外返碱煅烧炉的优缺点及常见设备问题

厉 波

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)



技 术 讨 论

外返碱煅烧炉的优缺点及常见设备问题

厉 波

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

煅烧系统设备的稳定运行直接影响到整个纯碱系统生产的稳定，本文对煅烧炉的返碱方式进行比较，对煅烧炉常见设备问题进行了简要分析并提出了部分改进建议。

纯碱；煅烧炉；故障；分析；改进

在纯碱生产中，设备故障率最高的要数煅烧系统，其故障率几乎占到了整个纯碱生产设备故障率的一多半，因此，对煅烧系统设备问题进行分析并合理选型和改进，将对稳定整个纯碱系统的生产具有重要意义。下面结合国内及我厂煅烧系统设备存在的问题进行分析并提出改进建议。

1 各纯碱生产厂煅烧设备的基本概况

1.1 基本情况

目前国内较大型的纯碱厂中，重碱的煅烧基本都采用蒸汽煅烧炉，而蒸汽煅烧炉又分为自身返碱式和外返碱式，自身返碱式煅烧炉靠自带的螺旋通道把成品碱返回炉头，与重碱混合后进入炉内；外返碱式则依靠独立的输送设备把成品碱运到炉头。从各大碱厂的使用情况来看，设备的选型不尽相同， 原杭州龙山化工总厂、青岛碱厂、自贡鸿鹤化工公司等采用的是自身返碱式蒸汽煅烧炉，并且青岛碱厂很早以前还对其炉型申请了专利；而渤化永利(原天津碱厂)、海化集团潍坊碱厂、三友集团唐山碱厂、连云港碱厂、大连碱厂等则采用外返碱式蒸汽煅烧炉。天津碱厂老厂使用的φ3600×3000蒸汽煅烧炉是1987年引进的日本月岛机械公司的产品，为外返碱式，当时号称亚洲最大的炉子，据了解月岛当时已成功做过多台φ3600的炉子。

1.2 自身返碱式与外返碱式煅烧炉的特点比较

1.2.1 自身返碱式煅烧炉的优缺点

自身返碱式煅烧炉靠自身带的螺旋通道把成品碱返回炉头部分，与重碱混合后进入炉内，这种结构比较简单，外围设备少，投资少，运行过程中机械故障少、电能消耗低、维修量小、炉头部位的密封好，这是其显著的优点；但是，它也存在着其固有的缺点：首先，自身返碱式炉子一般采用抛料器把湿重碱抛进炉内，没有混合搅拌装置，返碱与湿料不能充分混合，炉内易结疤，成品中容易夹杂碱球，返碱进炉口的部分容易结疤，许多厂在炉内吊挂有许多链条，以期对湿重碱起到分散作用，但无法进行搅拌混合。另外，返碱量均匀性差不易控制，而且炉体转速及炉内压力都会对返碱量产生影响，使返碱与重碱的比例不能达到最佳值，尽管各生产厂都采取了各种改进措施，但上述问题并没有得到彻底解决。另外，炉体直径比较大时，自身返碱式煅烧炉的返碱螺旋也显得比较庞大，占据了比较大的空间。

图1 自身返碱式煅烧炉示意图(炉体及进出料部分)

1.2.2 外返碱式煅烧炉的优缺点

外返碱式蒸汽煅烧炉一般都在煅烧炉的旁边设有一套返碱装置，返回的成品碱粉进入混料器与湿重碱混合后进入炉内，进入炉内的混合碱粉含游离水一般在8%以下，不容易结疤，返碱量可以通过调节返碱插板阀的开度或调节加料阀的转速实现，使返碱量适应重碱的量。长度比较小的炉型有采用螺旋绞龙作为返碱设备的，其特点是结构简单。大型的一般采用埋刮板输送机，其特点是运输能力大，输送距离可以达到30～60 m，缺点是传动部件太多，故障率高、投资大，运行中相对于自身返碱炉子来说动力消耗有所增加。

图2 外返碱式煅烧炉示意图(炉体及进出料部分)

2 我厂煅烧炉存在的问题及改造情况

我厂老厂生产时用的是4台φ3600×30000的蒸汽煅烧炉，其中有3台是1987年引进日本的，另一台是1990年国产化的同型号的炉子。4台炉子在使用中都出现了大量的问题，经过陆续大约两年的整改后基本稳定了下来，但故障率依然非常高，对整个系统的稳定运行影响非常大。主要存在的问题：

2.1 密封性差

炉头炉后动静环密封性差，造成了物料的损失和环境的严重污染。日本煅烧炉的动静密封环的原始材质都是含油铸铁的，当时国内这种材料价格高、效果也没有什么特殊，后来我厂改为铸青铜，价格还是比较贵，再后来又改为铸铁材质，情况大致相同。原来使用稀润滑油润滑密封面，后来改为润滑脂，效果要好一些。比较突出的问题是静环的跟随性太差，在炉气压力过大时，大量碱粉通过动静环之间的空隙喷薄而出，严重污染环境，在真空状态时大量的空气又进入系统内，冲淡了炉气浓度，直接影响到下一步工序的碳化反应。我们曾经把静环的汽缸去掉改为弹簧结构以增加静环的跟随性，但效果也不是特别理想。外返碱式煅烧炉的炉体前后密封成为了一个令人头疼的问题。

改进建议：通过现场的故障分析，密封失效的主要原因,是由于碱粉进入静环的密封间隙中形成坚硬的结疤，使本应沿轴向具有跟随性的静环座无法移动。重新设计时应重点考虑静环的跟随性，静环座应采用轻型结构，随着目前制造技术水平的提高，可考虑采用金属波纹管膨胀节的方式，将会使密封更加可靠。

2.2 加热管头部的密封问题

蒸汽煅烧炉在开炉初期，其汽室及加热管等空腔部位积存有大量的不冷凝的空气，另一方面蒸汽等各部位也会积存有大量的空气，将随蒸汽进入煅烧炉内，由于炉体为倾斜安装，加热管为一端高另一端低的盲肠结构。进汽和排水都在低端，水蒸汽经换热变成水，而不凝气体会越聚越多，占据了加热管盲端的顶端，使蒸汽无法进入加热管的顶部区域，使这个区域的加热管的温度相对低一些，造成炉头部位的结疤。为避免这种情况的发生，所以大部分蒸汽煅烧炉都设计有不凝汽排放管，并将不凝气管伸出炉头花板，在炉头部汇集，并在开炉初期和运行中定期排放不凝气以提高换热效率。但是，加热管伸出花板孔的头部密封难度极大，主要是由于加热管在运行中由于受蒸汽温度和物料的影响，始终处于伸缩状态，使密封填料很快失效，此处实际上类似于一个动密封。某碱厂曾经把不凝气管全部去掉了，但炉头结疤严重，加热管膨胀受限制，把汽室与炉体的连接螺栓拉断了许多，后来在原花板的表面加了部分暖气片，效果一般。我厂想了很多办法，权衡利弊，最后去掉了两台炉的不凝汽管。不凝汽的排放与否一直存在着争议，为了减少炉头部分的泄漏，目前有些新设计制造的煅烧炉干脆去掉了不凝气管，从实际使用情况来看，除去开炉初期影响头部加热管的温度外，对消耗和传热也并无大碍。

改进建议：为改善现场十分恶劣的环境，还是建议去掉不凝气管。如果你有好的密封方式和密封材料，另当别论。

2.3 驮轮表面损坏严重

表面有块状剥落，主要由于驮轮宽度较小，表面压强大，材料受的应力较大，加上局部材质和硬度不均匀，在运转中产生微小的疲劳裂纹，并逐步扩展脱落。我厂原引进的日本的炉子托轮宽度只有400 mm多，在运行3年后表面就出现裂纹，逐渐发展到掉块，出现坑洼不平的现象，引起炉体振动，尽管我们采取了一系列措施，如：表面光刀、改为石墨润滑方式等，都没有好转迹象。对比潍坊碱厂的煅烧炉，其驮轮宽度尺寸比我厂的大得多，无此情况出现。因此，新炉子的托轮的应力问题不应忽视。

改进建议：设计时尽可能增加支撑托轮的宽度，以减少托轮表面应力。我厂新区的煅烧炉的托轮轴向宽度达到了600 mm多，已经平稳运行了5年多，表面没有发现开裂掉块现象。

2.4 旋转接头(旋转进汽轴)问题

日本蒸汽煅烧炉的进汽排水采用机械式旋转接头，有三个石墨环、两个石墨轴承，结构复杂、密封效果差、故障率非常高，后来我厂借鉴潍坊碱厂原德国炉子的结构，改造了一台填料式后效果比较好，运行平稳，其后逐步把4台炉的旋转接头都改成了填料式的。我厂在新区建设搬迁改造中采用了大连化机厂制造的4台φ3600×30000的蒸汽煅烧炉，其旋转接头也采用了这种结构，投入使用后效果比较好。但曾经有一个厂使用的填料式旋转接头出现进汽管扭转爆炸的严重事故，经笔者分析，除去制造和安装存在的问题外，用于压紧内部填料的铜隔环，其内径与旋转汽轴间的间隙太小也是引起其破坏的重要原因，一般设计人员把间隙设计成单面0.5 mm左右，理论上是没问题的，但在安装和运行中，此间隙有可能变成零，由于铜材比较粘，在高温下极有可能与旋转汽轴摩擦、粘连在一起，造成旋转接头的外壳有扭转的倾向，从而引发事故。为避免类似事故的发生，后来我们把铜环内径与汽轴外径间的单面间隙加大至0.8～1 mm，事实证明使用效果很好，并没有出现因此而造成填料被打出和漏汽的情况。

改进建议：采用结构简单、价格低廉的填料式旋转接头，并适当加大铜环与旋转汽轴间的间隙量。

2.5 大齿圈支座问题

老式的煅烧炉普遍用固定法兰盘支座式，特点是结构简单，但其缺点也是明显的：螺丝极易松动。我厂的原日本煅烧炉，按照设计要求，由于工作时炉体与大齿圈间温度有差值，在齿圈安装完毕后，应把其他的两个定位销子抽掉，改成松动装配的小外径螺栓，这样可以减少受热膨胀后销轴处的应力。但实际情况是：在运行过程中，齿圈中心点与炉体的轴心线偏离，齿圈对口的接合部偏移，节圆直径发生变化，当与小齿轮啮合时发生碰撞，造成传动运转不均匀，后来我们干脆增加了两只销子，情况才有了改善。事实证明，经过20余年的运行，此处也没有出现大的问题。

改进建议：我厂新区使用的大化机生产的煅烧炉的大齿圈支座采用的是弹簧板结构，结构比较复杂，但运行效果比较好，推荐使用这种结构。

3 结 语

根据目前国内各大碱厂的使用情况表明，大部分在新炉子选型方面倾向于选用外返碱式蒸汽煅烧炉，其主要原因是由于其具有技术成熟、可控性好、操作范围大等优点，其规格日趋大型化，主机炉体的驱动基本都采用变频调速驱动，操作人员能根据生产工况随时调控转速。部分生产厂已采用计算机技术对蒸汽煅烧炉进行系统调控，生产的稳定性大大增加。总之，煅烧设备是否能够平稳运行在很大程度上制约了纯碱生产的稳定性，要根据发生的故障情况进行及时分析和合理的改进。

随着设计水平和制造技术的不断提高，煅烧设备的运行稳定性也越来越高，发生大的故障的情况很少，基本上都是一些小的部位频繁出现的问题，干扰和影响到整个系统的稳定运行。因此，在设计、选型和改造过程中，要特别注重结构细节，以期提高煅烧设备的稳定性。

TQ114.15

B

1005-8370(2016)04-17-03

2016-05-13

厉波，化工机械专业，历任永利化工(原天津碱厂)设备员、主任、科长、分厂设备厂长，现任聚甲醛厂长，一直从事设备管理工作。