蒸汽煅烧炉滚圈表面质量问题的有效解决方法——一种新型滚圈双锥拉紧连接方式的优化设计

(四川矿山机器集团有限责任公司,四川 江油 621701)

1 现 状

随着纯碱行业规模化推进，纯碱设备也朝着批量化大型化发展，尤其是纯碱厂的心脏设备——大型蒸汽煅烧炉也得到了迅速的开发和应用，但随之而来的煅烧炉设备在生产运行过程中也呈现出了一些令人担忧的问题，尤其是滚圈和托轮表面出现的点蚀凹坑，部分出现波纹状塑性变形，当这种现象发展到一定程度，炉体便开始出现振动，炉头部分含尘炉气外泄，炉尾汽箱局部蒸汽外喷，导致设备不能正常运行，碱厂不得不采取补焊、现场车削等手段进行临时补救，严重时还得更换滚圈和托轮，这不仅给企业造成较大的经济损失，同时也给企业带来潜在的安全隐患。

2 原因分析

针对上述现象，业内人士普遍认为是滚圈或托轮出现了质量问题,或滚圈和托轮承载能力不足,或设备安装未达到行业标准要求，导致滚圈托轮接触表面疲劳点蚀掉块或因表面硬度不够而发生塑性变形。因此为减少或避免生产中不利情况的出现，在许多合同约定中要求滚圈和托轮采用合金钢锻件来代替早期的合金钢铸件，以达到提升零件整体质量和综合性能的目的。通过生产运行发现这类高性能配置的滚圈和托轮表面点蚀或塑性变形同样时有发生。

鉴于此，笔者把思路转换到煅烧炉的结构上。众所周知，煅烧炉是一种两档支撑的回转类特种换热设备，其炉体、换热系统、物料等全部重量通过滚圈传递到支撑装置，滚圈及托轮承载着煅烧炉回转部分的全部载荷。电机经减速机和传动大小齿轮驱动炉体回转完成炉内物料与高压蒸汽的连续换热。外部管线高温高压蒸汽经进汽箱内旋转的进汽轴输入到炉体内的换热管，实现与管外物料的热交换，而换热产生的冷凝水则沿回水管路通过旋转汽轴相通的汽箱冷凝水出口输出；同时炉体内通过热交换产生的二氧化碳及水蒸汽等气体经过炉头出气罩进入分离器后，碱尘返回炉体内，含尘气体进入后续的洗涤塔处理后高浓度二氧化碳气体循环利用， 因此炉尾旋转汽轴与浮动汽箱、炉头的炉嘴与壳体间动静配合处不允许泄漏，才能满足高浓度的二氧化碳气体的再利用和避免高温高压蒸汽泄漏。这就要求组装后和正常运行中的回转体各部分同心，因炉体整体车削且刚性好，其变形影响很小，那么承受着巨大载荷的滚圈与炉体的可靠连接则变得十分关键。

目前煅烧炉滚圈与炉体的连接方式总体上有两类：一类是松套型，即滚圈内孔与炉体外圆垫板之间在冷态下有间歇，正常运行时因热膨胀而间歇消失，滚圈刚好抱紧炉体,该结构制造简单，但配合间歇难以控制，故而演变为了滚圈内锥孔与炉体外圆锥形垫板的配合；另一类是锥面配合型，即滚圈内锥孔与炉体上滚圈座外锥体形成无间歇配合连接为一体，这也是目前碱厂普遍采用的结构和本文重点介绍的内容。该类型目前有用于中小型煅烧炉滚圈连接的单锥面(见图1)和用于大中型煅烧炉滚圈连接的双锥面(见图2)两种结构。

1.滚圈 2.炉体 3.支板 4.滚圈座锥体 5.拉紧螺栓 6.滚圈座法兰 图1 单锥面结构

单锥面结构由滚圈、炉体、支板、滚圈座锥体、滚圈座法兰、拉紧螺栓组成。在炉体上装配滚圈时，以滚圈座锥体和法兰作固定基准，通过拉紧螺栓逐步调试滚圈到正确位置并拉紧，因而调整和紧固较为容易，对于大中型煅烧炉而言，由于单锥面承载着炉体的全部载荷，连接螺栓在巨大的外力下产生塑性变形易导致滚圈配合面松动，引发整个炉体振动。

1.滚圈 2.活动斜块Ⅰ 3.法兰 4.顶丝螺栓 5.炉体 6.滚圈座 7.支板 8.定位板 9.活动斜块Ⅱ图2 双锥面结构

双锥面结构由滚圈、炉体、滚圈座、支板、活动斜块Ⅰ、活动斜块Ⅱ、顶丝螺栓法兰、顶丝螺栓组成。其具有双面承载的作用，故而适合于载荷大的大中型煅烧炉，但其与滚圈内圆配合的对称活动斜块Ⅰ和活动斜块Ⅱ均为不固定，装配时滚圈在轴向需要进行粗略定位，径向调整完全依靠滚圈座两侧固定的法兰上的顶丝螺栓对滚圈内孔两侧对称的活动斜块的顶紧力来完成，其轴向和径向定位均不方便，而且顶丝螺栓的顶紧力较小，会耗费较多时间,在设备运行过程中，因炉体热胀冷缩和交变载荷作用下，与滚圈配合的两侧活动斜块在周期性作用力下对顶丝螺栓产生冲击，久而久之滚圈与活动斜块配合松动，在初期炉体出现微小振动，不易察觉，但这种振动冲击力是可怕的，其会造成滚圈和托轮表面巨大的瞬间接触应力，如超过极限应力，部分就会出现疲劳点蚀掉块形成凹坑；部分会形成条纹状塑性变形，若不及时处理，这种状况进一步恶化，炉体便出现明显的振动，反过来滚圈及托轮接触表面破坏加剧，会严重影响设备的正常运行并带来安全隐患。

3 解决方案及应用

笔者通过分析比较，综合单锥可靠的定位拉紧和承载能力大的双锥面两种结构的优点开发设计出了一种新型双锥结构(见图3)。

本结构主要由固定在炉体上的滚圈座以及固定在滚圈座上的法兰和固定斜块、滚圈、定位螺栓、拉紧螺柱、活动斜块等组成。在工厂或施工现场装配时，首先将加工好的滚圈套装在固定斜块上，以滚圈座法兰端面为基准，通过其上面的定位螺栓将滚圈调正并紧固， 接着装入活动斜块和拉紧螺柱螺母并逐个均匀拉紧，转动炉体检查滚圈端面和径向跳动，如未达到要求，可通过定位螺栓继续调整到合格为止，并紧固拉紧螺柱。在热态试车运行过程中或试车完毕一段时间后，对滚圈端面和径向跳动进行复查，并逐个检查滚圈拉紧螺柱是否松动，如有必要，则通过定位螺栓对滚圈进行微调并紧固拉紧螺柱即可。因该结构定位准确，固紧力大，在热胀冷缩过程中滚圈位置公差变化微小，滚圈与滚圈座配合不易松动，从而避免了振动冲击所带来的滚圈和托轮接触表面的破坏。

1.滚圈 2.固定斜块 3.定位螺栓 4.滚圈座法兰 5.拉紧螺柱 6.炉体 7.滚圈座 8.支板 9.定位板 10.活动斜块图3 新型双锥结构

本文所述新型结构首次运用于φ3000轻灰自身返碱蒸汽煅烧炉，现已成功运行两年多，滚圈和托轮表面接触良好，并无点蚀及塑性变形现象发生，而且炉体运转平稳，整个煅烧炉密封效果好，工作环境清爽舒适。同时因该结构滚圈连接紧固性好，维护检修工作量大幅减少，设备运转率也大大提高，给用户带来可观的经济效益。