大型HF反应窑的优化设计

邢桂萍 李 翔

（三门峡化工机械有限公司)

大型HF反应窑的优化设计

邢桂萍*李 翔

（三门峡化工机械有限公司)

对困扰HF反应窑的严重腐蚀与结疤问题及夹套的密封问题进行分析，对其内部结构及夹套的密封进行优化设计，成功地解决了HF生产中存在的难题。

反应窑 腐蚀 氢氟酸 夹套 密封 优化设计

0 前言

氢氟酸 （HF）产品用途广泛，主要用于生产氟里昂等制冷设备的媒体以及用于生产军工产品。HF反应窑是HF工业生产中的关键设备，其设备及其配套设施占项目总投资的60%以上。经调研，目前困扰HF生产的难题是反应窑的严重腐蚀与结疤。在200～400℃的高温时，并且在H2SO4与HF的联合腐蚀作用下，碳钢和合金钢均被腐蚀。CaF2与H2SO4在炉内混合时，由于H2SO4的加入量很大，反应混合物成烂泥状粘到窑壁上，不但使反应不能很好进行，而且对窑壁产生强腐蚀，影响传热，浪费大量能源。由于设备受损严重，经常停车维修，设备的运转率很低，维修费用很大，生产受到严重影响，产品成本相对较高，在很大程度上制约了HF的生产。

对反应窑的严重腐蚀与结疤问题，长期以来国内外的专家们一直在研究寻找解决的方法：有的研究高性能的抗H2SO4与HF腐蚀的材料；有的改进生产工艺；有的采用窑外预反应器、预混器等办法；有的在窑内加入各种各样的机械构件 （如大螺旋等），用于破碎窑内壁的结疤物料。这些方法虽然取得了一定程度的效果，但却不能从根本上解决问题，特别是有些方法将使企业增加大量的设备投资，且设备运行成本较高，从而增加了生产成本。因此，结疤和腐蚀问题一直是困扰HF企业生产的最大问题之一。

另外，HF反应窑夹套内加热气体 （大于600℃）的密封和保证加热均匀从而使反应达到完全以及提高产品质量、节能减排等，也都是HF生产中需要解决的重要课题。

1 大型HF反应窑的先进技术和科技创新点

我们的设计理念是从原来国内外专家的思路中另辟蹊径，即从内返料装置着手，设计了新的内返料装置。经过一年的试生产，并经过多次大的改进，终于找到了一个至少在目前看来是行之有效而又不使生产工艺复杂化、较为经济的解决办法，其技术先进性和创新点如下：

（1）采用内返料技术克服了结疤、腐蚀等难题，提高了产量，降低了成本，延长了设备寿命。

内返料装置由进料器、返料器、混料器、反应器等部件组成，结构简单紧凑。在HF反应窑的特定部位设置内返料装置，将该部位未完全反应的物料按最佳比例返回一部分至窑头与进料混合，形成合理的固液比，这样就有效地解决了CaF2与H2SO4混合反应时结疤的难题，同时使物料的腐蚀性大大降低，反应速度和转化率有较大的提高。经测试：产量提高40%以上，成本下降30%左右，物料转化率提高25%以上，设备使用寿命延长了5倍。

（2）窑头、窑尾密封处采用三道密封，解决了HF泄漏问题。

在HF反应窑的窑头、窑尾动静密封处采用了三道密封 （PTFE波纹管、机械密封、燕尾槽＋PTFE），确保设备在工作内压0.001 MPa下不漏气（实验压力为0.002 MPa不漏气），解决了HF反应窑普遍存在的漏气问题，避免了HF泄漏对环境造成的污染和对人体造成的危害。

（3）夹套的密封采用三道石墨复合材料密封，确保加热气体不泄漏。

在转动的筒体和静止的夹套之间动静密封处，采用三道石墨复合材料密封，密封结构采用自紧式。随着密封块的磨损，自紧装置始终压紧密封块，从而保证了密封效果。加热气体不泄漏可节能5%以上，同时还减少了对环境的污染。

（4）夹套加热气体采用多点进口，以保证窑内处于最佳工作状态。

在夹套的长度方向上设置4个加热气体进口，代替原来的一个进口，从而保证了窑内工作温度为200～400℃，避免了加热气体从一个进口进入后出现前段过热、后段欠热的现象，提高了窑内物料的反应速度。

（5）在HF主要反应区域采用耐高温H2SO4与HF等混酸联合腐蚀的材料作内衬 （最好是复合内衬），用于防止氛围腐蚀。

（6）反应窑配备硬齿面减速机、液力偶合器，托轮装置采用重载轴承等，使设备运转效果更好。

2 测试结果

我们将国内某10 000 t/a HF生产装置采用本文的改造技术前后的情况进行了对比，其结果如表1所示。

表1 某10 000t/aHF生产装置改造前后情况对比

3 优化后的大型HF反应窑取得的效果

通过近4年的生产实践证明，优化后的HF反应窑取得了如下效应：

（1）采用内返料装置的HF反应窑，成功地解决了HF生产中存在的严重腐蚀与结疤两大难题，同时解决了HF出气口积料的问题，反应接近完全，产量提高20%～40%；

（2）排出的尾渣中CaF2与H2SO4的残余量很微小，生产过程中基本上不用加石灰来中和H2SO4（除非操作失误），不仅可以甩掉笨重的大螺旋，减少炉内内衬面积，降低原材料消耗，而且大大地减少了腐蚀；

（3）减少了维修次数，提高了开工率，设备运行费用大幅度下降，从而使整个生产成本大大下降，增加了企业的利润，生产管理也很轻松，又不污染环境，经济效益和社会效益显著。

从目前用户使用情况来看，只要采用合理的生产工艺、优质的原料，并且操作得当，设备的维修周期可延长至一年一次。整台设备正常的年开车时间可达330 d以上。内衬厚10 mm的镍基合金在使用近4年后未发现腐蚀，估计其使用寿命在10年以上，内返料装置预计使用寿命在5年以上。此外，产生的社会效益将十分巨大。我们希望这个成功的技术能够为国内诸多的HF和AlF3生产企业服务，使大家都能够受益。

[1]童景山.化工热力学 ［M］.北京：清华大学出版社，1995.

[2]童景山，李敬.流体热物理性质的计算 ［M］.北京：清华大学出版社，1982.

[3]HG/T 20566—1994.化工回转窑设计规定 [S].

Optimization of Large-scale Reaction Kiln for HF

Xing Guiping Li Xiang

This paper analyzes problems of HF reaction kiln including severe corrosion,scarring and jacket seals,optimizes the design of its internal structure and jacket seals,and successfully resolves the problems in HF production.

Reaction kiln;Corrosion;HF;Jacket;Seal;Optimization

TQ 054

*邢桂萍，女，1969年生，助理工程师。三门峡市，472000。

2011-10-13）