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(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(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)在線自動(dòng)清灰。

2.1 在線自動(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)選西門子S7-1200，PLC控制器通過(guò)與本裝置的各個(gè)機(jī)構(gòu)有線或者無(wú)線連接，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。