熱裂解技術在發動機再制造過程中的應用

（中國石油集團濟柴動力總廠再制造中心，河北 青縣 062658）

熱裂解技術在發動機再制造過程中的應用

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）

介紹了發動機再制造過程當中應用熱裂解技術清除工件表面污染物的工藝方法及設備解決方案，該技術能夠通過對溫度參數和時間參數的合理控制，在工件不發生變形的前提下，實現對拆機零部件的高效、環保節能清潔處理。

發動機；再制造；熱裂解

舊機零部件清洗是發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、機械加工等后續工序。但是，發動機經過長時間的運轉，這些污染物已經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動機拆機零部件的主要方法為堿鍋浸泡。對鑄鐵和鋼質零件的表面污垢，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、百葉片等磨料發生磨擦，出現很多微小劃痕，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并應用了熱裂解清洗發動機零部件的技術，經過不斷完善，目前該技術已經成為去除拆機零部件表面污垢的主要技術手段。

一、熱裂解技術原理

熱裂解技術是在近幾年研究開發出來的一種廣泛應用于垃圾處理領域的新技術。上世紀90年代初，由于國外科學家研究發現垃圾焚燒過程中會產生對人體有害的致癌物。因此，西方發達國家在研究治理焚燒產生的二次污染的同時，投巨資開發研究新的垃圾處理技術。垃圾熱裂解技術被各國環保專家普遍看好，認為這是垃圾處理無害化、減量化和資源化的一條新路。發達國家投入大量的人力物力進行研究開發，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，主要產物是二氧化碳、水，但同時也會產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。不同的溫度區間所進行的反應過程不同，產生物的組成也不同。總之，熱裂解的實質是加熱有機分子使之裂解成小分子析出，最后根據實際需要進行后續處理而轉化為無機物的過程，它包含了許多復雜的物理化學過程。

發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定性，在無氧或缺氧條件下對其進行加熱蒸餾，使有機物產生裂解氣化，形成各種新的氣體和固體。其中氣體進入二次燃燒爐經過二次高溫燃燒消除有毒有害物質后排放到大氣中，固體主要是無機物，而且經過熱裂解后其與零件表面的結合力已經變得非常微小，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、產品形態、熱裂解爐結構等方面的不同，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器提供補充燃料時所產生的熱，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在熱裂解反應器（或熱裂解爐）中分離開來進行裂解的一種方法。供熱介質燃燒產生的熱量通過空氣等介質傳導至被熱裂解的物料進行加溫。

公司根據拆解后發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提供熱源。其優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生變形的問題。

三、發動機熱裂解技術主要創新點

濟柴再制造中心在吸取國內外先進技術研究成果的基礎上，結合本公司發動機零件的表面污染物特性，研究開發出完全擁有自主的知識產權的中大功率內燃機零件表面污染物熱裂解清洗工藝技術及相關設備。設備組成如圖1所示。

圖1 熱裂解工藝設備

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，料車退出）→自動分解（工件經歷升溫、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→轉入噴淋清洗工序或噴砂工序。

2.工作方式

在料車的上部設有液壓升降裝置。在液壓裝置上設有工件承載支架。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動沿著地軌進入分解爐內部，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。關閉爐門。

爐內有兩個相對獨立的燃燒系統和溫度、煙霧控制系統 。在第一燃燒系統，將爐腔加熱到200～300℃溫度范圍，具體溫度數值及時間數值根據零件種類的不同而設定。設定完畢后由控制系統自動控制爐內氣氛及溫度，使工件上的污物逐步分解成氣體和殘留固體。控制系統始終保證分解速度、分解物（氣體）濃度并嚴格控制在一定的范圍內。在達到蒸發溫度之前，第二燃燒系統處于關閉狀態，以節省燃料。當溫度達到預先設定的分解低點溫度時，第二燃燒系統自動點燃工作。

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

在低氧狀態下，污染物中的碳氫化合物（烴類）物質分解為揮發氣體和碳顆粒（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，經高溫處理后轉化成CO2和水蒸汽通過煙囪排出，爐內剩下的是工件和不受溫度影響的無機物，這些無機物已經成為粉狀，大多數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。

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

3.設備結構及技術特點

（1）分解爐采用往復式單室結構，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，在料車上設有控制盒和按鈕。料車進出分解爐用減速機驅動。分解爐爐體進出料口設有向兩側開啟的雙開密封門，最大開啟尺寸及分解爐內有效尺寸按最大工件和料車尺寸設計。該結構解決了大型零件從側面進出頂蓋封閉的分解爐的難題，裝卸大型發動機零件十分方便。

（2）爐體采用全優質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。爐體內部設有霧化噴淋防明火系統，當爐內因易燃物燃燒造成溫度過高，則霧化噴淋系統自動開啟，抑制明火現象的產生。

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

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

四、應用效果

熱裂解清洗技術應用以來，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能降耗作用。

據統計，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。

該技術應用以后，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。經計算，應用該技術后，每年節省物料費、人工費以及由于生產效率提高而增加的效益合計可達60余萬元。

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