浅谈高原地区轻质纯碱冷却用凉碱炉技术改造

铁 城，杨文忠，乔永奇，张世伟，张 钰

(中盐青海昆仑碱业有限公司，青海德令哈 817099)

中盐青海昆仑碱业有限公司原设计生产能力为年产100万t纯碱，近年来，中盐青海昆仑碱业通过提质增效、填平补齐等方式，规模优势明显，经济效益持续提升，从建厂的年产100万t纯碱扩产到现在的年产150万t。产能规模的扩大对各设备长周期平稳运行提出了更高的要求，而轻灰凉碱炉的运行在这几年确实成为了生产的瓶颈问题，制约了生产。

我公司煅烧车间重灰工序使用的一台轻灰凉碱炉规格型号为φ2500×27000，由三门峡化工机械有限公司生产制造并安装。于2011年7月份安装完成并投入使用，在后期的使用过程中，发现影响生产最多的问题就是炉尾冷却水管焊缝频繁开裂漏水，被迫停炉处理；托轮、滚圈磨损快且严重，平均一年一次安排大修，生产负荷被迫安排调整。为此我公司利用生产减负荷的机会，对轻灰凉碱炉进行了一些改造，已消除影响生产的制约问题逐一解决。

1 凉碱炉的基本参数

1.1 工艺参数

轻灰凉碱炉能力：1 600～1 800 t/d·台 (66～75 t/h·台)冷却水：压力0.3 MPa(G)，进水温度40 ℃，出水温度50 ℃。炉内冷却采用软水，软水的冷量来自与循环水的换热。

1.2 设备参数

规格：φ2500×27000

炉体转速：工作时7.2 r/min，调试时0.4 r/min

炉体壳程温度：180 ℃

管程温度：70 ℃

炉体内操作压力：常压

换热面积：855 m2

炉体安装斜度：3%

大齿轮：Z=140，Mn=28，材质ZG310-570

小齿轮：Z=21，Mn=28，材质45锻件

2 存在问题

2.1 冷却水管直管焊缝根部处开裂频繁

轻灰凉碱炉炉体材料采用Q235-A ，炉体分两段制造，在φ4500×35000高精度卧式筒体车床上进行整体加工。炉内设有三排冷却水管, 通过管架固定在炉体上, 内层、中层冷却水管通过弯头与外层冷却管相连, 内层、中层为软水进水管, 外层为软水出水管。冷却水管型号依次为φ76×4, 40根;φ89×4, 40根;φ114×4, 40根, 材质均为20#钢。凉碱炉自安装使用以来，冷却水管漏水补焊、加固处理多次，造成生产波动及负荷受限。凉碱炉原设计炉尾水轴进水管线为L=750 mm的直管段，如图1所示，冷却水经直管段向炉内环管分散，再由环管向每一根冷却水管分布。软水在三排冷却管内与炉内轻质纯碱发生热交换, 达到冷却的目的。进炉的轻质纯碱温度一般为≤160 ℃, 出碱温度为75～85 ℃。

图1 炉尾水轴进水管

当高温轻质纯碱进入炉内时, 粗管处于炉壁最低层。高温碱先堆积于底部, 且粗管中水是经过细、中管加热后的回水, 故t粗温度大于t细和t中的温度。随着碱量的增加, 炉内温度的升高,t细、t中将逐渐升高, 因此, 首先粗管受热伸长量较大, 而细、中管伸长量较小。在运行过程中, 由于碱温的变化, 碱量的多少,t粗、t细、t中管温度变化的时差将使焊缝处承受或拉或压的应力, 最终使之开裂。在生产中, 随生产量大小的变化以及开停炉因素的影响, 这种类似变化将反复发生, 而每次开裂的发生点大多在直管焊缝根部处。

2.2 滚圈和托轮的接触面积偏小，导致滚圈和托轮损坏频繁

轻灰凉碱炉自投产运行至改造前，滚圈和托轮损坏频繁，每年都要大修更换，维修频繁且成本高，经我公司组织相关技术人员和咨询国内纯碱行业的专家认真分析后，判断造成此现象的主要原因是由于滚圈和托轮的接触面积偏小。通过现场测量，决定对轻灰凉碱炉滚圈和托轮尺寸进行改动，从而达到增大托轮滚圈接触面积的目的，减少维修成本和维修次数，提高使用寿命，保证轻灰凉碱炉的平稳运行。

3 技改内容

3.1 冷却水管采用S形弯管

依据分析结果, 决定将冷却回水管连结方式改为图2所示形式。通过这种改变,可以达到消除交变应力集中点, 将应力主要散布于S形弯管和一段圆弧上的目的, 从而减少了图1中焊缝开裂的现象。

图2 冷却回水管连接

图3 S管焊接示意图

3.2 增大滚圈和托轮宽度

通过增大轻灰凉碱炉托轮、滚圈的宽度，从而达到增加托轮、滚圈接触面积的目的。

2019年5月12日，轻灰凉碱炉正式开始改造，由原设计厂家三门峡化机有限公司改造。原设计轻灰凉碱炉托轮直径为φ800，托轮宽度为380 mm，滚圈直径为φ2950，滚圈宽度为360 mm，两托轮中心距为1 875 mm。通过现场测量和计算，可将托轮直径由φ800增加到φ1000，滚圈由φ2950增加到φ2990(滚圈单边增加20 mm)，前后托轮宽度增加到500 mm，前滚圈接触宽度增加到460 mm，后滚圈接触宽度增加到480 mm。考虑到凉碱炉自身倾斜角度的存在，后托轮承受的载荷比前托轮要重，故将后滚圈的宽度比前滚圈加宽20 mm，目的是增大后滚圈与后托轮的接触面积。

在保证炉体倾斜角度3%不变、且炉体中心与两托轮中心连线夹角不变的前提条件下，炉体中心线抬高103.9 mm；传动装置整体需要升高103.9 mm；挡轮装置需升高103.9 mm, 并且挡轮角度变更为10.98°，挡轮座外移65 mm；托轮组需在原底座上向外移60 mm，两托轮中心距为1 995 mm。滚圈材质35CrMo锻件，表面硬度HB=207-240，托轮材质35CrMo锻件，结构为镶套式：外面采用≥60 mm 35CrMo锻件套，表面硬度HB=217-255。

为了考虑资源合理利用，充分发挥原设计主体设备更换下来材料的利用率，决定使用原托轮的轴承座，即托轮只改变宽度，托轮轴随托轮配套加工，但轴径不变，轴承、轴承座均使用原设计。前后滚圈重新制作，所有托轮底座、传动装置底座、挡轮底座、小齿轴承座均在底部加103.9 mm厚的钢板，相应的连接螺栓加长更换。

4 结 语

2019年5月25日凉碱炉改造完投入运行到目前阶段，托轮滚圈表面光亮如新，设备运行稳定，未出现过非计划停炉情况。说明我们对此项的技改是较为成功的，取得了一定的实际效果。

通过计算，未改造前每年凉碱炉大修包括材料费用、人工检修费用共计114万元，经过改造后凉碱炉可保证运行在两年以上再次检修，这样最少节省114万元。为公司节能降耗、降低经济损失、增加收入作出了应有的贡献。