劉苗苗 ， 張明軍 ， 陳佳妮 ， 楊玉慧 ， 董立英 ， 張 輝

(多氟多新材料股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

螢石和硫酸反應(yīng)制取氫氟酸的生產(chǎn)工藝中，螢石和硫酸先后在預(yù)反應(yīng)器、反應(yīng)爐中反應(yīng)后產(chǎn)生尾渣，尾渣通過出渣螺旋輸送至下一步工序冷卻排渣。

為防止尾渣在尾渣冷卻爐內(nèi)結(jié)塊結(jié)殼，從而影響冷卻效果，尾渣冷卻爐內(nèi)有自由螺旋破渣螺旋，尾渣冷卻爐在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，尾渣向爐尾流動，自由破渣螺旋隨爐體的轉(zhuǎn)動沿爐壁向爐前滾動，起到破碎尾渣和預(yù)防尾渣結(jié)壁的作用。同時，破碎后的尾渣粒度變小，比表面積增大，使得冷卻效果也進(jìn)一步加強(qiáng)。冷卻后的尾渣從出料箱一側(cè)進(jìn)入，從下部出口自動流出，從而實(shí)現(xiàn)了整個冷卻排渣過程，冷卻后的尾渣成常態(tài)化，不會再發(fā)生二次污染反應(yīng)。

1 問題分析

1.1 自由破渣螺旋撞擊出料箱原因分析

在尾渣輸送和冷卻過程中，尾渣冷卻爐為動態(tài)設(shè)備，出料箱為靜態(tài)設(shè)備。要把一動一靜兩臺設(shè)備無縫結(jié)合，設(shè)計(jì)上采用了石墨彈簧密封銜接。彈簧起到緊固出料箱和爐體作用，隨爐體的轉(zhuǎn)動松弛有度，預(yù)防了物料的泄漏；石墨起到潤滑密封作用，降低出料箱和爐體的硬性摩擦，延長了設(shè)備的使用壽命。作為爐內(nèi)的自由破渣螺旋，正常情況下，冷卻爐停車時不會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，但系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況急停車時會導(dǎo)致尾渣冷卻爐反轉(zhuǎn)。長時間生產(chǎn)過程中，由于爐體較重，生產(chǎn)停車時由于慣性作用尾渣冷卻爐也會出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速較快，會發(fā)生自由螺旋向爐尾旋轉(zhuǎn)或甩向爐尾，撞擊與尾渣冷卻爐爐尾連接的出料箱。而出料箱僅靠彈簧密封件與爐體連接，所以會導(dǎo)致自由破渣螺旋撞掉出料箱，竄出爐體外部，不僅會損壞設(shè)備，還會造成極大的安全隱患。

1.2 冷卻效果差原因分析

無水氫氟酸生產(chǎn)工藝中，硫酸和螢石的配比是確保反應(yīng)能否完全的重要因素。硫酸和螢石通過一定配比下到回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行反應(yīng)。根據(jù)硫酸和氟化鈣的化學(xué)反應(yīng)方程式，螢石和硫酸配比應(yīng)遵循當(dāng)量定律n(H2SO4)∶n(CaF2)=1.256 ( 物質(zhì)的量比) 。在生產(chǎn)操作時，根據(jù)工藝條件和原料規(guī)格的不同，應(yīng)扣除副反應(yīng)水分轉(zhuǎn)化硫酸這一因素，螢石按照四級品計(jì)算，則實(shí)際配比為1.212。

為確保過量的硫酸和反應(yīng)后夾帶的微量氟化氫氣體不腐蝕尾渣冷卻爐，在尾渣進(jìn)入尾渣冷卻爐之前會加入消石灰進(jìn)行中和，此時尾渣除了從反應(yīng)后夾帶的熱量，還有消石灰和尾渣中和時釋放的熱量，因此尾渣冷卻效果好與壞，也是保護(hù)環(huán)境的重要因素之一。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，就原設(shè)計(jì)的冷卻水進(jìn)水方式、長方體冷卻循環(huán)夾套的外形、存水量及安裝角度作調(diào)整后，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步優(yōu)化冷卻效果的目的。

2 對策方案

2.1 擋環(huán)設(shè)計(jì)可行性分析

基于尾渣冷卻爐內(nèi)自由破渣螺旋出現(xiàn)撞擊出料箱的原因，在理論數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)了一種阻擋自由破渣螺旋撞擊出料箱的裝置結(jié)構(gòu)——擋環(huán)。經(jīng)實(shí)踐證明，擋環(huán)的設(shè)計(jì)安裝取得了良好效果。以尾渣冷卻爐內(nèi)直徑D=2 200 mm為例，其擋環(huán)外直徑D1=2 190 mm，擋環(huán)內(nèi)直徑D3=1 850 mm，擋環(huán)環(huán)周出料口內(nèi)直徑D2=2 000 mm，環(huán)周單個出料孔夾角α為25°。可知：爐體內(nèi)截面積3.8 m2；環(huán)周8個出料孔截面積0.347 74 m2，環(huán)周8個盲區(qū)截面積0.27 716 m2。可得：物料通過率9.15%；物料填充率7.3%；由于物料通過率>物料填充率，方案能滿足正常生產(chǎn)，因此該擋環(huán)設(shè)計(jì)成立。

擋環(huán)示意圖見圖1。

圖1 擋環(huán)示意圖

2.2 擋環(huán)設(shè)計(jì)

物料尾渣從反應(yīng)爐出渣螺旋，經(jīng)中和進(jìn)料螺旋輸送進(jìn)入尾渣冷卻爐，而消石灰由計(jì)量螺旋輸送進(jìn)入中和進(jìn)料螺旋，在螺旋內(nèi)和尾渣中和反應(yīng)后再進(jìn)入尾渣冷卻爐；同時物料尾渣在尾渣冷卻爐內(nèi)經(jīng)全面冷卻后，達(dá)到常溫狀態(tài)，徹底消除了二次反應(yīng)所造成的污染。基于以上整個尾渣處理過程和處理后物料呈中性或弱酸性的特點(diǎn)以及爐體材質(zhì)，擋環(huán)本體和加強(qiáng)筋材質(zhì)選用了Q235A，厚度均為16 mm。擋環(huán)外形類似水泵聯(lián)軸器減震塊，本擋環(huán)設(shè)計(jì)為八角，其物料通過率大于物料充填率，能維持正常的生產(chǎn)秩序。擋環(huán)在尾渣冷卻爐內(nèi)后置于出料箱之前位置，見圖2。

①尾渣冷卻爐 ②出料箱 ③擋環(huán) ④自由破渣螺旋

2.3 流水堰設(shè)計(jì)

原尾渣冷卻爐的冷卻循環(huán)夾套設(shè)計(jì)為不帶頂部蓋板的長方體，從外觀上來看，和尾渣冷卻爐渾然一體，現(xiàn)場效果較好，使用效果略有欠缺。①長方體冷卻循環(huán)夾套置于尾渣冷卻爐兩滾帶之間，尾渣冷卻爐沿長方體冷卻循環(huán)夾套軸向從兩端穿出，尾渣冷卻爐爐體下端面距離長方體冷卻循環(huán)夾套底部兩端約200 mm。而設(shè)計(jì)要求尾渣冷卻爐從進(jìn)料端向出料端傾斜1%，冷卻循環(huán)夾套也出現(xiàn)1%的傾斜，導(dǎo)致冷卻循環(huán)夾套底部的水集中向出料端傾斜，尾渣冷卻爐中間段前端缺水，不能很好地達(dá)到冷卻的目的?，F(xiàn)設(shè)計(jì)尾渣冷卻爐保持1%的傾斜度，冷卻循環(huán)夾套軸向按水平安裝，將冷卻循環(huán)夾套沿軸向前后端預(yù)留出高度差，確保冷卻循環(huán)夾套底部的水均布，使得尾渣冷卻爐冷卻段前后均能和冷卻循環(huán)水密切接觸。②循環(huán)夾套頂部噴淋設(shè)計(jì)的是引流管，引流管橫向中心線以下設(shè)計(jì)噴淋孔，實(shí)際生產(chǎn)中往往會出現(xiàn)結(jié)垢堵塞噴淋孔的情況?，F(xiàn)改為流水堰，見圖3，由于流水堰上半部是敞口式，在一定程度上也起到冷卻降溫的作用。

圖3 流水堰示意圖

3 結(jié)語

根據(jù)本行業(yè)的特殊性進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)改良，能夠讓整個行業(yè)受益。針對無機(jī)氟化鹽生產(chǎn)裝備(氫氟酸尾渣冷卻爐)內(nèi)自由破渣螺旋撞擊出料箱及冷卻效果差的問題進(jìn)行了分析，并制定了行之有效的解決方案，效果良好，可以為本行業(yè)同類問題提供借鑒。