新型轻灰炉气分离器的设计

1 轻灰炉气分离器的应用现状

旋风分离器因分离效率高、结构简单，操作费用低，维护方便而被广泛应用于气固分离 [1]。在纯碱生产的轻灰煅烧工段的炉气处理系统中，旋风分离器（又称为炉气分离器）用于尽可能地除去炉气（主要为CO2、水蒸气）中夹带的轻灰，以降低炉气冷凝塔、炉气洗涤塔的纯碱含量和结疤清洗频率，减少轻灰损失和滤碱机洗水用量，促进炉气压缩机的平稳运行。

相关书籍 [2]或文献 [3～5]均对轻灰炉气分离器的结构进行了设计说明或设计优化，但在生产使用过程中仍然存在一定的问题，主要是：1）轻灰的堆密度较小（～500kg/m3）、含湿量大，极易黏附在炉气分离器的内壁上，不易排出炉气分离器，进而导致炉气分离器内部堵料或下料不畅，粉尘随气体进入后续系统，需经常人为敲打炉气分离器外壁或者停车清理，影响设备使用寿命，降低了生产的连续性，提高了生产成本；2）炉气分离器底部出料口为达到锁气的目的，需要设置星型下料器或插板阀等，但星型下料器叶轮容易黏附物料，对于干燥过程中含湿较大的气固分离，容易丧失出料能力；插板阀需要定期人为清理，工作量大，且由于生产的波动性和人为因素，无法准确和及时的排料。

2 新型炉气分离器的设计

根据轻灰堆密度较小、含湿量大、黏附性大等特点，设置以刮料轴、刮料电机和旋转铁链为主要结构的刮料装置。刮料电机带动刮料轴，进而带动紧贴或靠近下筒体内壁的铁链旋转，有效、及时的刮除黏附在炉气分离器内壁上的轻灰，解决轻灰黏附在炉气分离器内壁上的问题。

根据星型下料器、插板阀底部出料器易黏附或需人为清理等问题和炉气分离器需锁气的目的，设置以螺旋输送机为主要结构的输送装置，及时将刮下的轻灰输送至下游重碱预混器。

新型炉气分离器结构如图1。主要由一体成型的旋风分离器筒体、联接短节、刮料装置和输送装置等构成，设计说明如下。

2.1 刮料装置

图1 新型炉气分离器结构简图

1-螺旋输送机；2-联接短节；3-斜挡板；4-旋风分离器筒体；5-悬臂+旋转铁链；6-支撑梁；7-刮料电机

刮料轴上端通过支撑梁固定在旋风分离器筒体下部，下端伸出出料口、联接短节并连接刮料电机。刮料轴上设有的悬臂，用于铁链的悬挂、连接等。铁链与悬臂悬挂处应紧邻下筒体内壁，以便铁链尽可能地靠近内壁，及时刮掉内壁上的轻灰。悬臂上可设置连接法兰，便于刮料轴的抽出检修。刮料电机通过法兰连接在联接短节上，以便电机的装卸检修。

刮料轴的上端采用滑动轴承的方式固定在下筒体内的支撑梁上，既起到有效防止刮料轴晃动和限位作用，又不影响到刮料轴的旋转。滑动轴承包括轴承座、轴承套、止动螺母等部件。止动螺母的设置，用于刮料电机拆除检修时，刮料轴可悬挂在支撑梁上而不需要将刮料轴一并抽出，减小了对检修空间的要求。

由于所处理的物料含有轻灰粉尘，存在轻灰进入电机、造成电机损坏的可能，因此需要考虑工艺侧和传动侧的密封问题。传统的填料密封由于高温轻灰（～115℃）的原因，在使用效果和寿命上存在一定的限制。因此，在不影响刮料轴的旋转和提高使用寿命的前提下，设置比刮料轴直径稍大的空心管，空心管上端穿过出料口并伸入旋风分离器下筒体，下端伸入联接短节并与螺旋输送机壳体和联接短节内的斜挡板焊接；设置比空心管直径稍大的防尘管罩，防尘管罩顶部焊接在刮料轴上且焊接处位于空心管上方，下端伸出出料口。空心管、防尘管罩和刮料轴之间的互相嵌套，形成了迷宫通道式的迷宫密封，这种方式可以有效防止轻灰进入电机侧，提高了刮料电机的使用寿命。

由于炉气分离器的内部构件可能影响到炉气的运动，因此刮料轴的旋转速度设定不应过快。刮料轴伸入下筒体的长度应根据具体情况进行设定，过长对刮料轴的强度要求高，过短则影响刮料效果。

2.2 输送装置

螺旋输送机的工作原理是通过旋转的螺旋叶片将物料推移而进行输送。螺旋输送机广泛应用于轻灰的输送，具有适应性强、承载能力大、整机体积小、转速高和安全可靠等优点。因此，新型炉气分离器的输送装置采用螺旋输送机。

螺旋输送机垂直于联接短节，壳体和主轴穿过联接短节。由于螺旋输送机和刮料装置均为旋转设备，螺旋输送机和刮料装置的旋转轴的互不影响至关重要。本设计采用刮料轴与螺旋输送机的主轴在联接短节内错位安装，且错位安装处螺旋输送机主轴上不设螺旋叶片或者根据刮料轴的尺寸设置较小的螺旋叶片，错位安装处的物料则由后方物料推动或小螺旋叶片而输送至前方。

3 结论

相对于现有传统的轻灰炉气分离器，本文所述的新型轻灰炉气分离器具有以下优势：

1）新型炉气分离器可有效提高气固分离效率，防止堵料和下料不畅，无需人工或停车清理内壁轻灰，避免由于敲打设备造成设备损坏或停车影响生产效率，降低了生产成本。

2）采用迷宫式通道和填料密封相结合的密封形式，避免了轻灰从炉气分离器内进入电机传动侧和外界环境，既保证了设备的稳定持续运行，也改善了操作环境。

3）本文所述的新型的炉气分离器，不仅可以应用在轻灰炉气的气固分离，还可应用于其他堆密度较小、含湿量大、易黏结的固体粉料的气固分离，如小苏打气流干燥尾气等的气固分离，具有很好的推广使用价值。