重灰自身返碱蒸汽煅烧炉炉头预混段的改造

孟 磊，赵 军，李 涛，鹿 福

(江苏苏盐井神股份有限公司第三分公司，江苏淮安 223200)

我公司重质纯碱生产装置为两台φ2500×27000自身返碱蒸汽加热煅烧炉，单台炉换热面积2 200 m2，设计能力600 t/d。通过部分改造及日常设备管理与维护，重灰炉系统运行整体平稳，产量能够达到设计目标。但是在前期运行期间抄板脱落问题影响重灰系统的稳定运行，严重时炉头预混段内抄板仅可维持4个月左右即开始大面积脱落，导致重灰炉无法正常生产运行，需停炉对炉头预混段实施大修。本文简单介绍了重灰煅烧炉炉头预混段基本结构及其相关组件作用，对生产过程中炉头抄板脱落的原因进行了一些探讨，并提出了相应的解决措施，确保重灰煅烧炉平稳运行。同时就目前仍然存在的问题，希望能够与从事纯碱生产的同仁一起探讨解决方法。

1 炉头预混段结构及其作用介绍

炉头预混段部分包括外筒体和内筒体，外筒体主要起固定与支撑作用。内筒体与炉体相连，内筒体分内侧、外侧两个结构功能区。内筒体外侧主要焊接有成品管、返碱管、小左螺旋抄板、大左螺旋抄板、动浮环及支撑圆板的圆毂；内筒体内侧主要焊接有长左螺旋抄板、左螺旋抄板、右螺旋抄板。

1.1 内筒体外侧结构及功能

内筒体外侧有两根成品管，如图1所示，主要作用是将煅烧完成的重灰送至成品管出料口，然后进入出料箱，通过星形下料器作为成品进入凉碱后系统；还有两根返碱管，主要作用是将煅烧完成的重灰送至返碱管出料口，然后进入炉头预混段，与一水碱混合降低其水分，以防止加热管结疤。内筒体外侧焊有12块大左螺旋抄板，主要作用是将返碱管出碱口出来的成品返碱推向炉头前端；焊有4块大右螺旋抄板，主要作用是将大左螺旋抄板推向炉头前端的返碱抄起，使之能进入内筒体内侧；焊有圆毂及圆板，圆毂的作用主要是通过钢管支撑圆板及大左螺旋抄板，圆板的主要作用是通过在内筒体前端构建一定的空间，利于返碱由外侧推向内侧，防止炉头端面的结疤挤压返碱空间而导致返碱减小。

图1 重灰煅烧炉炉头内筒体外侧结构展开示意图

内筒体外侧成品管出料口与后侧动浮环间、返碱管出料口与前侧动浮环之间分别均匀分布有一定数量的小左螺旋抄板，如图2所示，主要作用是防止出碱口、返碱口的成品沿内筒体与外筒体的夹层向后窜至动静浮环密封处，返碱管出料口与前侧动浮环之间的小左螺旋抄板兼具防止一水碱沿内筒体与外筒体的夹层向后窜至成品出料箱处混入成品中。

图2 重灰炉炉头内筒体外侧结构示意图

1.2 内筒体内侧结构及功能

内筒体内侧焊有6块长左螺旋抄板，如图3所示，主要作用是将大右螺旋抄板抄起的成品返碱推向内筒体内，与一水碱混合；焊有两排共12块左螺旋抄板，主要作用是推料与混合，将一水碱与返碱混合，以降低入炉物料的水分，防止加热管结疤；焊有6块右螺旋抄板，主要作用是减缓物料的入炉速度，维持炉头预混段有一定高度的料位，防止抄板结疤。

图3 内筒体内侧抄板布置展开示意图

2 运行中的主要问题及改造方案

2.1 运行中的主要问题

在重灰生产过程中，炉头预混段存在的主要问题是圆板、大右螺旋抄板、长左螺旋抄板、左螺旋抄板等不同程度的变形脱落。圆板的脱落主要是由于在煅烧炉运行一段时间后，炉头外筒体前端面逐渐结疤，不断增加的结疤挤压圆板导致圆板受力变形，加之支撑圆板的钢柱与圆板焊接处腐蚀脱焊。圆板变形脱落后，导致与其相连的大右螺旋抄板、长左螺旋抄板前端失去支撑，受到碱疤挤压及返碱的反向推力后，很快的变形，脱焊。长左螺旋抄板的脱落一方面由于前端失去了圆板的支撑，另一方面与左螺旋抄板脱落的原因相同，主要是因为其处在一水碱下料的落点处，受到的轴向反推力大，同时又是高水分的碱性环境，焊缝边缘腐蚀较快。

2.2 采取的改造方案

通过多次的总结，我们发现每次检修结束运行一段时间后，总是圆板最先脱落，圆板脱落后，大右螺旋抄板、长左螺旋抄板前端失去支撑开始变形，继而脱落。因此我们采取的首要措施是取消了圆板及其支撑钢管、大右螺旋抄板。长左螺旋抄板前端采用槽钢支撑，并将长左螺旋抄板设置成与筒体垂直横截面的夹角为45°，以增加长左螺旋抄板在内筒体的焊接长度，同时提高其向炉内抄料的速度。同时增加三角槽钢刮刀用来防止碱疤挤压长左螺旋抄板。为了防止抄板与内筒体焊接处脱焊，我们采取了两个办法，一是一水碱进料绞龙向内延长500 mm，以确保一水碱落点处有足够的返碱，减缓焊缝边缘的腐蚀速度；二是在抄板两侧增加三角形加强筋板，以增加抄板抗轴向反推力的能力。改造如图4所示。

图4 改造后炉头内抄板结构图

2.3 改造方案的实施

实施时需要6块长度为2 280 mm的φ2500/φ2000 δ8的长左螺旋抄板，6根由12号槽钢按700 mm长度，一端为45°切角的槽钢支撑，6块δ8的斜边为45°角的直角梯形加强筋板(高125 mm上底长60 mm下底长185 mm)，若干块150 mm边长δ8的等腰直角加强筋板，3组由12号槽钢按600 mm长度30°夹角组成的三角槽钢刮刀。将原重灰炉进料绞龙改型，长度由1 450 mm延长至1 950 mm。

实施时，首先将圆板及支撑钢管割除，将大右螺旋抄板割除，再将原有长左螺旋抄板割除，对原焊接位置进行打磨，然后将长左螺旋抄板按照与筒体垂直截面45°夹角、抄板最前端伸出筒体350mm布置，如图5所示，采用CO2保护焊的方式焊接，接缝焊接完后，在长左螺旋抄板左右两侧分别布置两处加强筋板，加强筋板一边与筒体内壁夹角为45°，一边与长左螺旋抄板垂直，采用CO2保护焊的方式焊接。然后将槽钢支撑的槽口向下，槽腿边缘与筒体焊接，45°斜角头部与长左螺旋抄板焊接，用梯形加强筋板封槽口，连接长左螺旋抄板与槽钢支撑补强。在6块长左螺旋抄板与内筒体形成的6个间隔内，每隔一个间隔，布设一个三角槽钢刮刀，槽口向下槽腿边缘与内筒体焊接。在每块左螺旋抄板两侧均布置两块加强筋板，将原重灰炉进料绞龙拆除，更换为加长型绞龙。

图5 改造后炉内抄板结构切面图

3 改造后的效果及进一步的改进计划

3.1 改造后的效果

按照上述方案改造后，从目前的使用数据看，可以将抄板的使用时间由5个月延长至15个月，主要是因为取消了圆板，可以有效防止因圆板变形、脱落导致长左螺旋抄板伸出部位变形、脱落。在长左螺旋抄板前端增加槽钢支撑，使长左螺旋抄板前端伸出筒体悬空部位更加稳定、牢固。使每块长左螺旋抄板形成一个单独的个体，避免了现有方法长左螺旋抄板与圈板连接时各长左螺旋抄板之间的互相影响，避免了一块长左螺旋抄板变形时对其他长左螺旋抄板的影响。将左螺旋抄板的加强筋板由单侧2块增加至两侧各2块，使得左螺旋抄板与炉头筒体连接更加牢固。将加强筋板与内筒体内壁夹角由90°改为45°，同样的高度，可使加强筋板更大，使得加固效果更好。将加强筋板与内筒体内壁夹角由90°改为45°，可避免对物料的阻挡。增加了3个三角槽钢刮刀，在重灰蒸汽煅烧炉运行过程中，刮刀可以将炉头碱疤刮除，减少长左螺旋抄板及其支撑受力，延长长左螺旋抄板的使用时间。

3.2 进一步的改进计划

圆板的变形主要是由于运行过程中受到炉头外筒体前端碱疤挤压所致，虽然取消了圆板可以延长长左螺旋抄板的使用时间，但是并未解决外筒体前端结疤的问题，从目前运行情况看，取消圆板后，外筒体结疤情况有一定程度的加剧，挤占了一定的返碱空间，虽然未影响返碱量，但是这一问题还需想办法解决，同时结疤严重后，三角槽钢刮刀受力较大，出现变形脱落的情况。针对这一问题，我们计划通过进一步的完善炉头外筒体伴热保温措施来试着解决。另一个问题是虽然通过采用CO2保护焊和增加加强筋板的数量的方式可以提高抄板的牢固性，但是在使用12个月以后，还是出现了抄板根部腐蚀的现象，并且腐蚀位置主要在抄板焊接时的热影响区，如果能够解决焊接时对不锈钢板焊缝边缘的热影响问题，将从根本上解决抄板的脱落问题。针对这一问题，我们的思路有两个方面，一个是采取措施，将焊缝及其边缘热影响区覆盖保护，使之与物料隔离，另一个是进一步的改善焊接工艺，具体方法还在进一步的探索。