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        在線(xiàn)自動(dòng)清灰系統(tǒng)在烷基化廢硫酸裂解裝置鍋爐中的應(yīng)用

        2023-10-20 02:27:46陳建軍
        磷肥與復(fù)肥 2023年8期
        關(guān)鍵詞:列管清灰烷基化

        陳建軍

        (云南天安化工有限公司,云南 安寧 650309)

        某公司烷基化廢硫酸裂解裝置是將前期烷基化裝置產(chǎn)生的廢硫酸高溫裂解生成SO2煙氣,SO2煙氣經(jīng)處理合格后送入硫黃制硫酸裝置生產(chǎn)硫酸。烷基化廢硫酸在高溫裂解過(guò)程中,金屬離子蒸發(fā)形成極小的原始粒子,在隨著煙氣進(jìn)入余熱鍋爐換熱冷卻時(shí),這些原始粒子形成團(tuán)聚體,加劇了垢的產(chǎn)生,使鍋爐火管堵塞嚴(yán)重,影響鍋爐及換熱設(shè)備的換熱效率,導(dǎo)致受熱面的腐蝕、爆管,造成鍋爐意外停爐[1],對(duì)鍋爐安全危害極大,影響裝置正常運(yùn)行。

        1 現(xiàn)狀分析及存在問(wèn)題

        1.1 現(xiàn)狀分析

        根據(jù)烷基化廢硫酸的物理特性,其在裂解過(guò)程中本身就會(huì)結(jié)垢[2]。對(duì)廢硫酸進(jìn)行全分析,結(jié)果見(jiàn)表1。鍋爐垢樣分析結(jié)果見(jiàn)表2。

        表1 廢硫酸全分析結(jié)果

        表2 鍋爐垢樣分析結(jié)果 %

        由表2可知,余熱鍋爐垢的主要成分是鐵、鈉的硫酸鹽或氧化物,與原料廢硫酸中的金屬離子情況相一致。原料廢硫酸設(shè)計(jì)要求ρ(Fe3+)<110 mg/L、ρ(Na+)<11 mg/L,而實(shí)際運(yùn)行時(shí)鐵離子和鈉離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值。廢硫酸在高溫裂解過(guò)程中,金屬離子蒸發(fā)形成極小的原始粒子,煙氣進(jìn)入余熱鍋爐換熱冷卻時(shí),這些原始粒子接觸并融聚在一起,快速聚集成較大的結(jié)構(gòu),形成團(tuán)聚體,這表示存在金屬化合物的蒸發(fā)和冷凝情況。

        1.2 存在問(wèn)題

        烷基化廢硫酸裂解裝置鍋爐有55個(gè)清灰盲板、299根換熱管,換熱排管長(zhǎng)度8.5 m,管內(nèi)煙氣溫度960~1 150 ℃,現(xiàn)有技術(shù)中的鍋爐換熱管清理多采用人工清灰或半自動(dòng)壓縮空氣脈沖清灰。人工清灰的方式有很多弊端:人員勞動(dòng)強(qiáng)度大;人員勞務(wù)費(fèi)用開(kāi)支大(每周清理7 次,每次投入9 人,按每人每天180元計(jì),一年費(fèi)用為589 680元);容易引發(fā)安全事故。半自動(dòng)壓縮空氣脈沖利用壓縮空氣脈沖在鍋爐換熱管出口端對(duì)積灰的作用力以達(dá)到清灰的目的,作用效果與噴口距離有關(guān)(一般在2.0~2.5 m)[3],而換熱排管長(zhǎng)度達(dá)8.5 m,有效清灰長(zhǎng)度過(guò)于局限,經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,效果不佳,無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

        2 解決思路探尋

        鍋爐在線(xiàn)清灰設(shè)備經(jīng)過(guò)多次摸索、試驗(yàn),通過(guò)定位機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確有效地將清灰桿定位至需清理的換熱管口位置,通過(guò)前后運(yùn)行導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)清灰桿對(duì)換熱管內(nèi)的灰塵進(jìn)行有效清理,通過(guò)PLC及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的配合,實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)自動(dòng)清灰。

        2.1 在線(xiàn)自動(dòng)清灰工作原理

        在清灰設(shè)備上配置定位系統(tǒng)、向?qū)到y(tǒng)、控制系統(tǒng)、距離傳感器等,通過(guò)各設(shè)備機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)固定在主導(dǎo)軌上的耐熱清灰桿,壓縮空氣經(jīng)安裝在清灰桿頂端的噴頭射出,對(duì)硫化氫鍋爐內(nèi)的列管逐一疏通。耐熱清灰桿在疏通每一根列管時(shí)都經(jīng)相應(yīng)設(shè)備機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)入列管深處,達(dá)到列管尾端后再返回,確保沒(méi)有清灰盲區(qū)。通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)定位清灰管位置,由控制設(shè)備輸送耐熱清灰桿進(jìn)入列管內(nèi),設(shè)備前橫梁上設(shè)有傳感器,當(dāng)耐熱清灰桿的尾端觸碰到橫梁上的傳感器時(shí),說(shuō)明耐熱鋼管頂端已到達(dá)列管尾端,此時(shí)耐熱清灰桿經(jīng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)自動(dòng)返回到初始位置,完成一根列管的清洗。操作人員只需掌握設(shè)備操作流程以及負(fù)責(zé)爐子端蓋上蓋板的拆卸與安裝。

        2.2 在線(xiàn)自動(dòng)清灰設(shè)計(jì)

        該設(shè)備實(shí)際上是一臺(tái)非標(biāo)桁架機(jī)械,主要分為電控、動(dòng)力、傳動(dòng)、執(zhí)行以及氣源五大部分。

        1) 電控系統(tǒng) 采用目前最常用的PLC控制方式,使在線(xiàn)清灰設(shè)備具有自動(dòng)定位、前進(jìn)、后退等功能,實(shí)現(xiàn)程序控制并帶有危險(xiǎn)狀態(tài)保護(hù)功能。

        2) 動(dòng)力系統(tǒng) 采用伺服電機(jī)經(jīng)小型減速機(jī)后輸出動(dòng)力,帶動(dòng)清灰桿低速轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電機(jī)具有控制精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、力矩輸出恒定、過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

        3) 傳動(dòng)部分 主要以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪在齒條上行走來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的前后、左右方向的運(yùn)動(dòng),上下方向采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿在螺母內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)后發(fā)生的相對(duì)位移帶動(dòng)機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動(dòng)。

        4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 依靠輪組與導(dǎo)軌間的滾動(dòng)減小摩擦力,輪組經(jīng)輪板、托板帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(耐熱鋼管)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最終功能,輪組、導(dǎo)軌易于加工、成本低以及實(shí)用性強(qiáng)。頂部設(shè)計(jì)壓縮空氣噴頭,噴頭沿著圓周方向均勻開(kāi)8 個(gè)孔,向后方傾斜45°角,利于灰塵順著煙氣管道方向流出鍋爐。由于清灰桿較長(zhǎng),通過(guò)可移動(dòng)清灰桿支撐架對(duì)清灰桿進(jìn)行支撐,以防止清灰桿因重力及阻力作用導(dǎo)致的形變,以避免定位不準(zhǔn)確。

        5) 氣源部分 由高壓力低流量的空氣壓縮機(jī)、油水過(guò)濾器、儲(chǔ)氣罐以及管路組成,必要時(shí)可配備脫水裝置,以減少壓縮空氣中的水分。

        2.3 在線(xiàn)自動(dòng)清灰設(shè)備選擇

        伺服電機(jī),功率0.55 kW,額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min,輸出轉(zhuǎn)矩315 N·m;斜齒輪行星減速機(jī),輸出轉(zhuǎn)速20~30 r/min,額定輸出轉(zhuǎn)矩45 N · m,減速比100;PLC控制器優(yōu)選西門(mén)子S7-1200,PLC控制器通過(guò)與本裝置的各個(gè)機(jī)構(gòu)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)連接,達(dá)到控制各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的效果;導(dǎo)軌及滾輪,材質(zhì)45#鋼,調(diào)質(zhì)、淬火處理;框架,材質(zhì)采用工業(yè)機(jī)械自動(dòng)化用鋁合金型材,特點(diǎn)是輕便;清灰桿,310S耐熱材料。

        2.4 在線(xiàn)自動(dòng)清灰設(shè)備參數(shù)

        設(shè)備外形尺寸14.0 m×3.0 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×高),清灰速度5 m/min,設(shè)備質(zhì)量<1.5 t,清灰桿規(guī)格φ38 mm×9 m,壓縮空氣壓力≤1.0 MPa,流量≤1 m3/min。

        3 預(yù)期效果

        通過(guò)實(shí)驗(yàn)攻關(guān)在鍋爐尾部設(shè)計(jì)在線(xiàn)自動(dòng)清灰裝置,每2~3 d投用一次,每次3 h就可將鍋爐受熱面積灰迅速清除干凈,鍋爐排煙溫度降幅達(dá)20~50 ℃,鍋爐熱效率提高1%~3%。在線(xiàn)機(jī)械自動(dòng)清灰裝置具有較好的清灰能力,操作智能化,安全可靠性高,綜合節(jié)能效果佳,不再需要人員進(jìn)行人工清灰操作,隔離了人員與高熱的鍋爐設(shè)備,避免了安全隱患,同時(shí)提高了作業(yè)效率,省時(shí)省力,且裝置整體設(shè)計(jì)新穎,實(shí)用性強(qiáng),易于推廣使用。

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