分子筛焙烧炉降速技术改造
引用本文
闫雄雄, 尹喜祥, 黄吉宁. 分子筛焙烧炉降速技术改造[J]. 工业催化, 2018,26(5): 120-122.
Yan Xiongxiong, Yin Xixiang, Huang Jining. Technicalinnovation of zeolite calciner by reducing speed[J]. Industrial Catalysis, 2018,26(5): 120-122.
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2018.05.018
Yan Xiongxiong, Yin Xixiang, Huang Jining. Technicalinnovation of zeolite calciner by reducing speed[J]. Industrial Catalysis, 2018,26(5): 120-122.
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分子筛焙烧炉降速技术改造
作者简介:闫雄雄,1985年生,男,陕西省延川县人,工程师,主要从事炼油催化剂设备技术及管理工作。
摘要
提出一种通过降低炉筒转速、更新一级传动齿轮来延长焙烧时间,提高分子筛焙烧质量的改造方案。探讨降低转速的方案优选、传动齿轮的参数、材质设计选择以及齿轮安装等影响因素,并对啮合齿轮的载荷和强度进行校核计算,证明齿轮设计及选材的合理性,保证装置设备安全长周期平稳运行。
关键词:
催化剂工程; 焙烧炉; 齿轮; 转速
中图分类号:TQ426.6;TQ424.25
文献标志码:A
文章编号:1008-1143(2018)05-0120-03
Technicalinnovation of zeolite calciner by reducing speed
Abstract
Roasting quality upgrading of zolite was proposed by reducing zeolite calciner speed and increasing calcination time via updating driving gear.Influence of scheme optimization,material selection,design and nstallation of transmission gear were discussed.Load and strength of meshing gears were checked and calculated,Rationality of gear design and material selection was proved and long period safe operation of equipment was ensured.
Keyword:
catalyst engineering; calciner; gear; rotating speed
分子筛作为催化剂的主要活性组分, 在催化剂中起提供活性、选择性和稳定性等催化性能的主导作用。其中, 晶胞常数是决定分子筛稳定性的一个重要指标, 晶胞收缩过程发生在分子筛生产焙烧工序, 晶胞收缩的好坏与焙烧温度、焙烧炉转速、蒸汽流量等都有着密切关系, 因此, 有效地控制、优化焙烧炉转速, 对于提高分子筛晶胞常数合格率有着重要意义[1, 2, 3]。根据培烧新工艺要求, 培焙时间需要延长(1~2) h, 结合分子筛生产需求、成本核算以及空间、时间上的限制, 延长炉膛炉筒等技术改造不可实现, 只能通过降低现有炉筒的转速, 以实现延长焙烧时间的目的。
1 焙烧炉降转速改造
1.2 焙烧炉降转速优选方案
根据焙烧工艺新要求, 物料在炉筒内停留时间由原来的(1~1.5)h延长至(2~3)h, 因此, 炉筒转速需相应降低一倍, 经技术研究讨论, 得出如下方案:
方案一:更换减速机。减速机速比由48: 1增大至96: 1, 优先选用SEW减速机, 价格每台约11.5万元, 联轴器每套0.2万元, 安装每台0.3万元, 每台共计约12万元, 供货周期约2个月。
方案二:更换电动机。电动机由6级电动机更换为12级调频电动机, 额定转速由980 r· min-1降至480 r· min-1, 优先选用SEW电动机, 价格每台约4万元, 敷设调频电动机的电源线及配套施工费用每台约0.5万元, 每台共计4.5万元, 供货周期约2个月。
方案三:更换齿轮。更换一级传动齿轮两套, 每套约2.3万元, 安装每台0.2万元, 每台共计2.5万元, 机加工供货时间约25天。
按照方案一、方案二实施改造, 因我厂当年无此设备的零购更新计划, 无法正常采购。按照方案三实施改造, 机加工供货时间短, 成本低, 安装简单, 同时, 可利用装置大检修期间进行技术改造, 保证不耽误装置正常生产, 因此, 确定按方案三进行改造。
1.3 改造后齿轮技术参数
根据方案三确定的改造方案及焙烧炉转速降低一倍的条件, 则一对啮合的传速增大一倍, 即由48: 1增大到96: 1, 由技术讨论和现场测绘得出, 保持主动齿轮尺寸参数不变, 改变从动齿轮尺寸参数, 达到降低转速的目的。
1.3.1 改造前后从动齿轮参数
由传动比i12=w1/w2=r2/r1=z2m/z1m, 得:
式中, i12为齿轮传动比; w1、w2为主、从动齿轮角速率; r1、r2为主、从动齿轮半径; d2、d1为主、从动齿轮直径; z1、z2为主、从动齿轮齿数; m为齿轮模数, 恒定为10。
由上式可见, 在保持主动齿轮尺寸参数不变情况下, 传动比增大一倍, 改造后从动齿轮直径和齿数增大一倍。改造前后齿轮参数如表2所示。
 | 表2 改造前后齿轮参数 Table 2 Gear parameters before and after transformation |
1.3.2 齿轮材质及加工要求
改造后, 由于炉筒转速降低一倍, 从动齿轮尺寸增大一倍, 传动过程中负荷相应增大, 同时考虑齿轮材料强度和硬度等机械特性, 选用更为优质的中淬透性合金调质钢35CrMo作为齿轮用材, 改造前后齿轮材质及加工要求如表3所示。
| 表3 齿轮材质及加工要求 Table 3 Gear material and processing requirements |
1.3.3 齿轮实施安装
根据标准直齿齿轮的标准安装要求, 齿轮在设计时要求分度圆与节圆重合, 因此在安装时应保证两啮合齿轮的分度圆轮廓线重合。具体做法:因从动齿轮分度圆直径由ϕ 390 mm增大至ϕ 780 mm, 因此安装时只需将焙烧炉减速机基座外移195 mm, 同时做好对中找正, 并安装好地脚螺栓, 对基座钢板进行满焊。
2 改造后齿轮载荷及强度计算
啮合齿轮为开式直齿齿轮, 失效形式主要有轮齿疲劳过载折断和齿面磨损点蚀等。因此, 计算运行的最大载荷, 并通过最大载荷对其齿根部的弯曲强度进行校核, 保证设备安全运行。
2.1 齿轮载荷计算
一对渐开线直齿齿轮的载荷计算时, 可以略去摩擦力[4], 只计算轮齿间相互作用的法向力Fn, 且法向力Fn的方向始终沿啮合线, 法向力的分力是相互垂直的圆周分力Ft和径向分力Fr。
由公式Ft=
式中, T1为小齿轮(主动轮)扭矩, 亦为焙烧炉减速机的最大输出扭矩7.75× 106 N· mm; d1为主动轮分度圆直径240 mm; α 为啮合角, 亦为齿形角20° 。
则Ft=2× 7.75× 106/240 =6.46× 104N
Fn=
计算得出的法向力Fn为齿轮理想状态的名义载荷, 但在实际传动中由于原动机的影响及齿轮制造的误差, 应按最大载荷Fnc来计算, Fnc=KFn。
式中, K为载荷系数, 取K=1.1。
因此, 轮齿最大载荷为:Fnc=KFn=1.1× 6.87× 104=7.56× 104N
2.2 齿根弯曲强度校核
计算齿根弯曲强度时, 考虑过渡曲线的应力集中效应的影响[5], 则得齿根抗弯疲劳强度校核公式为:σ F=
式中, b为齿宽120 mm; z1为主动齿轮齿数24; m为模数10; YFa为齿形系数, 取YFa=2.65; YSa为修正系数, 取YSa=1.58。
最终得出轮齿弯曲应力为:
σ F=
许用弯曲应力公式[σ F]=
式中,
最终得出许用弯曲应力:
[σ F]=
通过以上计算校核, 可知齿轮齿根弯曲应力小于许用弯曲应力, 因此, 可以充分表明齿轮的设计和选材合理可行, 长期使用安全可靠, 保证焙烧炉长周期平稳运行。
3 结 论
焙烧炉炉筒降速技术改造后, 在保证电动机输出转速不变情况下, 炉筒转速切实降低了一倍, 相应物料在炉筒内停留时间延长一倍, 分子筛晶胞常数由改造前的(2.454~2.456) nm降至(2.450~2.452) nm, 晶胞收缩明显。改造完成后, 焙烧炉在近三年的运行过程中未发生因齿轮传动异常引起的设备故障, 除停工期间的常规检查外, 设备全年运行良好, 改造经验值得同行业推广。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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