关于尾渣冷却炉防撞结构及冷却的优化设计

刘苗苗 ， 张明军 ， 陈佳妮 ， 杨玉慧 ， 董立英 ， 张 辉

(多氟多新材料股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

萤石和硫酸反应制取氢氟酸的生产工艺中，萤石和硫酸先后在预反应器、反应炉中反应后产生尾渣，尾渣通过出渣螺旋输送至下一步工序冷却排渣。

为防止尾渣在尾渣冷却炉内结块结壳，从而影响冷却效果，尾渣冷却炉内有自由螺旋破渣螺旋，尾渣冷却炉在正常运转过程中，尾渣向炉尾流动，自由破渣螺旋随炉体的转动沿炉壁向炉前滚动，起到破碎尾渣和预防尾渣结壁的作用。同时，破碎后的尾渣粒度变小，比表面积增大，使得冷却效果也进一步加强。冷却后的尾渣从出料箱一侧进入，从下部出口自动流出，从而实现了整个冷却排渣过程，冷却后的尾渣成常态化，不会再发生二次污染反应。

1 问题分析

1.1 自由破渣螺旋撞击出料箱原因分析

在尾渣输送和冷却过程中，尾渣冷却炉为动态设备，出料箱为静态设备。要把一动一静两台设备无缝结合，设计上采用了石墨弹簧密封衔接。弹簧起到紧固出料箱和炉体作用，随炉体的转动松弛有度，预防了物料的泄漏；石墨起到润滑密封作用，降低出料箱和炉体的硬性摩擦，延长了设备的使用寿命。作为炉内的自由破渣螺旋，正常情况下，冷却炉停车时不会出现反转，但系统出现异常情况急停车时会导致尾渣冷却炉反转。长时间生产过程中，由于炉体较重，生产停车时由于惯性作用尾渣冷却炉也会出现反转，且转速较快，会发生自由螺旋向炉尾旋转或甩向炉尾，撞击与尾渣冷却炉炉尾连接的出料箱。而出料箱仅靠弹簧密封件与炉体连接，所以会导致自由破渣螺旋撞掉出料箱，窜出炉体外部，不仅会损坏设备，还会造成极大的安全隐患。

1.2 冷却效果差原因分析

无水氢氟酸生产工艺中，硫酸和萤石的配比是确保反应能否完全的重要因素。硫酸和萤石通过一定配比下到回转窑中进行反应。根据硫酸和氟化钙的化学反应方程式，萤石和硫酸配比应遵循当量定律n(H2SO4)∶n(CaF2)=1.256 ( 物质的量比) 。在生产操作时，根据工艺条件和原料规格的不同，应扣除副反应水分转化硫酸这一因素，萤石按照四级品计算，则实际配比为1.212。

为确保过量的硫酸和反应后夹带的微量氟化氢气体不腐蚀尾渣冷却炉，在尾渣进入尾渣冷却炉之前会加入消石灰进行中和，此时尾渣除了从反应后夹带的热量，还有消石灰和尾渣中和时释放的热量，因此尾渣冷却效果好与坏，也是保护环境的重要因素之一。结合实际生产，就原设计的冷却水进水方式、长方体冷却循环夹套的外形、存水量及安装角度作调整后，实现了进一步优化冷却效果的目的。

2 对策方案

2.1 挡环设计可行性分析

基于尾渣冷却炉内自由破渣螺旋出现撞击出料箱的原因，在理论数据的基础上，结合生产实际，设计了一种阻挡自由破渣螺旋撞击出料箱的装置结构——挡环。经实践证明，挡环的设计安装取得了良好效果。以尾渣冷却炉内直径D=2 200 mm为例，其挡环外直径D1=2 190 mm，挡环内直径D3=1 850 mm，挡环环周出料口内直径D2=2 000 mm，环周单个出料孔夹角α为25°。可知：炉体内截面积3.8 m2；环周8个出料孔截面积0.347 74 m2，环周8个盲区截面积0.27 716 m2。可得：物料通过率9.15%；物料填充率7.3%；由于物料通过率>物料填充率，方案能满足正常生产，因此该挡环设计成立。

挡环示意图见图1。

图1 挡环示意图

2.2 挡环设计

物料尾渣从反应炉出渣螺旋，经中和进料螺旋输送进入尾渣冷却炉，而消石灰由计量螺旋输送进入中和进料螺旋，在螺旋内和尾渣中和反应后再进入尾渣冷却炉；同时物料尾渣在尾渣冷却炉内经全面冷却后，达到常温状态，彻底消除了二次反应所造成的污染。基于以上整个尾渣处理过程和处理后物料呈中性或弱酸性的特点以及炉体材质，挡环本体和加强筋材质选用了Q235A，厚度均为16 mm。挡环外形类似水泵联轴器减震块，本挡环设计为八角，其物料通过率大于物料充填率，能维持正常的生产秩序。挡环在尾渣冷却炉内后置于出料箱之前位置，见图2。

①尾渣冷却炉 ②出料箱 ③挡环 ④自由破渣螺旋

2.3 流水堰设计

原尾渣冷却炉的冷却循环夹套设计为不带顶部盖板的长方体，从外观上来看，和尾渣冷却炉浑然一体，现场效果较好，使用效果略有欠缺。①长方体冷却循环夹套置于尾渣冷却炉两滚带之间，尾渣冷却炉沿长方体冷却循环夹套轴向从两端穿出，尾渣冷却炉炉体下端面距离长方体冷却循环夹套底部两端约200 mm。而设计要求尾渣冷却炉从进料端向出料端倾斜1%，冷却循环夹套也出现1%的倾斜，导致冷却循环夹套底部的水集中向出料端倾斜，尾渣冷却炉中间段前端缺水，不能很好地达到冷却的目的。现设计尾渣冷却炉保持1%的倾斜度，冷却循环夹套轴向按水平安装，将冷却循环夹套沿轴向前后端预留出高度差，确保冷却循环夹套底部的水均布，使得尾渣冷却炉冷却段前后均能和冷却循环水密切接触。②循环夹套顶部喷淋设计的是引流管，引流管横向中心线以下设计喷淋孔，实际生产中往往会出现结垢堵塞喷淋孔的情况。现改为流水堰，见图3，由于流水堰上半部是敞口式，在一定程度上也起到冷却降温的作用。

图3 流水堰示意图

3 结语

根据本行业的特殊性进行针对性的设计改良，能够让整个行业受益。针对无机氟化盐生产装备(氢氟酸尾渣冷却炉)内自由破渣螺旋撞击出料箱及冷却效果差的问题进行了分析，并制定了行之有效的解决方案，效果良好，可以为本行业同类问题提供借鉴。