（中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北 青縣 062658）

熱裂解技術(shù)在發(fā)動機再制造過程中的應(yīng)用

張曉強 吳成武 劉志偉 韓景偉 鄭志強

（中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北 青縣 062658）

介紹了發(fā)動機再制造過程當中應(yīng)用熱裂解技術(shù)清除工件表面污染物的工藝方法及設(shè)備解決方案，該技術(shù)能夠通過對溫度參數(shù)和時間參數(shù)的合理控制，在工件不發(fā)生變形的前提下，實現(xiàn)對拆機零部件的高效、環(huán)保節(jié)能清潔處理。

發(fā)動機；再制造；熱裂解

舊機零部件清洗是發(fā)動機再制造過程中的重要工序，只有將表面附著的油污、積碳、水垢、油漆、膩子、氧化皮等污染物去除干凈，才能進行探傷、檢測、尺寸恢復、機械加工等后續(xù)工序。但是，發(fā)動機經(jīng)過長時間的運轉(zhuǎn)，這些污染物已經(jīng)與工件表面附著的很牢固，很難用噴淋、擦拭等簡單方法去除干凈。

濟柴再制造中心原來清洗舊發(fā)動機拆機零部件的主要方法為堿鍋浸泡。對鑄鐵和鋼質(zhì)零件的表面污垢，多采用高溫燒堿和純堿混合溶液浸泡；對鋁質(zhì)零件的表面污，多采用高溫泡花堿和金屬清洗劑混合溶液初次浸泡后，再用稀料二次浸泡。浸泡工序以后再用高壓水槍沖洗。由于拆機后的零件污垢量大、結(jié)合力強，頑固污垢有時候浸泡4至5天后仍無法去除干凈，對局部難以去除的污垢必須采用人工打磨。這就導致每年耗費大量的人力、物力在清洗工序上。而且在打磨過程中，零件表面與砂紙、砂輪、百葉片等磨料發(fā)生磨擦，出現(xiàn)很多微小劃痕，對于粗糙度要求較為嚴格的配合面，還需要進行后續(xù)磨削加工，又增加了再制造成本。

為了提高清洗效率，消除原有清洗工藝的弊端，濟柴再制造中心開發(fā)并應(yīng)用了熱裂解清洗發(fā)動機零部件的技術(shù)，經(jīng)過不斷完善，目前該技術(shù)已經(jīng)成為去除拆機零部件表面污垢的主要技術(shù)手段。

一、熱裂解技術(shù)原理

熱裂解技術(shù)是在近幾年研究開發(fā)出來的一種廣泛應(yīng)用于垃圾處理領(lǐng)域的新技術(shù)。上世紀90年代初，由于國外科學家研究發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生對人體有害的致癌物。因此，西方發(fā)達國家在研究治理焚燒產(chǎn)生的二次污染的同時，投巨資開發(fā)研究新的垃圾處理技術(shù)。垃圾熱裂解技術(shù)被各國環(huán)保專家普遍看好，認為這是垃圾處理無害化、減量化和資源化的一條新路。發(fā)達國家投入大量的人力物力進行研究開發(fā)，并取得可喜的成果。

熱裂解不同于焚燒法，焚燒是一個放熱過程，主要產(chǎn)物是二氧化碳、水，但同時也會產(chǎn)生一部分有害氣體排放。而熱裂解需要吸收大量熱量，熱裂解的主要產(chǎn)物是可燃的低分子化合物。有機物的成分不同，整個熱裂解過程開始的溫度也不同。不同的溫度區(qū)間所進行的反應(yīng)過程不同，產(chǎn)生物的組成也不同。總之，熱裂解的實質(zhì)是加熱有機分子使之裂解成小分子析出，最后根據(jù)實際需要進行后續(xù)處理而轉(zhuǎn)化為無機物的過程，它包含了許多復雜的物理化學過程。

發(fā)動機零部件熱裂解法是利用表面附著的污染物當中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧或缺氧條件下對其進行加熱蒸餾，使有機物產(chǎn)生裂解氣化，形成各種新的氣體和固體。其中氣體進入二次燃燒爐經(jīng)過二次高溫燃燒消除有毒有害物質(zhì)后排放到大氣中，固體主要是無機物，而且經(jīng)過熱裂解后其與零件表面的結(jié)合力已經(jīng)變得非常微小，用高壓水噴淋后即可去除干凈。

二、 熱裂解方法

熱分解過程由于供熱方式、產(chǎn)品形態(tài)、熱裂解爐結(jié)構(gòu)等方面的不同，熱裂解方式各異，按熱裂解溫度不同，1 000℃以上稱為高溫熱裂解，600 ～700℃稱為中溫熱裂解，600℃以下稱為低溫熱裂解。供熱方式如下。

1.直接加熱法

供給被熱裂解物的熱量是被熱裂解物（所處理的廢棄物）部分直接燃燒或向熱裂解反應(yīng)器提供補充燃料時所產(chǎn)生的熱，燃燒時需要提供空氣、富氧或純氧助燃。

2.間接加熱法

是將被熱裂解的物料與供熱介質(zhì)在熱裂解反應(yīng)器（或熱裂解爐）中分離開來進行裂解的一種方法。供熱介質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量通過空氣等介質(zhì)傳導至被熱裂解的物料進行加溫。

公司根據(jù)拆解后發(fā)動機零部件的污染物的成份及分布特征，最終采用的熱裂解方法為低溫熱裂解和間接加熱法，用天然氣作為熱源，用兩個燃燒器分別向一級加熱和二級燃燒爐內(nèi)提供熱源。其優(yōu)點為加熱溫度更容易控制，工件受熱更加均勻，避免了污染物燃燒導致局部受熱嚴重易產(chǎn)生變形的問題。

三、發(fā)動機熱裂解技術(shù)主要創(chuàng)新點

濟柴再制造中心在吸取國內(nèi)外先進技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本公司發(fā)動機零件的表面污染物特性，研究開發(fā)出完全擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)的中大功率內(nèi)燃機零件表面污染物熱裂解清洗工藝技術(shù)及相關(guān)設(shè)備。設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 熱裂解工藝設(shè)備

1.熱裂解工藝流程

上料（將拆機零部件吊裝在料車上）→料車進爐（工件和支架留在爐內(nèi)，料車退出）→自動分解（工件經(jīng)歷升溫、保溫、冷卻3個階段）→料車進入將工件和支架一起拉出→卸下工件→轉(zhuǎn)入噴淋清洗工序或噴砂工序。

2.工作方式

在料車的上部設(shè)有液壓升降裝置。在液壓裝置上設(shè)有工件承載支架。承載支架的4條支腿在裝載工件時要落在爐外地面上。工件裝載完畢后，然后按下料車液壓泵啟動按鈕，升起液壓裝置，使支架的4條支腿離開地面。然后料車由減速機驅(qū)動沿著地軌進入分解爐內(nèi)部，到位后，料車自動固定。液壓升降裝置下降，將支架的4條支腿落在爐底地面，然后料車退出爐外。關(guān)閉爐門。

爐內(nèi)有兩個相對獨立的燃燒系統(tǒng)和溫度、煙霧控制系統(tǒng) 。在第一燃燒系統(tǒng)，將爐腔加熱到200～300℃溫度范圍，具體溫度數(shù)值及時間數(shù)值根據(jù)零件種類的不同而設(shè)定。設(shè)定完畢后由控制系統(tǒng)自動控制爐內(nèi)氣氛及溫度，使工件上的污物逐步分解成氣體和殘留固體?？刂葡到y(tǒng)始終保證分解速度、分解物（氣體）濃度并嚴格控制在一定的范圍內(nèi)。在達到蒸發(fā)溫度之前，第二燃燒系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，以節(jié)省燃料。當溫度達到預(yù)先設(shè)定的分解低點溫度時，第二燃燒系統(tǒng)自動點燃工作。

當主爐腔溫度上升至310～370℃，裂解蒸發(fā)速度加快，這時第二燃燒器的溫度也升至650～760℃，徹底分解這些有機物。大多數(shù)揮發(fā)物的燃點在370～400℃范圍，這些揮發(fā)物燃燒，導致溫度迅速上升至預(yù)先設(shè)定的高點溫度值，此時主燃燒器自動熄滅，空氣補給也被切斷。隨著爐腔內(nèi)氧氣的消耗殆盡，火苗熄滅，烘焙過程開始。

在低氧狀態(tài)下，污染物中的碳氫化合物（烴類）物質(zhì)分解為揮發(fā)氣體和碳顆粒（黑煙的主要成分），分解速率隨溫度變化而變化。當分解物（氣體）進入第二燃燒系統(tǒng)，經(jīng)高溫處理后轉(zhuǎn)化成CO2和水蒸汽通過煙囪排出，爐內(nèi)剩下的是工件和不受溫度影響的無機物，這些無機物已經(jīng)成為粉狀，大多數(shù)在處理過程中已從工件上掉入爐底，少量剩余的只需輕輕敲打震掉即可。

工件在爐內(nèi)經(jīng)過緩慢冷卻至150℃以下，分解過程完畢，開啟爐門，再將料車開進爐內(nèi)，升起液壓升降裝置，將帶有工件的支架頂起，拉出爐外。

3.設(shè)備結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點

（1）分解爐采用往復式單室結(jié)構(gòu)，工件安放在沿地軌行進的動力運輸料車上運輸。料車主要由減速機、料車本體、液壓升降裝置、工件承載支架等組成。液壓升降裝置安裝在料車上，液壓站和集成控制閥等均安裝在料車上，在料車上設(shè)有控制盒和按鈕。料車進出分解爐用減速機驅(qū)動。分解爐爐體進出料口設(shè)有向兩側(cè)開啟的雙開密封門，最大開啟尺寸及分解爐內(nèi)有效尺寸按最大工件和料車尺寸設(shè)計。該結(jié)構(gòu)解決了大型零件從側(cè)面進出頂蓋封閉的分解爐的難題，裝卸大型發(fā)動機零件十分方便。

（2）爐體采用全優(yōu)質(zhì)陶瓷纖維及特殊的稀土泡沫材料保溫。加熱器采用意大利進口燃氣燃燒器，采用雙段火形式。保溫性能好，溫度控制精準。

（3）噴淋系統(tǒng)。爐體內(nèi)部設(shè)有霧化噴淋防明火系統(tǒng)，當爐內(nèi)因易燃物燃燒造成溫度過高，則霧化噴淋系統(tǒng)自動開啟，抑制明火現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（4）安全防爆門。設(shè)在分解爐頂部設(shè)有安全防爆門，在爐內(nèi)溫度及氣體壓力達到設(shè)定值上限時能自動開啟，起到安全防爆作用。

（5）設(shè)備具有手動和自動兩種操作方式，主控制系統(tǒng)應(yīng)采用PLC可編程控制器?？刂乒裨O(shè)置在分解爐的外部，可視化圖形操作界面，燃燒器工作狀態(tài)、兩級燃燒系統(tǒng)溫度、工作時間等參數(shù)都能夠在界面上顯示。采用觸控顯示屏，溫度及時間參數(shù)可直接在屏幕上輸入。

四、應(yīng)用效果

熱裂解清洗技術(shù)應(yīng)用以來，不但舊件頑固污垢的清洗效果大大改善、清洗效率較原工藝大幅提高、工人勞動強度顯著降低，而且起到了巨大的節(jié)能降耗作用。

據(jù)統(tǒng)計，按原來浸泡清洗工藝，每年清洗耗用天然氣約13萬m3，燒堿約4t，純堿3t，稀料約4t，泡花堿約0.7t，清洗劑約0.8t，僅這些主要物料總價每年就達60多萬元。

該技術(shù)應(yīng)用以后，熱裂解清洗一爐工件天然氣消耗量不超過50m3，耗電量＜0.15kW·h，合計成本不超過350元/爐。使用成本非常低。經(jīng)計算，應(yīng)用該技術(shù)后，每年節(jié)省物料費、人工費以及由于生產(chǎn)效率提高而增加的效益合計可達60余萬元。

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