氧化鋁焙燒爐LS560螺旋輸送機(jī)優(yōu)化改造

［摘 要］文章分析了氧化鋁焙燒爐喂料螺旋輸送機(jī)在使用過程中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上對影響使用壽命的各部件做了換型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，優(yōu)化后的設(shè)備運行穩(wěn)定性顯著提高。

［關(guān)鍵詞］優(yōu)化；螺旋；使用壽命

［中圖分類號］TQ133.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0088–03

氧化鋁氣態(tài)懸浮焙燒爐負(fù)責(zé)將氫氧化鋁平盤過濾機(jī)產(chǎn)出的氫氧化鋁顆粒（濕性）通過高溫灼燒脫水，生產(chǎn)出合格的冶金級氧化鋁，是氧化鋁生產(chǎn)大流程的最后一道關(guān)鍵工序和設(shè)備。而LS560 螺旋輸送機(jī)是氧化鋁焙燒爐系統(tǒng)的主要喂料設(shè)備，其設(shè)計的合理與否、故障率的高低直接影響焙燒爐主體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該設(shè)備負(fù)責(zé)將定量給料機(jī)送來的氫氧化鋁物料（濕性）送入氣態(tài)懸浮焙燒爐，輸送能力為150 t/h 氫氧化鋁，輸送距離3.15 m，采用15 kW 電機(jī)驅(qū)動。螺旋主軸的頭部設(shè)置兩組軸承作為支點，而尾部與中部未設(shè)置支點，受輸送物料量的變化主軸重心點位不確定。

1 氧化鋁焙燒爐脫硝工藝

焙燒爐脫硝工藝實施過程中，先將制備好的尿素溶液加入儲液槽。再利用尿素溶液泵將尿素溶液輸送到計量混合器中，并與壓縮空氣混合，形成霧化后的尿素溶液。借助噴槍將霧化后的尿素溶液噴入焙燒爐內(nèi)的合適溫度區(qū)域。在焙燒爐內(nèi)，尿素溶液與煙氣中的NOx 發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將NOx 轉(zhuǎn)化為N2 與H2O，反應(yīng)后的煙氣經(jīng)過除塵器、脫硫塔等設(shè)備處理后排出，排放濃度限值執(zhí)行重點控制區(qū)100 mg/m3 的排放標(biāo)準(zhǔn)。

焙燒爐脫硝工藝適用于焙燒爐等靜態(tài)設(shè)備，且要求脫硝效率較低的情況下，可在較寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫硝反應(yīng)，并且可通過調(diào)整尿素溶液的濃度與噴入量控制反應(yīng)溫度與脫硝效率。在實際運用過程中，可根據(jù)實際情況進(jìn)行尿素溶液的循環(huán)利用，降低脫硝成本。與其他脫硝技術(shù)相比，焙燒爐脫硝工藝具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點。

2 優(yōu)化前LS560螺旋輸送機(jī)存在的問題

焙燒爐喂料螺旋輸送機(jī)優(yōu)化前結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

焙燒爐喂料螺旋輸送機(jī)優(yōu)化前存在的問題如下。

（1）主軸頭部（靠近驅(qū)動側(cè)）采用兩套UCP 型立式座外球面球軸承支撐，存在以下兩方面問題：①滾動體為球體，承載能力差；②軸承內(nèi)圓與軸頸僅采用M10 頂絲固定，軸承內(nèi)圈前端與軸肩配合，而后端并未設(shè)計軸向支撐，且兩軸承又是獨立受軸向力，軸向穩(wěn)定性較差，軸承保持架極易過早的失效，甚至偶爾發(fā)生跑內(nèi)圈現(xiàn)象導(dǎo)致軸頸磨損。經(jīng)查詢出庫系統(tǒng)，2009—2014 年期間該軸承平均年出庫量為14 盤。軸承平均壽命僅6 個月。

（2）主軸的空心軸與實心軸聯(lián)接部位采用銷聯(lián)接，易發(fā)生斷裂，最長使用1 a。

（3）主葉片采用普通碳鋼，刀片采用316L 不銹鋼材質(zhì)，刀片寬度40 mm，主葉片與刀片采用螺栓聯(lián)接，刀片長度為1/4 弧長。所以在安裝過程中螺旋外圓同心度難以保證，螺旋外圓與殼體內(nèi)圓的同軸度也難以保證，并且刀片磨損較快，最長使用1 a，2009—2014 年期間螺旋軸平均年出庫量為7 根。

3 優(yōu)化原則

（1）使軸承、主軸等各部件整體壽命提高，使用壽命至少達(dá)到2 a 以上。

（2）結(jié)構(gòu)簡單、方便檢修與維護(hù)、易于制造，盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件以便采購。

（3）電氣控制及供電部分不作改動。

（4）主軸不作改動，以原輸送量及承載能力不變。

4 優(yōu)化改造方案

4.1 軸承換型采用SN 型剖分式軸承座，配雙列調(diào)心滾子軸承。

（1）滾動體為圓柱體，并且為雙列滾動體，承載能力更強(qiáng)。

（2）該軸承具備一定的調(diào)心功能，可彌補一定量的安裝誤差。

（3）加裝軸套，如圖2 所示，通過軸套5、6、7，將兩軸承內(nèi)圈形成一整體，兩軸承同時受軸向力，受力更加穩(wěn)固。軸承壽命大幅提高，平均壽命為兩年以上，2014 年以后軸承座未做更換，軸承年平均出庫量為3 盤。與螺旋軸基本同等壽命。

4.2 采用整體葉片

葉片采用整體式，并且在邊緣堆焊耐磨合金材料以增加耐磨性。輸送更加平穩(wěn)，走料更加順暢。

4.3 焙燒爐SNCR煙氣脫硝改造

對尿素溶液輸送管道進(jìn)行全程蒸汽伴熱并保溫，防止尿素溶液在輸送過程中結(jié)晶。在改造過程中設(shè)置壓縮空氣掃線流程，用于停車時的管道清空操作。針對熟料窯系統(tǒng)、焙燒爐系統(tǒng)、熱電廠鍋爐、高溫窯系統(tǒng)等多臺窯爐類設(shè)備，使用SNCR 技術(shù)進(jìn)行煙氣脫硝。整合尿素溶解存儲系統(tǒng)，使相近區(qū)域的尿素溶解存儲系統(tǒng)可以共用，以提高裝置的運轉(zhuǎn)率。結(jié)合焙燒爐的具體運行特征，選擇適合的尿素溶液噴入位置與噴槍，以實現(xiàn)最佳的脫硝效果。根據(jù)實際情況調(diào)整尿素溶液的濃度與噴入量，以控制反應(yīng)溫度和脫硝效率。對改造后的脫硝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，確保正常運行以達(dá)到預(yù)期的脫硝效果。

4.4 焙燒爐自動化控制策略

根據(jù)焙燒爐實際生產(chǎn)工況，自動化控制過程中考慮影響產(chǎn)品氧化鋁灼減率的多個因素，包括主爐溫度、系統(tǒng)氧含量、一氧化碳含量、系統(tǒng)負(fù)壓與焙燒出料溫度等。為了實現(xiàn)各項參數(shù)的穩(wěn)定控制，采取以下措施。進(jìn)行喂料秤皮帶轉(zhuǎn)速（下料量）控制，調(diào)整喂料秤皮帶轉(zhuǎn)速，控制進(jìn)入焙燒爐的物料量，從而影響主爐溫度與系統(tǒng)氧含量等參數(shù)。控制系統(tǒng)根據(jù)實時檢測的參數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，自動調(diào)整喂料秤皮帶轉(zhuǎn)速，以保持工藝參數(shù)的穩(wěn)定。進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響焙燒爐內(nèi)的氣體流量和氧含量，進(jìn)而影響主爐溫度與一氧化碳含量等參數(shù)。控制系統(tǒng)實時檢測焙燒爐內(nèi)的氣體流量與氧含量等參數(shù)，自動調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，確保參數(shù)的穩(wěn)定控制。

加強(qiáng)燒嘴開度控制，燒嘴是焙燒爐的主要加熱元件，實時調(diào)整燒嘴的開度，可自動化控制主爐溫度與系統(tǒng)負(fù)壓等參數(shù)，根據(jù)實時檢測的主爐溫度與系統(tǒng)負(fù)壓等參數(shù)，自動調(diào)整燒嘴的開度，以保證參數(shù)的穩(wěn)定。進(jìn)行煤氣主干閥開度控制，煤氣主干閥能夠控制煤氣流量與壓力數(shù)值。根據(jù)實時檢測的煤氣流量和壓力以及主爐溫度等參數(shù)，自動調(diào)整煤氣主干閥開度。在實際生產(chǎn)過程中，存在電除塵器返灰量、進(jìn)廠煤氣熱值等干擾因素，易影響系統(tǒng)負(fù)壓、焙燒主爐溫度等參數(shù)的穩(wěn)定。為了減小干擾，對影響因素進(jìn)行實時監(jiān)測，最大化減少不良因素的影響。同時，為了實現(xiàn)自動化控制，使用傳感器準(zhǔn)確檢測主爐溫度、氧含量、一氧化碳含量、系統(tǒng)負(fù)壓等相關(guān)工藝參數(shù)，以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

當(dāng)焙燒主爐GSC 的溫度高于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)增加喂料秤的轉(zhuǎn)速（即增加下料量WB），以減少物料在爐內(nèi)的停留時間，從而降低溫度。當(dāng)焙燒主爐GSC 的溫度低于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)檢查系統(tǒng)氧含量是否允許，若允許，保持喂料秤的轉(zhuǎn)速不變，增加煤氣量，以增加熱量輸入，提高爐溫。若系統(tǒng)氧含量已經(jīng)接近下限，控制系統(tǒng)則根據(jù)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速確定是否增加煤氣量。若能夠增加引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則同時增加煤氣量；若不能增加引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，則表示煤氣量不能增加。若煤氣調(diào)整無效或氧含量太低且引風(fēng)機(jī)已經(jīng)滿負(fù)荷運行，控制系統(tǒng)則調(diào)整喂料秤的轉(zhuǎn)速（即減少下料量WB），以穩(wěn)定焙燒主爐GSC 的溫度。煤氣主干閥開度設(shè)定時，若焙燒主爐GSC 的溫度超過設(shè)定的偏差范圍，控制系統(tǒng)則自動調(diào)節(jié)主煤氣閥門開度，調(diào)整煤氣流量和壓力，從而影響爐溫。

當(dāng)焙燒主爐GSC 的溫度在設(shè)定的偏差范圍內(nèi)時，控制器自動調(diào)節(jié)燒嘴的開度，以此控制燃燒強(qiáng)度與火焰形態(tài)，進(jìn)而影響爐溫與物料加熱效果。控制系統(tǒng)采集氫氧化鋁含水率、氫氧化鋁下料量、主爐溫度、煤氣流量等實時數(shù)據(jù)，根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行精準(zhǔn)分析，自動化控制灼減率。將預(yù)測值作為反饋送入DCS（分布式控制系統(tǒng)）中，形成閉環(huán)控制，與設(shè)定值進(jìn)行比較。控制系統(tǒng)根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整煤氣流量、下料量、和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等相應(yīng)的控制參數(shù)，以保持產(chǎn)品氧化鋁灼減率穩(wěn)定在約定范圍內(nèi)。

5 軸承載荷的對比

氧化鋁焙燒爐煙氣采用SNCR 脫硝工藝流程，經(jīng)技術(shù)改造與優(yōu)化后，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了以下標(biāo)準(zhǔn)：每臺焙燒爐煙氣處理量15 萬m3/h、SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率≤ 1%、NOx 排放濃度≤ 100mg/m3、氨逃逸濃度≤ 5×10-6。該項技術(shù)指標(biāo)根據(jù)環(huán)保要求與相關(guān)工藝要求設(shè)定，焙燒爐改造后能達(dá)到預(yù)期的脫硝效果，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。通過實施以上措施，實現(xiàn)了焙燒爐的SNCR 煙氣脫硝改造，提高了脫硝效率，降低了NOx 排放量，符合環(huán)保要求。

查閱軸承國家標(biāo)準(zhǔn)，可知表1 載荷數(shù)據(jù)。由表1可知，優(yōu)化后的小軸承能承受的載荷是原軸承的7.5倍，大軸承能承受的載荷是原軸承的3 倍。載荷能力遠(yuǎn)大于原軸承，故優(yōu)化可行。

6 優(yōu)化后設(shè)備運行效果

（1）優(yōu)化改造后檢修維修量明顯減少，故障率降低顯著。具體對比見表2。

（2）優(yōu)化改造后備件費用明顯降低，見表3。

通過對驅(qū)動裝置、軸承換型及葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化，整體運行平穩(wěn)，在日常檢查、潤滑、調(diào)整維護(hù)到位條件下，可確保兩年以上使用壽命，甚至部分設(shè)備可達(dá)到3年運行周期，為焙燒氧化鋁生產(chǎn)的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、降耗打下了堅實基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語

優(yōu)化后的LS560 螺旋輸送機(jī)用于焙燒爐喂料螺旋，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護(hù)量小。通過合理的部件造型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高了焙燒爐運行穩(wěn)定性，降低了檢修維護(hù)量及備件消耗。

參考文獻(xiàn)

[1] 張海平. 氫氧化鋁焙燒爐旋風(fēng)分離器優(yōu)化技術(shù)[J]. 中國高新科技，2023（18）：119-121.