預熱器內(nèi)筒“軟聯(lián)”技術在1000t/d生產(chǎn)線上的應用

引言  
   
 哈爾濱水泥廠新建5號窯1000t/d水泥熟料生產(chǎn)線,在設計上采用了RSP型分解爐和五級懸浮預熱器的窯外分解技術。該生產(chǎn)線于1992年10月點火,進入帶料試生產(chǎn)階段,到1994年下半年發(fā)現(xiàn)預熱器四、五級筒的內(nèi)筒有變形和燒掉現(xiàn)象。經(jīng)1995年年初檢查,五級筒內(nèi)筒下部已被燒掉約1/3左右,剩余部分參差不齊。形狀為極不規(guī)則的橢圓形,四級筒內(nèi)筒在程度上有所減輕,但也很嚴重,不能繼續(xù)使用。  
    
內(nèi)筒是預熱器的關鍵部件。在設計中需要單獨進行結(jié)構(gòu)尺寸的確定。內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)尺寸對旋風筒的流體阻力和分離效率都有很大影響,它的燒損變形會使帶料氣流在內(nèi)筒下端面產(chǎn)生紊亂氣流,容易引起粉塵的二次飛揚或者發(fā)生入口的氣流短路,使物料的分離效率降低,熱耗增高,甚至造成預熱器旋風筒堵塞,導致停產(chǎn)。  
   
 前一個時期,這個關鍵性問題沒有更好的解決方法。國內(nèi)一些水泥企業(yè)不得不采取取消末級筒內(nèi)筒的辦法,以維持生產(chǎn)。國外也有類似方案。如丹麥FLS公司在LP(低壓損)旋風筒上就采用了這種設計。但是與有內(nèi)筒的旋風筒相比其壓損增高,分離效率降低,比較的差值均在7%左右。  

1  原內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)及失效分析  
   
 五級旋風筒排列方式2-1-1-1-1,各級筒工作溫度如表1。 

圖1  四、五級筒原內(nèi)筒結(jié)構(gòu)及安裝示意  

1.原內(nèi)筒;2.旋風筒頂蓋及襯料;3.出口管道及襯料  
    
從內(nèi)筒的使用情況看,一至三級筒的內(nèi)筒自1992年10月使用至今無較大的變形和缺損,可繼續(xù)使用1～2年以上。這樣看來其使用壽命應在8年左右,說明該內(nèi)筒在設計上是可以滿足使用要求的。然而四、五級筒內(nèi)筒的使用壽命僅為1年半。使用壽命短不僅造成預熱器的頻繁大修消耗費用提高,而且修理更換內(nèi)筒工期長,施工困難等。  
    

內(nèi)筒失效的主要原因是旋風筒工作時的高溫造成。而高溫條件下的抗蠕變和抗氧化性是衡量內(nèi)筒質(zhì)量的標準,原內(nèi)筒的設計選材為1Cr18Ni9Ti耐熱鋼。該金屬的高溫機械性能試驗如表2。 

由表2的試驗數(shù)據(jù)可看到,此種牌號的耐熱鋼在溫度達到700℃以上時機械性能參數(shù)明顯降低。實際使用中,一至三級筒溫度低于這個范圍。因此內(nèi)筒能夠滿足使用要求,而四、五級筒溫度高于這個范圍,造成內(nèi)筒燒壞,盡管在設計上采用了鋼纖維混凝土作防護,但是在旋風筒內(nèi)高溫高速(12～18m/s)氣(料)流的沖刷下,以及在試生產(chǎn)的初期設備運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,停窯后旋風筒內(nèi)溫度升降頻繁,使鋼纖維混凝土剝落。有時在分解爐內(nèi)出現(xiàn)煤粉不完全燃燒的情況,部分殘?zhí)勘粠胄L筒內(nèi)燃燒,短時間溫度有可能達到1100℃甚至更高。使內(nèi)筒高溫蠕變加快,氧化剝落,導致失效。  

2  “軟聯(lián)”內(nèi)筒的應用  
   

 哈爾濱水泥廠與中國人民解放軍9002工廠進行技術合作,在吸收借鑒國內(nèi)先進廠技術的基礎上,結(jié)合本廠的具體情況設計制造了“軟聯(lián)”式內(nèi)筒,并于1995年4月對四、五級筒內(nèi)筒進行了改造。  

2.1  “軟聯(lián)”內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)  
    

“軟聯(lián)”內(nèi)筒在結(jié)構(gòu)上將原來的整體結(jié)構(gòu)改成由若干塊短圓弧形的掛板排列安裝圍成圓形的“軟聯(lián)”式內(nèi)筒。掛板座、掛板和防振銷均采用V法鑄造(真空密封造型)工藝,一次成型,每塊掛板的上部鑄成掛鉤,下部鑄成溝槽,這樣上下兩排掛板可實現(xiàn)首尾相連,形成懸掛式的“軟聯(lián)”內(nèi)筒。內(nèi)筒的整體穩(wěn)定性是靠兩方面來保證的。一是安裝時上下兩排掛板交錯壓縫排列安裝;二是在最下排掛板的底部安裝有防振銷。使內(nèi)筒工作時更加穩(wěn)固。最上一排掛板由掛板座與旋風筒頂蓋聯(lián)接。使“軟聯(lián)”內(nèi)筒與旋風筒形成一個穩(wěn)固的整體?！败浡?lián)”內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)如圖2所示。  


圖2  “軟聯(lián)”式內(nèi)筒結(jié)構(gòu)及安裝示意  

1.掛板座;2.壓板;3.掛板;4.防振銷;5.出口管道及襯料;6.高強耐火混凝土;7.旋風筒頂蓋及襯料;8.硅酸鋁纖維氈  
    

“軟聯(lián)”內(nèi)筒在設計確定掛板數(shù)量和重量時需要考慮以下兩點:第一是每排掛板的塊數(shù)確定,每塊形狀不能太大,以能進入旋風筒人孔門為宜。第二是每塊掛板的重量確定,以搬運和安裝方便為宜。內(nèi)筒設計成三排掛板,每排由16塊組成,掛板規(guī)格為720mm×470mm×20mm,重量為66kg/塊。  
    

為了提高內(nèi)筒使用的可靠性，在選擇材質(zhì)上是考究的，掛板材質(zhì)選用3Cr26Ni13。這種材料與1Cr18Ni9Ti相比，它的高溫機械性能在抗拉強度和抗蠕變抗氧化性能都有很大提高，尤其是采用了V法鑄造工藝，不僅保證了鑄件的尺寸精度而且也保證了鑄件表面的光滑。因此新內(nèi)筒外表面不需要涂敷耐火襯料，減少了大量檢查維護工作。  

2.2  改造安裝  
    我廠對四、五級內(nèi)筒的改造用了10個班。具體內(nèi)容如下：  
    1）旋風筒內(nèi)綁絞手架，設工作平臺。  
    2）拆除原內(nèi)筒及內(nèi)筒與出口管道的環(huán)向高約180～200mm的襯料。  
    3）按設計尺寸安裝掛板座，并與旋風筒上蓋焊接。  
    4）按順序上掛板，最后上防振銷。  
    5）內(nèi)筒安裝完成后，再對掛板座處的不向縫填滿高強耐火混凝土（如圖2中6的部位)。  
    以上旋工的關鍵是：  
    1）掛板座的安裝要可靠，若掛板座松動或脫落，后果是堵旋風筒。因此在設計時在掛板座上安裝了一個壓板，提高強度。  
    2）安裝掛板座的環(huán)向縫要封填好，它對掛板座起到保護作用，要對耐火混凝土搗實，養(yǎng)護。  

2.3  檢修方法  
   

 根據(jù)我們使用的經(jīng)驗，每4～6個月進行一次檢查，檢查內(nèi)容包括：  
    1）檢查每塊掛板是否變形或出現(xiàn)裂紋；  
    2）防振銷是否松動脫落；  
    3）高強耐火混凝土是否剝落，掛板座是否開焊等。  
   

 前兩項檢查時可不進入旋風筒內(nèi)。若發(fā)現(xiàn)掛板變形較大或裂紋即奕對其進行檢修，此時可同時進行最后一項檢查；更換掛板的檢修作業(yè)一般需要2～3個班，作業(yè)人數(shù)2～4人即可完成。我廠更換掛板均與中修同步進行，未對平時的窯運轉(zhuǎn)構(gòu)成的影響，四、

五級筒3年半總計更換掛板11塊。  

3  應用效果  

3.1  改造容易、檢修方便、工期短  
    

由于原內(nèi)筒是整體制造,打鋼纖維耐火混凝土后整體安裝就位。這樣在以后更換安裝時需要在出口管道上拆掉2 m多耐火磚,再割掉2 m多管道,方能整體放入內(nèi)筒。然后再對出口管道及耐火磚重新焊接和砌筑,同時還需要動用大型吊車配合檢修作業(yè),檢修作業(yè)在30～40 m高空進行。不僅工程量大,工期長而且檢修費用高,施工難度大。新內(nèi)筒與之相比,較為簡單。  

3.2  使用壽命長  
   

 原內(nèi)筒使用壽命僅1年半。而新內(nèi)筒使用3年半后仍完好,根據(jù)使用程度估算仍可使用2年半以上。這樣新內(nèi)筒壽命約在6年左右。新內(nèi)筒是原內(nèi)筒壽命的4倍。  

3.3  設計合理,結(jié)構(gòu)簡單  
   

 原內(nèi)筒為整體結(jié)構(gòu),受高溫影響必然產(chǎn)生應力變形,而新內(nèi)筒把整體結(jié)構(gòu)劃為小的單元結(jié)構(gòu)。安裝中無緊固件,工作部件靠自重自然懸掛,分散了熱應力集中產(chǎn)生的變形,保證了內(nèi)筒的整體上的圓度,滿足了工作需要。  

3.4  年消耗費用比較  
    1)原內(nèi)筒:  
    12萬元/個×2個=24萬元  
    耐火混凝土:  
    2600元/t×2t=5200元  
    四、五級筒合計費用:24.52萬元  
    使用期:1.5年  
    年均消耗費用為:16.35萬元  
    2)新內(nèi)筒:  
    12.65萬元/個×2個=25.3萬元  
    使用期:6年  
    年均消耗費用:4.25萬元  
    16.35-4.25=12.1萬元  
  

  通過以上計算,年均消耗費用比較可以看出,應用“軟聯(lián)”內(nèi)筒后每年可以節(jié)約消耗12.1萬元,3年半時間直接為企業(yè)節(jié)約消耗42.35萬元,這里面還不包括檢修工作量和工期減少節(jié)約的費用。  
    

5號窯生產(chǎn)線在應用“軟聯(lián)”內(nèi)筒后的3年半里,累計生產(chǎn)熟料79.6萬t。預熱器分解率達到90%以上。截止到1998年12月20日,該生產(chǎn)線已經(jīng)順利完成熟料產(chǎn)量292 739t,運轉(zhuǎn)率達到83.77%,窯臺時產(chǎn)量41.13t/h,提前10d實現(xiàn)1998年度的達標達產(chǎn)。