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进口离心机在重碱过滤中的应用及改进
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来源： 作者： 发布时间：2008-07-17
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葛宜文
(中国石化集团南京化学工业有限公司连云港碱厂，江苏连云港222042)"
随着我国工业化程度提高，能源短缺的局面已经显现。为了实现纯碱生产装置规模向大型化发展，改善氨碱法纯碱生产工艺中能耗的“瓶径”，适应市场竞争需求，提高产品质量。2004年连云港碱厂从德国KRAUSSMAFFEI公司引进6台521000/2型离心机用于对回转真空过滤机分离出来的重碱进行二次过滤。本文主要介绍进口离心机在纯碱行业生产中(重碱过滤工序)的首次运用和试生产中出现的问题以及采取的改进措施。
1课题背景及要求
1.1课题提出
目前，氨碱法纯碱生产工艺中，在其核心设备碳化塔内，精制的氯化钠溶液分别通入NH3和coZ气体，得到了含有悬浮物的取出液体，用回转真空过滤机进行固液分离，分离出含有17%一20%水份的NaHco3结晶(按纯碱生产厂习惯叫法简称重碱)，送入锻烧炉内采用蒸汽间接进行干燥，分解后得到了纯碱产品。重碱含水份的高低直接影响着锻烧工序的装置生产能力和中压蒸汽的消耗量。现在使用的回转真空过滤机分离的物料水份含量在17%以上，主要原因有:一方面，氨碱法重碱晶体颗粒的大小分布、重碱真空过滤机的分离工艺特定的因素;另一方面，重碱碳化的结晶状况受温度、压力等工艺操作条件影响，易产生细小晶体。按纯碱厂现有锻烧工艺流程和装置热量平衡计算和实验研究:单位纯碱生产中，重碱水份每降低1%，节约3kgf/cm2饱和中压蒸汽50kg，同时还可以提高锻烧工序5%-8%的生产能力，经济效益相当可观。
1.2物料特性
氨碱法纯碱生产中，回转真空过滤机分离出含有17%一20%水份的NaHCO3结晶经过全面采样、大量细致分析:物料以共生晶为主，单晶约10一25%，有少数球晶。
物料的化学成分组成如下:
NaHCO3:65%一75%
NaZCO3:5%一10%
NH4HCO3:2%一5%
NaCI:0.2%一0.5%
HZO:17%一20%
物料的粒度分布重量百分比如下，单位微米:
粒度林m百分比wt%
15010一15
150一10020一30
100一6030一40
<6020一30
固体平均粒径(直径):80-90μm，自然堆积密度800kg/m3。
1.3设计要求
随着纯碱市场竞争加剧和下游用户对质量的非凡需要，一方面，纯碱含盐份由原来的低于0.5%要求提高到低于0.3%，生产个性化产品;同时，2004年度，连云港碱厂为了实现纯碱生产装置规模由年产90万吨向100一120万吨的大型化发展;另一方面，进一步依靠内涵挖潜力，解决生产中高能耗的“瓶径”问题，实现蒸汽干燥分解工序的节能降耗目的。因此，设计的要求主要有:离心机用于对滤机过滤出来的重碱进行二次分离，单台处理能力为36000~40000kg/h，出料滤饼含湿量低于13%一14%，纯碱中NaCI的含量在增加脱盐水洗涤条件下簇0.1%，滤液的固含量簇120岁1。
2推料式离心机的运用
2.1推料式离心机的原理和工艺
521000/2一12/4K10型离心机是一种推料式连续作业的过滤离心机，用于固液混和液，粗糙颗粒和糊状物料的洗涤和脱水，具有洗涤量、转速、推料往返频率均可调节的性能，分离效果好，结晶破坏少等优点。其工作原理和工艺如图1，悬臂的转鼓内侧装有条状的滤网，共有两级转鼓，推料盘和外转鼓连接并固定。往复推料运动由内转鼓(推料转鼓)来完成，加料器件一直延伸到加速分布锥中，用于输送物料的加料螺杆通过布料器连续地加到加速分布锥内，加速分布锥装在推料盘上，加速分布锥将物料进行预加速，加速至转鼓同样的转速，然后将其均匀地加到布料区内。在布料区，大部分的滤液会穿过滤网流入滤液收集器中，而固料则被滤网挡住，逐渐地形成一个环状的滤饼，推料盘的每一次推动，就形成一个料环，随着推料盘的往复运动，在篮筐中形成了一个个料环，像波浪一样地一波一波往前涌，流到固料收集器中。对于生产含盐低的产品时，增加洗涤功能，从布料区到固料出料口途中安装喷淋，固体物料在预脱水后，采用脱盐水喷洒在滤饼的表面，母液及滤饼内盐份就会被洗掉，增加喷淋洗涤数量，细分洗涤，可以达到满足的洗涤效果。
2.2离心机构造特点和性能
521000/2一12/4KIO型离心机主要由以下部分组成，如图2所示。
(1)加料装置由于重碱流动性差，采用了螺旋输送器进行加料，螺旋采用无中心轴的不锈钢螺旋叶组成，以保证加料的连续和均匀。
(2)机座整个机架是一个焊接而成的坚固结构，包括一个集成的油箱。在这个机架上装有旋转的驱动部分推料式离心机，底座落在橡胶缓冲垫上，这可以将离心机的振动降至最低，同时离心机就位时比较轻易。垂直方向的减震垫用以减弱径向的力。
(3)轴支承组件旋转轴上有两个滚柱轴承，旋转轴是空心的，中间有推料轴，推料轴和旋转轴中间有轴瓦，使两者能做相对运动，一个非凡的密封环起到两者间的密封作用。驱动部分和离心室的密封是迷宫式循环水密封。
(4)驱动部分由电机、液力偶合器和皮带轮组成。主驱动(旋转驱动)驱动电机功率为75kw，额定转速150Or/min。离心机的驱动基本上由在液压油箱上的轴承座、油泵、旋转驱动、转动轴和轴承、推料轴和推料换向控制器组成。
(5)推送机构推料盘和推料转鼓的推料过程是由一个单独的电机带动的液压装置来完成。推料活塞和推料换向控制器在旋转轴的末端，换向控制器的液力机械先导阀集成在推料活塞上。推料的频率由液压油的流量来决定。
(6)转鼓及滤网采用了双级(内、外)转鼓，结构上为圆柱形和柱/锥式设计，带有导流槽及大滤液孔，滤液可以直接排出。滤网缝宽0.15一0.2mm，径向有分隔条固定，轴向由耐磨环固定。
(7)出料装置卡装式的集料环，其卸料口开度60。，并带有两个刮板。滤饼推出由离心机卸料口进入一个较大的方形收集器中。
(8)洗车装置
为了防止滤液中的残存颗粒在机壳内壁再结晶而堆积，在机器的后壁，侧壁和迷宫密封等处安装了多处喷淋头和清洗管。
2.3主要性能参数
转鼓外径:1000mm
转鼓内径:918mm
外转鼓滤饼厚度:30mm
内转鼓滤饼厚度:30mm
推料行程:70mm
最高速度:1140r/min
分离因数:6759(内鼓)730岁8009(外鼓柱、锥)
运行速度:1140r/min
最大承载:112kg
容积:72dm，
噪音:<80分贝
3试生产中出现的问题及对策
3.1试生产的情况和出现的问题
在试生产的过程中，达不到设计能力，单机进料处理能力为24oook岁h，出料滤饼含水量高于14%以上，滤液的固含量250岁1，物料损失较大。出现的问题主要有以下几个方面:①增加投入量时，显示出进料螺旋电流值超标准，导致连锁停机，②运行短时间内，密封盘的螺栓全部剪断，并脱落，与进料螺旋的动静密封的耐磨条损坏，③加速分布锥与导向块的连接螺栓被剪断，加速分布锥和密封盘一起脱落，④六个导向块与基础盘的连接沉头螺栓发生松动，并产生严重的扭曲变形。在很短的时间内，6台设备分别发生了相同的问题.集中在进料和布料区.试生产被迫中断
3.2采取措施
我们和KRAUSSMAFFEI公司的工程师和设计专家进行深入的沟通，对离心机进料部分进行解体，对其结构进行分析，如图3，对影响生产能力的要害尺寸进行复核，并取得一致意见，认为故障出现的主要原因是德国公司对我们的物料特性分析和把握不准，导致在设计阶段存在不足。具体分析和措施如下:
(l)密封盘是设计在加速分布锥与进料螺旋壳体之间的一处动静密封，目的是防止重碱物料泄漏，此结构适用固液混和液或糊状物料的洗涤和脱水，对于重碱散状物料，结晶颗粒进入密封盘，产生磨擦同时产生周向扭转剪切力，破坏了耐磨条，从而密封盘失效。
措施:由于重碱散状物料明显不同于流体，在加速分布锥内部不会外溢，拆除了密封盘，取消保守的动静密封设计，运行正常。
(2)由于加速分布锥与推料盘之间的出料间隙如图3所示为“L’’，由于重碱散状物料与流体相比流动性相差较大，经重新校核计算后，此间隙过小，造成推入加速分布锥内的湿重碱严重堆积挤压，并形成作用力，对加速分布锥、推料盘损坏，造成离心机达不到设计能
力。
措施:扩大加速分布锥与推料盘之间的出料间隙。在实验基础上，采取对加速分布锥的锥底边缘部分进行多次切割和安装调试，逐渐增大了布料盘与推料盘之间的间隙，最后达到了设计能力。
(3)六个方形导向柱两端分别连接加速分布锥和基础盘，起定位和支承作用，两端的固定方式均为螺栓联接，为一种不稳定结构。在离心力作用下，导致加速分布锥与方形导向柱之间的联接螺栓因强度不够被全部剪断，同时方形导向柱结构本身不利于物料分离，在物料的冲击下，方形导向柱与基础盘之间的联接螺栓也松动。
措施:考虑到外商制造新部件修正上述缺陷需要周期太长，故采取恢复性修复，整个改进分为两个步骤进行:第一步对加速分布锥与方形导向柱之间的联接螺栓强度进行校核，由原来的Msx3omm改变为M10x30mm;方形导向柱与基础盘联接螺栓定位后，采用六个方形柱与基础盘焊接固定。为防止焊接变形，我们制造专用夹具和焊接工艺规程，采用氨弧焊焊接，焊丝采用316L(HoCrlgNilZMoZ)，直径为2mm。
4改造后的效果
4.1改后的效果
改造完成后，进行连续生产考核，运行稳定，每24小时彻底洗车一次，每8小时在连续作业条件下进行背洗、侧洗一次。单台离心机生产能力增加到40000kg/h，筛网上料层更为均匀，料环一致，离心机运行更为平稳，振幅3一5mm，分离后重碱滤饼含水份接近12%，，滤液的固含量220岁1，在不增加脱盐水洗涤条件下，重碱盐份约从0.25%降低到0.1%一0.15%，成品纯碱盐份约从0.45%降低到0.3%以下，提高了纯碱的生产能力、产品的低盐品质，将能够满足日益增加的客户对低盐碱的需求。重碱水份平均降低5%，单位纯碱制造中节约32k酬cmZ饱和中压蒸汽约250kg，锻烧工序生产能力提高25一30%;同时离心机的投用减轻了炉气后处理系统负荷及重碱滤过工序的操作压力，减少了在锻烧工序中成品碱的返碱量，节省了滤过添加剂的投入费用。离心机改造后的效果十分明显，六台离心机运行完全可以满足年产120万吨的生产规模，年直接经济效益达600万元。
4.2存在的问题
由于外商对我们物料的特性了解不深入，导致此推料式离心机设计环节上存在不足:原来进料系统和加速分布锥和布料系统的设计更适用于流体，连接基础盘和加速分布锥的六个方形导向柱设计成曲线型，不利于物料的加速和分布;滤液中的固含量超标准，即损失率较高，增加了循环量。这些不足还有待于在今后的生产中加以试验、研究和解决。
5结论
521000/2推料式离心机在生产实践中经过调试和改进，实现了在纯碱制造行业中(重碱过滤)的首次成功运用，各项措施指标达到设计数值，实现了投资的预期目的。非凡是在当前我国能源日趋紧张和情况下，使用推料式离心机对重碱二次过滤，将在纯碱制造行业和其他相关产业得到广泛的运用和推广。
参考文献:
[l]2.兰特(西德)，索尔维法制碱[M].北京:化学工业出版社，1988.
责任编辑:黄龙生(0791一3708046)
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