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，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，其在裂解過程中本身就會結(jié)垢［2］。對廢硫酸進(jìn)行全分析，結(jié)果見表1。鍋爐垢樣分析結(jié)果見表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)行時鐵離子和鈉離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值。廢硫酸在高溫裂解過程中，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，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 存在問題

烷基化廢硫酸裂解裝置鍋爐有55個清灰盲板、299根換熱管，換熱排管長度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壓縮空氣脈沖清灰。人工清灰的方式有很多弊端：人員勞動強(qiáng)度大；人員勞務(wù)費(fèi)用開支大（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。半自動壓縮空氣脈沖利用壓縮空氣脈沖在鍋爐換熱管出口端對積灰的作用力以達(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］，而換熱排管長度達(dá)8.5 m，有效清灰長度過于局限，經(jīng)多次現(xiàn)場實(shí)踐，效果不佳，無法滿足生產(chǎn)需求。

2 解決思路探尋

鍋爐在線清灰設(shè)備經(jīng)過多次摸索、試驗(yàn)，通過定位機(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，通過前后運(yùn)行導(dǎo)軌驅(qū)動清灰桿對換熱管內(nèi)的灰塵進(jìn)行有效清理，通過PLC及驅(qū)動電機(jī)的配合，實(shí)現(xiàn)在線自動清灰。

2.1 在線自動清灰工作原理

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，通過各設(shè)備機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，帶動固定在主導(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都經(jīng)相應(yīng)設(shè)備機(jī)構(gòu)帶動進(jìn)入列管深處，達(dá)到列管尾端后再返回，確保沒有清灰盲區(qū)。通過系統(tǒng)自動定位清灰管位置，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，說明耐熱鋼管頂端已到達(dá)列管尾端，此時耐熱清灰桿經(jīng)機(jī)構(gòu)帶動自動返回到初始位置，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 在線自動清灰設(shè)計(jì)

該設(shè)備實(shí)際上是一臺非標(biāo)桁架機(jī)械，主要分為電控、動力、傳動、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，使在線清灰設(shè)備具有自動定位、前進(jìn)、后退等功能，實(shí)現(xiàn)程序控制并帶有危險狀態(tài)保護(hù)功能。

2） 動力系統(tǒng) 采用伺服電機(jī)經(jīng)小型減速機(jī)后輸出動力，帶動清灰桿低速轉(zhuǎn)動。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、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

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

4） 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 依靠輪組與導(dǎo)軌間的滾動減小摩擦力，輪組經(jīng)輪板、托板帶動執(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8 個孔，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，通過可移動清灰桿支撐架對清灰桿進(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)、油水過濾器、儲氣罐以及管路組成，必要時可配備脫水裝置，以減少壓縮空氣中的水分。

2.3 在線自動清灰設(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)選西門子S7-1200，PLC控制器通過與本裝置的各個機(jī)構(gòu)有線或者無線連接，達(dá)到控制各個機(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 在線自動清灰設(shè)備參數(shù)

設(shè)備外形尺寸14.0 m×3.0 m×1.5 m（長×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

通過實(shí)驗(yàn)攻關(guān)在鍋爐尾部設(shè)計(jì)在線自動清灰裝置，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%。在線機(jī)械自動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，同時提高了作業(yè)效率，省時省力，且裝置整體設(shè)計(jì)新穎，實(shí)用性強(qiáng)，易于推廣使用。