φ3 600蒸汽煅燒爐改造可行性探討

劉軍明

(南化集團(tuán) 連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

φ3 600蒸汽煅燒爐改造可行性探討

劉軍明

(南化集團(tuán) 連云港堿廠,江蘇 連云港 222042)

介紹了連云港堿廠φ3 600蒸汽煅燒爐節(jié)能改造的必要性和具體方法,探討了通過增設(shè)加熱管增大換熱面積,提高煅燒爐生產(chǎn)能力的可行性。

煅燒爐;加熱管;改造

1 項(xiàng)目提出的必要性和依據(jù)

連云港堿廠是國家“七·五”期間我國自行設(shè)計(jì)、制造和施工的大型純堿廠。原設(shè)計(jì)純堿生產(chǎn)能力60萬t/a,經(jīng)過近幾年的填平補(bǔ)齊、挖潛改造,裝置主體部分產(chǎn)能已基本具備130萬t/a。

現(xiàn)有輕灰煅燒系統(tǒng)主要設(shè)施為5臺(tái)輕灰煅燒爐和7臺(tái)重堿離心機(jī),滿負(fù)荷運(yùn)行狀況下能達(dá)到130萬t/a純堿生產(chǎn)能力。5臺(tái)輕灰煅燒爐中,1#、2#、3#、4#煅燒爐均為φ3 600×30 000輕灰蒸汽煅燒爐,1#、2#、3#煅燒爐于1989年投用,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為800 t/d;4#煅燒爐于2008年投用,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為900 t/d;0#爐為φ3 000×30 000輕灰蒸汽煅燒爐,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為600 t/d。

目前,純堿市場(chǎng)受到世界金融危機(jī)的影響,全行業(yè)產(chǎn)量都保持在裝置生產(chǎn)能力的80%左右。我廠產(chǎn)量控制在2 800～2 900 t/d,開3臺(tái)煅燒爐很難滿足生產(chǎn)要求,若開4臺(tái)煅燒爐,每臺(tái)爐都處于非滿負(fù)荷狀態(tài),這樣造成設(shè)備出力低,能源浪費(fèi)大,與時(shí)下提出的節(jié)能減排方針不符。

以4#輕灰煅燒爐為例,裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)見表1。

1臺(tái)煅燒爐,所有電機(jī)的功率之和為435 kW (不包括煅燒以外其他車間與煅燒爐有關(guān)聯(lián)的設(shè)備能耗),據(jù)測(cè)1臺(tái)煅燒爐年耗電量約200萬kW·h。

因此,我們?cè)谂μ剿魍ㄟ^管理措施和技術(shù)改造,提高單臺(tái)煅燒爐作業(yè)能力,使用3臺(tái)爐能夠完成2 800～2 900 t/d的作業(yè)任務(wù),另外2臺(tái)爐備用。

表1 4#煅燒爐系統(tǒng)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)

提高煅燒爐作業(yè)能力有3種方法:

1)提高煅燒爐轉(zhuǎn)速。我廠1#、2#、3#煅燒爐為1989年投用的,爐體部分存在不同程度缺陷,雖然對(duì)3臺(tái)煅燒爐進(jìn)行了大修,但都存在不同程度的短時(shí)間無法消除的缺陷。比如煅燒爐滾圈長(zhǎng)期適用,造成表面凸凹不平,加上爐體中心與爐頭進(jìn)料螺旋以及爐尾旋轉(zhuǎn)接頭不同心,以及密封圈的密封效果不好,如果爐轉(zhuǎn)過高,則會(huì)引起煅燒爐爐體軸向和徑向跳動(dòng),造成爐體運(yùn)行不穩(wěn)?，F(xiàn)在各臺(tái)爐爐體與大滾圈已經(jīng)存在相對(duì)位移,加上輕灰爐前后密封圈密封不緊密,爐內(nèi)一旦正壓,便會(huì)從密封圈往外漏堿,造成現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡化。因此,只能降低其轉(zhuǎn)速,使其工作在30～35 Hz范圍運(yùn)行。由于煅燒爐轉(zhuǎn)速為0.44～4.4 r/min,對(duì)應(yīng)0～50 Hz,這樣就限制了煅燒爐的生產(chǎn)能力。

2)提高蒸汽溫度和壓力,抑或加大蒸汽流量。煅燒爐設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為3.0～3.5 M Pa,進(jìn)汽溫度為320℃。而我廠現(xiàn)有煅燒爐進(jìn)汽壓力為2.8 M Pa,甚至更低,在生產(chǎn)負(fù)荷低的情況下甚至為2.5 M Pa,溫度為300℃(當(dāng)然我們是在保證出堿溫度的情況下)。如果出堿溫度偏低,我們就減少爐子的進(jìn)堿量,當(dāng)溫度高了,我們?cè)贉p小蒸汽壓力,這樣容易形成惡性循環(huán),煅燒爐干量越來越少,而操作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)較好。大家都習(xí)慣去開動(dòng)較多的設(shè)備,而作業(yè)量相對(duì)較小,這樣工作環(huán)境好,設(shè)備也不容易出故障。

3)增大煅燒爐加熱管的換熱面積。1#、2#、3#輕灰蒸汽煅燒爐內(nèi)設(shè)4排同心圓排列的加熱管,每個(gè)圓周有52根,共計(jì)208根,換熱面積為3 300 m2(各加熱管規(guī)格數(shù)量見表2)。而4#煅燒爐因?yàn)楦倪M(jìn)加熱管表面螺旋翅片的高度和間距,使其加熱面積達(dá)到5 100 m2,其生產(chǎn)能力為900 t/d。因此我們擬采用在1#、2#、3#煅燒爐內(nèi)增加1排加熱管,增大其換熱面積,以提高其生產(chǎn)能力。

表2 加熱管規(guī)格一覽表 (mm)

當(dāng)然,我們也要就限制煅燒爐作業(yè)能力的前后系統(tǒng)進(jìn)行改造,包括進(jìn)料螺旋的電機(jī)因電流過大而頻繁自停,返堿刮板也因電流過大而造成拉灰量不足的問題。根據(jù)其他兄弟堿廠的經(jīng)驗(yàn),他們?cè)谙嚓P(guān)改造前也出現(xiàn)同樣的問題,通過增加電機(jī)功率,即將進(jìn)料螺旋電機(jī)由37 kW改為45 kW,將返堿刮板電機(jī)由45 kW改為55 kW,這些問題就基本得以解決了。

2 初步設(shè)計(jì)方案及實(shí)施辦法

2.1 設(shè)計(jì)方案

2.1.1 方案一

欲提高產(chǎn)量,必須增大加熱面積(在爐體長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、斜度不變的情況下),在最內(nèi)排再增1排加熱管(見圖1第5排),這種方法工程量相對(duì)較小,焊接難度小,原則上可行,但換熱效果不理想。

理由是:凝水自第4排及第5排均流到第5排積水區(qū),導(dǎo)致蒸汽進(jìn)不到第5排加熱管中,只有轉(zhuǎn)到90°水平方向時(shí)方可將冷凝水自第4排加熱管排入汽室并開始進(jìn)汽。

1)在爐體旋轉(zhuǎn)過程中,當(dāng)加熱管在上部時(shí)其冷

圖1 在最內(nèi)排增加1排加熱管

2)當(dāng)爐體自水平方向開始旋轉(zhuǎn)到底部,再到水平位置時(shí),第5排及第4排的冷凝水全部通過第4排加熱管排出,也將瞬間影響第4排加熱管的進(jìn)汽量。

2.1.2 方案二

在最內(nèi)排再增1排加熱管并增設(shè)一環(huán)管和26節(jié)直管(見圖2、圖3)。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于:

1)無論加熱管處在何種位置,第5排換熱管中的冷凝水均可通過環(huán)管導(dǎo)入第4排管而進(jìn)入汽室,且可在360°任意位置可使冷凝區(qū)排水。

2)不影響進(jìn)汽,僅在最下方短時(shí)間內(nèi)第4排管內(nèi)排水量增大時(shí)而瞬間影響進(jìn)汽空間。

2.2 方案二的實(shí)施與計(jì)劃

1)若第5排加熱管(新增管)采用φ57,翅片高20 mm,螺距為32 mm,總長(zhǎng)28.5 m,數(shù)量為52根的方案,相鄰加熱管間距狹小無法對(duì)角縫3背面施焊?？梢圆捎眯略龉堞?6,翅片高20 mm,螺距為32 mm,數(shù)量為26根的方案,具體組對(duì)步驟為:

將第5排與第4排之間隔1個(gè)連接1個(gè),這樣其換熱面積可增加430 m2左右,根據(jù)相關(guān)兄弟單位類似改造情況看,達(dá)到850 t/d是完全可能的。

2)排布時(shí)靠近環(huán)管處應(yīng)接近管架或擋灰板,盡可能減少振動(dòng)。

3)環(huán)管為φ133×5,支管為φ57×4,其長(zhǎng)度應(yīng)略大于第4排與第3排之間管間距,以利于第5排管的焊接。

4)區(qū)域A的焊接:焊接及施工的難度很大,可以采用以下方案:

①將φ133×5環(huán)管制作成兩半,如圖3,在爐體外將支管位置確定好,開孔并與支管焊好(角縫1),同時(shí)將第4排加熱管上對(duì)應(yīng)孔開好。

②將2個(gè)半圓環(huán)移入爐內(nèi),并將支管插入第4排管已經(jīng)開好的孔內(nèi)固定,再將另一半按上述步驟固定,沿A-A平面并開“V”形坡口。

③焊接A-A對(duì)口,合格后進(jìn)行X射線檢驗(yàn)。

④焊接角縫2。

⑤穿入第5排管,并焊接角縫3。

⑥有條件可對(duì)角縫1、2、3進(jìn)行PT檢查。

3 節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)與安全衛(wèi)生

此項(xiàng)目是在原有煅燒爐基礎(chǔ)上進(jìn)行的改造,不涉及廢氣、廢水及廢渣的產(chǎn)生與排放。改造成功后,將提高煅燒爐生產(chǎn)能力,優(yōu)化我廠煅燒爐的操作彈性,降低能耗。從我廠在用煅燒爐的平均電耗統(tǒng)計(jì),僅在用電量方面估計(jì)每年可節(jié)電200萬kW·h。

4 投資估算

1)固定資產(chǎn)費(fèi)用估算:設(shè)備投資根據(jù)各專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)廠家最新報(bào)價(jià)。

2)固定資產(chǎn)其他費(fèi)用包括建設(shè)單位管理費(fèi)(包括工程監(jiān)理和質(zhì)量監(jiān)督費(fèi))、勘察測(cè)量費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)、辦公及生活家具購置費(fèi)、設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)、生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)和試運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)等,各費(fèi)用計(jì)算依據(jù)有關(guān)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)。其中建設(shè)單位管理費(fèi)率2%;勘察設(shè)計(jì)費(fèi)根據(jù)國家收費(fèi)規(guī)定估算;設(shè)計(jì)費(fèi)率2%×1.1,工程監(jiān)理費(fèi)率0.1%,非標(biāo)設(shè)計(jì)費(fèi)率根據(jù)設(shè)備類型按規(guī)定計(jì)算;設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)率為6%×0.35;試運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)為建安工程費(fèi)用的0.5%;預(yù)備費(fèi)為固定資產(chǎn)費(fèi)用的6%×0.5。

具體投資估算見表4。

表4 投資估算表 (萬元)

5 效益分析

改造中增大了返堿刮板和進(jìn)料螺旋的電機(jī)功率,若停1臺(tái)煅燒爐,節(jié)電量為:

新增容量:(45-37)+(55-45)=18 kW

每年的節(jié)電量為:

200-(18＊24＊300)=187萬kW·h

按每度電0.5元計(jì)算,僅年節(jié)電價(jià)值可達(dá):

185×0.5=92.5萬元

投資回收期為10個(gè)月。

綜上所述,本改造方案經(jīng)濟(jì)效益明顯、技術(shù)上可行,對(duì)蒸汽煅燒爐的節(jié)能改造具有較大的指導(dǎo)意義。

TQ 114.15

B

1005-8370(2010)05-27-04

2010-06-30