热裂解技术在发动机再制造过程中的应用

2014-03-18

中国设备工程 2014年10期

关键词：燃烧器工件污染物

（中国石油集团济柴动力总厂再制造中心，河北青县 062658）

热裂解技术在发动机再制造过程中的应用

张晓强吴成武刘志伟韩景伟郑志强

（中国石油集团济柴动力总厂再制造中心，河北青县 062658）

介绍了发动机再制造过程当中应用热裂解技术清除工件表面污染物的工艺方法及设备解决方案，该技术能够通过对温度参数和时间参数的合理控制，在工件不发生变形的前提下，实现对拆机零部件的高效、环保节能清洁处理。

发动机；再制造；热裂解

旧机零部件清洗是发动机再制造过程中的重要工序，只有将表面附着的油污、积碳、水垢、油漆、腻子、氧化皮等污染物去除干净，才能进行探伤、检测、尺寸恢复、机械加工等后续工序。但是，发动机经过长时间的运转，这些污染物已经与工件表面附着的很牢固，很难用喷淋、擦拭等简单方法去除干净。

济柴再制造中心原来清洗旧发动机拆机零部件的主要方法为碱锅浸泡。对铸铁和钢质零件的表面污垢，多采用高温烧碱和纯碱混合溶液浸泡；对铝质零件的表面污，多采用高温泡花碱和金属清洗剂混合溶液初次浸泡后，再用稀料二次浸泡。浸泡工序以后再用高压水枪冲洗。由于拆机后的零件污垢量大、结合力强，顽固污垢有时候浸泡4至5天后仍无法去除干净，对局部难以去除的污垢必须采用人工打磨。这就导致每年耗费大量的人力、物力在清洗工序上。而且在打磨过程中，零件表面与砂纸、砂轮、百叶片等磨料发生磨擦，出现很多微小划痕，对于粗糙度要求较为严格的配合面，还需要进行后续磨削加工，又增加了再制造成本。

为了提高清洗效率，消除原有清洗工艺的弊端，济柴再制造中心开发并应用了热裂解清洗发动机零部件的技术，经过不断完善，目前该技术已经成为去除拆机零部件表面污垢的主要技术手段。

一、热裂解技术原理

热裂解技术是在近几年研究开发出来的一种广泛应用于垃圾处理领域的新技术。上世纪90年代初，由于国外科学家研究发现垃圾焚烧过程中会产生对人体有害的致癌物。因此，西方发达国家在研究治理焚烧产生的二次污染的同时，投巨资开发研究新的垃圾处理技术。垃圾热裂解技术被各国环保专家普遍看好，认为这是垃圾处理无害化、减量化和资源化的一条新路。发达国家投入大量的人力物力进行研究开发，并取得可喜的成果。

热裂解不同于焚烧法，焚烧是一个放热过程，主要产物是二氧化碳、水，但同时也会产生一部分有害气体排放。而热裂解需要吸收大量热量，热裂解的主要产物是可燃的低分子化合物。有机物的成分不同，整个热裂解过程开始的温度也不同。不同的温度区间所进行的反应过程不同，产生物的组成也不同。总之，热裂解的实质是加热有机分子使之裂解成小分子析出，最后根据实际需要进行后续处理而转化为无机物的过程，它包含了许多复杂的物理化学过程。

发动机零部件热裂解法是利用表面附着的污染物当中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解气化，形成各种新的气体和固体。其中气体进入二次燃烧炉经过二次高温燃烧消除有毒有害物质后排放到大气中，固体主要是无机物，而且经过热裂解后其与零件表面的结合力已经变得非常微小，用高压水喷淋后即可去除干净。

二、热裂解方法

热分解过程由于供热方式、产品形态、热裂解炉结构等方面的不同，热裂解方式各异，按热裂解温度不同，1 000℃以上称为高温热裂解，600 ～700℃称为中温热裂解，600℃以下称为低温热裂解。供热方式如下。

1.直接加热法

供给被热裂解物的热量是被热裂解物（所处理的废弃物）部分直接燃烧或向热裂解反应器提供补充燃料时所产生的热，燃烧时需要提供空气、富氧或纯氧助燃。

2.间接加热法

是将被热裂解的物料与供热介质在热裂解反应器（或热裂解炉）中分离开来进行裂解的一种方法。供热介质燃烧产生的热量通过空气等介质传导至被热裂解的物料进行加温。

公司根据拆解后发动机零部件的污染物的成份及分布特征，最终采用的热裂解方法为低温热裂解和间接加热法，用天然气作为热源，用两个燃烧器分别向一级加热和二级燃烧炉内提供热源。其优点为加热温度更容易控制，工件受热更加均匀，避免了污染物燃烧导致局部受热严重易产生变形的问题。

三、发动机热裂解技术主要创新点

济柴再制造中心在吸取国内外先进技术研究成果的基础上，结合本公司发动机零件的表面污染物特性，研究开发出完全拥有自主的知识产权的中大功率内燃机零件表面污染物热裂解清洗工艺技术及相关设备。设备组成如图1所示。

图1 热裂解工艺设备

1.热裂解工艺流程

上料（将拆机零部件吊装在料车上）→料车进炉（工件和支架留在炉内，料车退出）→自动分解（工件经历升温、保温、冷却3个阶段）→料车进入将工件和支架一起拉出→卸下工件→转入喷淋清洗工序或喷砂工序。

2.工作方式

在料车的上部设有液压升降装置。在液压装置上设有工件承载支架。承载支架的4条支腿在装载工件时要落在炉外地面上。工件装载完毕后，然后按下料车液压泵启动按钮，升起液压装置，使支架的4条支腿离开地面。然后料车由减速机驱动沿着地轨进入分解炉内部，到位后，料车自动固定。液压升降装置下降，将支架的4条支腿落在炉底地面，然后料车退出炉外。关闭炉门。

炉内有两个相对独立的燃烧系统和温度、烟雾控制系统。在第一燃烧系统，将炉腔加热到200～300℃温度范围，具体温度数值及时间数值根据零件种类的不同而设定。设定完毕后由控制系统自动控制炉内气氛及温度，使工件上的污物逐步分解成气体和残留固体。控制系统始终保证分解速度、分解物（气体）浓度并严格控制在一定的范围内。在达到蒸发温度之前，第二燃烧系统处于关闭状态，以节省燃料。当温度达到预先设定的分解低点温度时，第二燃烧系统自动点燃工作。

当主炉腔温度上升至310～370℃，裂解蒸发速度加快，这时第二燃烧器的温度也升至650～760℃，彻底分解这些有机物。大多数挥发物的燃点在370～400℃范围，这些挥发物燃烧，导致温度迅速上升至预先设定的高点温度值，此时主燃烧器自动熄灭，空气补给也被切断。随着炉腔内氧气的消耗殆尽，火苗熄灭，烘焙过程开始。

在低氧状态下，污染物中的碳氢化合物（烃类）物质分解为挥发气体和碳颗粒（黑烟的主要成分），分解速率随温度变化而变化。当分解物（气体）进入第二燃烧系统，经高温处理后转化成CO2和水蒸汽通过烟囱排出，炉内剩下的是工件和不受温度影响的无机物，这些无机物已经成为粉状，大多数在处理过程中已从工件上掉入炉底，少量剩余的只需轻轻敲打震掉即可。

工件在炉内经过缓慢冷却至150℃以下，分解过程完毕，开启炉门，再将料车开进炉内，升起液压升降装置，将带有工件的支架顶起，拉出炉外。

3.设备结构及技术特点

（1）分解炉采用往复式单室结构，工件安放在沿地轨行进的动力运输料车上运输。料车主要由减速机、料车本体、液压升降装置、工件承载支架等组成。液压升降装置安装在料车上，液压站和集成控制阀等均安装在料车上，在料车上设有控制盒和按钮。料车进出分解炉用减速机驱动。分解炉炉体进出料口设有向两侧开启的双开密封门，最大开启尺寸及分解炉内有效尺寸按最大工件和料车尺寸设计。该结构解决了大型零件从侧面进出顶盖封闭的分解炉的难题，装卸大型发动机零件十分方便。

（2）炉体采用全优质陶瓷纤维及特殊的稀土泡沫材料保温。加热器采用意大利进口燃气燃烧器，采用双段火形式。保温性能好，温度控制精准。

（3）喷淋系统。炉体内部设有雾化喷淋防明火系统，当炉内因易燃物燃烧造成温度过高，则雾化喷淋系统自动开启，抑制明火现象的产生。

（4）安全防爆门。设在分解炉顶部设有安全防爆门，在炉内温度及气体压力达到设定值上限时能自动开启，起到安全防爆作用。

（5）设备具有手动和自动两种操作方式，主控制系统应采用PLC可编程控制器。控制柜设置在分解炉的外部，可视化图形操作界面，燃烧器工作状态、两级燃烧系统温度、工作时间等参数都能够在界面上显示。采用触控显示屏，温度及时间参数可直接在屏幕上输入。