预热器内筒“软联”技术在1000t/d生产线上的应用

引言  
   
 哈尔滨水泥厂新建5号窑1000t/d水泥熟料生产线,在设计上采用了RSP型分解炉和五级悬浮预热器的窑外分解技术。该生产线于1992年10月点火,进入带料试生产阶段,到1994年下半年发现预热器四、五级筒的内筒有变形和烧掉现象。经1995年年初检查,五级筒内筒下部已被烧掉约1/3左右,剩余部分参差不齐。形状为极不规则的椭圆形,四级筒内筒在程度上有所减轻,但也很严重,不能继续使用。  
    
内筒是预热器的关键部件。在设计中需要单独进行结构尺寸的确定。内筒的结构尺寸对旋风筒的流体阻力和分离效率都有很大影响,它的烧损变形会使带料气流在内筒下端面产生紊乱气流,容易引起粉尘的二次飞扬或者发生入口的气流短路,使物料的分离效率降低,热耗增高,甚至造成预热器旋风筒堵塞,导致停产。  
   
 前一个时期,这个关键性问题没有更好的解决方法。国内一些水泥企业不得不采取取消末级筒内筒的办法,以维持生产。国外也有类似方案。如丹麦FLS公司在LP(低压损)旋风筒上就采用了这种设计。但是与有内筒的旋风筒相比其压损增高,分离效率降低,比较的差值均在7%左右。  

1  原内筒的结构及失效分析  
   
 五级旋风筒排列方式2-1-1-1-1,各级筒工作温度如表1。 

图1  四、五级筒原内筒结构及安装示意  

1.原内筒;2.旋风筒顶盖及衬料;3.出口管道及衬料  
    
从内筒的使用情况看,一至三级筒的内筒自1992年10月使用至今无较大的变形和缺损,可继续使用1～2年以上。这样看来其使用寿命应在8年左右,说明该内筒在设计上是可以满足使用要求的。然而四、五级筒内筒的使用寿命仅为1年半。使用寿命短不仅造成预热器的频繁大修消耗费用提高,而且修理更换内筒工期长,施工困难等。  
    

内筒失效的主要原因是旋风筒工作时的高温造成。而高温条件下的抗蠕变和抗氧化性是衡量内筒质量的标准,原内筒的设计选材为1Cr18Ni9Ti耐热钢。该金属的高温机械性能试验如表2。 

由表2的试验数据可看到,此种牌号的耐热钢在温度达到700℃以上时机械性能参数明显降低。实际使用中,一至三级筒温度低于这个范围。因此内筒能够满足使用要求,而四、五级筒温度高于这个范围,造成内筒烧坏,尽管在设计上采用了钢纤维混凝土作防护,但是在旋风筒内高温高速(12～18m/s)气(料)流的冲刷下,以及在试生产的初期设备运转不稳定,停窑后旋风筒内温度升降频繁,使钢纤维混凝土剥落。有时在分解炉内出现煤粉不完全燃烧的情况,部分残炭被带入旋风筒内燃烧,短时间温度有可能达到1100℃甚至更高。使内筒高温蠕变加快,氧化剥落,导致失效。  

2  “软联”内筒的应用  
   

 哈尔滨水泥厂与中国人民解放军9002工厂进行技术合作,在吸收借鉴国内先进厂技术的基础上,结合本厂的具体情况设计制造了“软联”式内筒,并于1995年4月对四、五级筒内筒进行了改造。  

2.1  “软联”内筒的结构  
    

“软联”内筒在结构上将原来的整体结构改成由若干块短圆弧形的挂板排列安装围成圆形的“软联”式内筒。挂板座、挂板和防振销均采用V法铸造(真空密封造型)工艺,一次成型,每块挂板的上部铸成挂钩,下部铸成沟槽,这样上下两排挂板可实现首尾相连,形成悬挂式的“软联”内筒。内筒的整体稳定性是靠两方面来保证的。一是安装时上下两排挂板交错压缝排列安装;二是在最下排挂板的底部安装有防振销。使内筒工作时更加稳固。最上一排挂板由挂板座与旋风筒顶盖联接。使“软联”内筒与旋风筒形成一个稳固的整体。“软联”内筒的结构如图2所示。  


图2  “软联”式内筒结构及安装示意  

1.挂板座;2.压板;3.挂板;4.防振销;5.出口管道及衬料;6.高强耐火混凝土;7.旋风筒顶盖及衬料;8.硅酸铝纤维毡  
    

“软联”内筒在设计确定挂板数量和重量时需要考虑以下两点:第一是每排挂板的块数确定,每块形状不能太大,以能进入旋风筒人孔门为宜。第二是每块挂板的重量确定,以搬运和安装方便为宜。内筒设计成三排挂板,每排由16块组成,挂板规格为720mm×470mm×20mm,重量为66kg/块。  
    

为了提高内筒使用的可靠性，在选择材质上是考究的，挂板材质选用3Cr26Ni13。这种材料与1Cr18Ni9Ti相比，它的高温机械性能在抗拉强度和抗蠕变抗氧化性能都有很大提高，尤其是采用了V法铸造工艺，不仅保证了铸件的尺寸精度而且也保证了铸件表面的光滑。因此新内筒外表面不需要涂敷耐火衬料，减少了大量检查维护工作。  

2.2  改造安装  
    我厂对四、五级内筒的改造用了10个班。具体内容如下：  
    1）旋风筒内绑绞手架，设工作平台。  
    2）拆除原内筒及内筒与出口管道的环向高约180～200mm的衬料。  
    3）按设计尺寸安装挂板座，并与旋风筒上盖焊接。  
    4）按顺序上挂板，最后上防振销。  
    5）内筒安装完成后，再对挂板座处的不向缝填满高强耐火混凝土（如图2中6的部位)。  
    以上旋工的关键是：  
    1）挂板座的安装要可靠，若挂板座松动或脱落，后果是堵旋风筒。因此在设计时在挂板座上安装了一个压板，提高强度。  
    2）安装挂板座的环向缝要封填好，它对挂板座起到保护作用，要对耐火混凝土捣实，养护。  

2.3  检修方法  
   

 根据我们使用的经验，每4～6个月进行一次检查，检查内容包括：  
    1）检查每块挂板是否变形或出现裂纹；  
    2）防振销是否松动脱落；  
    3）高强耐火混凝土是否剥落，挂板座是否开焊等。  
   

 前两项检查时可不进入旋风筒内。若发现挂板变形较大或裂纹即奕对其进行检修，此时可同时进行最后一项检查；更换挂板的检修作业一般需要2～3个班，作业人数2～4人即可完成。我厂更换挂板均与中修同步进行，未对平时的窑运转构成的影响，四、

五级筒3年半总计更换挂板11块。  

3  应用效果  

3.1  改造容易、检修方便、工期短  
    

由于原内筒是整体制造,打钢纤维耐火混凝土后整体安装就位。这样在以后更换安装时需要在出口管道上拆掉2 m多耐火砖,再割掉2 m多管道,方能整体放入内筒。然后再对出口管道及耐火砖重新焊接和砌筑,同时还需要动用大型吊车配合检修作业,检修作业在30～40 m高空进行。不仅工程量大,工期长而且检修费用高,施工难度大。新内筒与之相比,较为简单。  

3.2  使用寿命长  
   

 原内筒使用寿命仅1年半。而新内筒使用3年半后仍完好,根据使用程度估算仍可使用2年半以上。这样新内筒寿命约在6年左右。新内筒是原内筒寿命的4倍。  

3.3  设计合理,结构简单  
   

 原内筒为整体结构,受高温影响必然产生应力变形,而新内筒把整体结构划为小的单元结构。安装中无紧固件,工作部件靠自重自然悬挂,分散了热应力集中产生的变形,保证了内筒的整体上的圆度,满足了工作需要。  

3.4  年消耗费用比较  
    1)原内筒:  
    12万元/个×2个=24万元  
    耐火混凝土:  
    2600元/t×2t=5200元  
    四、五级筒合计费用:24.52万元  
    使用期:1.5年  
    年均消耗费用为:16.35万元  
    2)新内筒:  
    12.65万元/个×2个=25.3万元  
    使用期:6年  
    年均消耗费用:4.25万元  
    16.35-4.25=12.1万元  
  

  通过以上计算,年均消耗费用比较可以看出,应用“软联”内筒后每年可以节约消耗12.1万元,3年半时间直接为企业节约消耗42.35万元,这里面还不包括检修工作量和工期减少节约的费用。  
    

5号窑生产线在应用“软联”内筒后的3年半里,累计生产熟料79.6万t。预热器分解率达到90%以上。截止到1998年12月20日,该生产线已经顺利完成熟料产量292 739t,运转率达到83.77%,窑台时产量41.13t/h,提前10d实现1998年度的达标达产。