 ×30 000外返碱式大型蒸汽煅烧炉。上世纪80年代，天津碱厂引进了3台φ3 600×30 000大型蒸汽煅烧炉，通过多年的运行，积累了丰富的使用经验。引进煅烧炉存在诸多设计不足，有些问题是致命的，严重地影响了煅烧炉的长周期安全运行，其中滚圈、大齿圈与炉体的连接结构即为影响安全运行的关键问题。在天津碱厂搬迁改造工程设计中，笔者对国内、外各种在用蒸汽煅烧炉滚圈与炉体连接结构进行了探讨研究，找出了问题所在，对滚圈、大齿圈与炉体连接结构进行了优化改进，取得了良好的使用效果。

1 滚圈与炉体的连接结构

1.1 引进煅烧炉滚圈与炉体连接结构

图1 引进炉滚圈与炉体连接结构

引进的煅烧炉炉体外表面设置24组垫板，每组垫板与炉体焊接后加工外圆，垫板外圆与滚圈内圆有0～0.5mm的间隙，待滚圈与炉体装配后将每组垫板外焊接挡块固定滚圈。

其设计理念是考虑滚圈刚性比炉体径向刚性大，当炉体受热后产生径向膨胀，抵消了它们之间的间隙并产生张紧力，使得滚圈随炉体同步转动。对大型重载转动设备，这种连接结构选用不合理，应该说存在严重设计缺陷。投入使用初期没有发现异常，尚能正常运转，但时间不长，滚圈与炉体之间相继出现了松动，噪声增大，导致炉体震动现象，运行中后期，炉体震动加剧，滚圈附近炉体上陆续开始出现多处疲劳裂纹，以至于危及煅烧炉的正常使用，滚圈与炉体连接结构需要经常加固。但由于原始结构设计过于紧凑，周围空间少，给加固工作带来了极大的困难，很难一次性地从根本上解决问题，致使煅烧炉始终存在安全隐患，后期设备始终处于监控运行状态。

煅烧炉的结构存在的主要缺点如下：

1）由于与滚圈连接的炉体局部刚度远远小于滚圈的刚度，使得炉体局部成为弱势；

2）滚圈与炉体结构紧凑，通风散热不好，使得炉体温度接近于炉内温度，理论上滚圈强度有所下降；

3）没有考虑设计、安装、使用中出现的偏差，滚圈径向跳动量无法调节；

4）没有考虑更换滚圈的问题，使用后期，前后滚圈表面陆续出现开裂、脱落等，多家使用单位也存在类似的问题；

由于上述问题的存在，炉体升温、降温及使用等种种原因引起炉体长期震动，最终导致炉体局部产生疲劳，从而使滚圈与炉体之间出现间隙，而且间隙越来越大，造成滚圈与炉体之间产生撞击现象，致使噪声增加，震动进一步加剧，久而久之直接影响煅烧炉的正常平稳运行而又无法彻底维修消除隐患，使用者苦不堪言。

1.2 改进后的滚圈与炉体连接结构

图2 新设计炉滚圈与炉体连接结构

针对天津碱厂引进煅烧炉存在的设计缺陷，借这次天津碱厂搬迁改造时机，笔者做了大量的分析、研究工作，并在最终新设计的φ3 600×30 000外返碱式大型蒸汽加热纯碱煅烧炉中，滚圈与炉体连接结构采用图2结构。其结构特点是：

1）滚圈下方炉体增加了整圈钢结构，大大增加了炉体的局部刚度，炉体局部抗变形能力增强；

2）滚圈与炉体两侧分别采用可调节的楔形垫板，使用过程中可根据需要随时调节，确保滚圈与炉体的同心度，并滚圈与楔形垫板紧密结合；

3）增大了滚圈的结构尺寸，空间尺寸增大，便于使用过程的调节；

4）通气性好，滚圈温度接近环境温度，滚圈强度不受温度的影响；

5）充分考虑了使用后期前后滚圈的更换问题。

2 大齿圈与炉体的连接结构

国内早期的煅烧炉大齿圈采用的基本是侧向螺栓刚性连接。炉体由于温度的变化引起的径向收缩、膨胀问题，这种结构容易导致径向不均匀错位，再加上制造、安装、使用等其它因素，使得大齿圈在运行过程中产生径向跳动量超标，震动加大，直接影响煅烧炉的整体安全运行。

笔者通过对上述问题的综合分析研究，最终在新设计的φ3 600×30 000煅烧炉上，将大齿圈与炉体的连接结构改为图3形式。

图3 新设计炉大齿圈与炉体连接结构

此结构采用沿炉体外面均布24组弹簧板柔性连接，大齿圈与弹簧板、弹簧板与炉体采用螺栓固定。此结构优点十分突出，主要如下：

1）弹簧板采用65Mn弹簧钢制造，具有优越的减震作用，延缓了炉体局部疲劳的进程；

2）由于温度变化过程导致炉体的径向伸缩，由弹簧板吸收，避免了刚性连接可能出现的大齿圈在圈座上错位不对称的可能；

3）安装方便、调节维护便捷；

4）柔性结构设计，隔绝了来自减速机系统的震动，使炉体运行更加平稳。

3 结 语

通过上述两点改进，新装置从2010年11月投入使用，运行非常平稳，情况良好。通过此次改进设计，从根本上消除了引进煅烧炉炉体的设计缺陷，保证了纯碱生产的长周期连续生产，为大型煅烧炉设计、改进提供了可靠的依据。尽管如此，设备在使用过程中的日常维护也十分重要，比如：经常对基础进行测量，根据基础的沉量，及时对托轮装置、传动装置及炉头炉尾密封装置进行调整，只有把不利的因素一一排除，才能保证设备整体的长周期、安全运行。

TQ 114.15

B

1005－8370（2012）02－08－02

2011－12－06

张毓科（1958—），1983年毕业于山东化工学院化工机械专业，高级工程师，注册机械工程师，持有压力容器设计审批人员证书，现任天津渤海化工集团规划设计院副院长，曾参加过化工部《轻灰纯碱蒸汽加热煅烧炉》HG／T 2422－1993的制订工作。