張毓科

（天津渤?；ぜ瘓F規(guī)劃設計院，天津 300450）

大型蒸汽煅燒爐滾圈、大齒圈與爐體連接結構設計

張毓科

（天津渤?；ぜ瘓F規(guī)劃設計院，天津 300450）

分析φ3 600×30 000外返堿式大型蒸汽加熱純堿煅燒爐滾圈、大齒圈與爐體的連接結構存在的缺陷，并在天津堿廠搬遷改造工程設計中進行了優(yōu)化改進，提高了煅燒爐運行的穩(wěn)定性。

蒸汽煅燒爐；滾圈；大齒圈；爐體；連接結構；設計

天津堿廠搬遷改造工程的80萬t／a聯(lián)堿裝置，2010年11月開始運行，煅燒工序采用4臺φ3 600 ×30 000外返堿式大型蒸汽煅燒爐。上世紀80年代，天津堿廠引進了3臺φ3 600×30 000大型蒸汽煅燒爐，通過多年的運行，積累了豐富的使用經(jīng)驗。引進煅燒爐存在諸多設計不足，有些問題是致命的，嚴重地影響了煅燒爐的長周期安全運行，其中滾圈、大齒圈與爐體的連接結構即為影響安全運行的關鍵問題。在天津堿廠搬遷改造工程設計中，筆者對國內(nèi)、外各種在用蒸汽煅燒爐滾圈與爐體連接結構進行了探討研究，找出了問題所在，對滾圈、大齒圈與爐體連接結構進行了優(yōu)化改進，取得了良好的使用效果。

1 滾圈與爐體的連接結構

1.1 引進煅燒爐滾圈與爐體連接結構

圖1 引進爐滾圈與爐體連接結構

引進的煅燒爐爐體外表面設置24組墊板，每組墊板與爐體焊接后加工外圓，墊板外圓與滾圈內(nèi)圓有0～0.5mm的間隙，待滾圈與爐體裝配后將每組墊板外焊接擋塊固定滾圈。

其設計理念是考慮滾圈剛性比爐體徑向剛性大，當爐體受熱后產(chǎn)生徑向膨脹，抵消了它們之間的間隙并產(chǎn)生張緊力，使得滾圈隨爐體同步轉(zhuǎn)動。對大型重載轉(zhuǎn)動設備，這種連接結構選用不合理，應該說存在嚴重設計缺陷。投入使用初期沒有發(fā)現(xiàn)異常，尚能正常運轉(zhuǎn)，但時間不長，滾圈與爐體之間相繼出現(xiàn)了松動，噪聲增大，導致爐體震動現(xiàn)象，運行中后期，爐體震動加劇，滾圈附近爐體上陸續(xù)開始出現(xiàn)多處疲勞裂紋，以至于危及煅燒爐的正常使用，滾圈與爐體連接結構需要經(jīng)常加固。但由于原始結構設計過于緊湊，周圍空間少，給加固工作帶來了極大的困難，很難一次性地從根本上解決問題，致使煅燒爐始終存在安全隱患，后期設備始終處于監(jiān)控運行狀態(tài)。

煅燒爐的結構存在的主要缺點如下：

1）由于與滾圈連接的爐體局部剛度遠遠小于滾圈的剛度，使得爐體局部成為弱勢；

2）滾圈與爐體結構緊湊，通風散熱不好，使得爐體溫度接近于爐內(nèi)溫度，理論上滾圈強度有所下降；

3）沒有考慮設計、安裝、使用中出現(xiàn)的偏差，滾圈徑向跳動量無法調(diào)節(jié)；

4）沒有考慮更換滾圈的問題，使用后期，前后滾圈表面陸續(xù)出現(xiàn)開裂、脫落等，多家使用單位也存在類似的問題；

由于上述問題的存在，爐體升溫、降溫及使用等種種原因引起爐體長期震動，最終導致爐體局部產(chǎn)生疲勞，從而使?jié)L圈與爐體之間出現(xiàn)間隙，而且間隙越來越大，造成滾圈與爐體之間產(chǎn)生撞擊現(xiàn)象，致使噪聲增加，震動進一步加劇，久而久之直接影響煅燒爐的正常平穩(wěn)運行而又無法徹底維修消除隱患，使用者苦不堪言。

1.2 改進后的滾圈與爐體連接結構

圖2 新設計爐滾圈與爐體連接結構

針對天津堿廠引進煅燒爐存在的設計缺陷，借這次天津堿廠搬遷改造時機，筆者做了大量的分析、研究工作，并在最終新設計的φ3 600×30 000外返堿式大型蒸汽加熱純堿煅燒爐中，滾圈與爐體連接結構采用圖2結構。其結構特點是：

1）滾圈下方爐體增加了整圈鋼結構，大大增加了爐體的局部剛度，爐體局部抗變形能力增強；

2）滾圈與爐體兩側(cè)分別采用可調(diào)節(jié)的楔形墊板，使用過程中可根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)，確保滾圈與爐體的同心度，并滾圈與楔形墊板緊密結合；

3）增大了滾圈的結構尺寸，空間尺寸增大，便于使用過程的調(diào)節(jié)；

4）通氣性好，滾圈溫度接近環(huán)境溫度，滾圈強度不受溫度的影響；

5）充分考慮了使用后期前后滾圈的更換問題。

2 大齒圈與爐體的連接結構

國內(nèi)早期的煅燒爐大齒圈采用的基本是側(cè)向螺栓剛性連接。爐體由于溫度的變化引起的徑向收縮、膨脹問題，這種結構容易導致徑向不均勻錯位，再加上制造、安裝、使用等其它因素，使得大齒圈在運行過程中產(chǎn)生徑向跳動量超標，震動加大，直接影響煅燒爐的整體安全運行。

筆者通過對上述問題的綜合分析研究，最終在新設計的φ3 600×30 000煅燒爐上，將大齒圈與爐體的連接結構改為圖3形式。

圖3 新設計爐大齒圈與爐體連接結構

此結構采用沿爐體外面均布24組彈簧板柔性連接，大齒圈與彈簧板、彈簧板與爐體采用螺栓固定。此結構優(yōu)點十分突出，主要如下：

1）彈簧板采用65Mn彈簧鋼制造，具有優(yōu)越的減震作用，延緩了爐體局部疲勞的進程；

2）由于溫度變化過程導致爐體的徑向伸縮，由彈簧板吸收，避免了剛性連接可能出現(xiàn)的大齒圈在圈座上錯位不對稱的可能；

3）安裝方便、調(diào)節(jié)維護便捷；

4）柔性結構設計，隔絕了來自減速機系統(tǒng)的震動，使爐體運行更加平穩(wěn)。

3 結 語

通過上述兩點改進，新裝置從2010年11月投入使用，運行非常平穩(wěn)，情況良好。通過此次改進設計，從根本上消除了引進煅燒爐爐體的設計缺陷，保證了純堿生產(chǎn)的長周期連續(xù)生產(chǎn)，為大型煅燒爐設計、改進提供了可靠的依據(jù)。盡管如此，設備在使用過程中的日常維護也十分重要，比如：經(jīng)常對基礎進行測量，根據(jù)基礎的沉量，及時對托輪裝置、傳動裝置及爐頭爐尾密封裝置進行調(diào)整，只有把不利的因素一一排除，才能保證設備整體的長周期、安全運行。

TQ 114.15

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1005－8370（2012）02－08－02

2011－12－06

張毓科（1958—），1983年畢業(yè)于山東化工學院化工機械專業(yè)，高級工程師，注冊機械工程師，持有壓力容器設計審批人員證書，現(xiàn)任天津渤?；ぜ瘓F規(guī)劃設計院副院長，曾參加過化工部《輕灰純堿蒸汽加熱煅燒爐》HG／T 2422－1993的制訂工作。