二氧化碳膨胀烟丝生产线热端节能技术研究

摘要 龙岩烟草工业有限责任公司制丝车间在用的干冰膨胀烟丝系统热端，存在尾气管路上设备内壁结烟垢的问题，导致尾气风机易发生动不平衡、热交换器热交换效率降低、积炭严重、系统燃烧等现象。为此，需要对热端系统进行局部管路改造，改进措施为增加一套热交换器HE-63；对冷却振槽的废气风进行单独除尘。改进后有效解决了系统设备内壁结烟垢的问题，同时降低了柴油的损耗量。

关键词 膨胀线；热端；系统改造；柴油损耗

中图分类号 TS452+.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）02-0210-02

1 系统原理

制丝车间膨胀线是由原美国AIRCO公司提供的干冰膨胀烟丝系统，热端系统原理见图1。热风由工艺风机提供动力，经过热交换器后，给膨胀系统提供热源，最后经旋风除尘器完成循环；在工艺风机出口引出一路工艺气体与冷却振槽上收集的废气风混合后，由尾气风机抽入热交换器预热，进入焚烧炉助燃形成炉膛风，最后排出大气。燃烧炉使用柴油作为燃料向2个热交换器提供热能[1]。

现主要介绍改造部分的系统：工艺热风经过互动风门FCV-6103控制进入热交换器HE-61加热的风量，以得到满足生产需要的工艺温度；从主工艺气流分流来的气体和冷却振槽上抽来的废气混合后由尾气风机WF-56提供动力，进入热交换器HE-62的管内预热，再进入焚烧炉焚烧助燃。原理见图2。

2 存在的问题

（1）从冷却振槽上抽走的气体中烟尘量巨大，从主工艺气流分流来的气体富含烟焦油气，在与冷却振槽上抽来的废气混合后，温度下降（

（2）由于热交换器管束粘附烟垢，使热交换器效率降低，助燃气体温度降低，这就需要提高炉温和供油量，继而产生大量多余热能，使热端系统过热，导致尾气风出口温度超高报警，一旦温度达到烟垢的燃点，即可导致燃烧，尾气风机WF-56、热交换器HE-62曾多次发生火警，造成设备停机，影响生产安全。热交换器HE-62因为烟垢在管内燃烧，温度过高，热变性加剧，所有管束中部下垂，管束变形严重，有断裂危险，热交换器法兰面也多处变形，造成系统漏气，给生产带来安全隐患，车间已于2008年更换该热交换器[2]。

（3）尾气风机叶轮的烟垢累积到一定程度后，将影响到叶轮的动平衡，导致叶轮运转时尾气风机振动增大、噪音增大，轴承座温度较高，由此缩短了轴承的使用寿命，需要定期更换轴承，甚至更换叶轮和整台风机，大大提高了维修成本。

3 改造措施

分析系统结烟垢的主要原因，认为有以下因素：①从冷却振槽上吸过来的除尘风温度较低，而废气风是高温高湿的气体，两者混合后，含有大量烟油、蒸汽的废气风预冷冷凝，凝结在尾气风机WF-56的叶轮和风机蜗壳内壁以及管道和热交换器HE-62管束内壁。在设备的法兰连接面处可明显看到流出的黑色液体痕迹；②从冷却振槽上来的除尘风含大量粉尘，而在设备内壁已经附着了黏性很大的烟油，粉尘很快粘上去，如此反复，最终烟垢越来越厚[3]。因此，必须将烟尘和烟油从尾气中分离，并提高气体温度才能从根本上消除粘附在设备内壁上的烟垢。改造措施见图3。

（1）直接使用室内的新鲜空气作为炉膛的助燃气体，在热交换器HE-62上方，原先的烟囱排气口处，新增一套热交换器HE-63，以加热补充的新鲜空气。通过这台热交换器，新鲜空气经热交换器加热后温度可达到191 ℃左右，与工艺气体分离出的尾气风混合后，风温足够高（>160 ℃）。因此，烟焦油还是保持在气态，不会产生烟油冷凝现象，避免设备管路内壁和风机内部冷凝烟油的现象发生。同时，增加的热交换HE-63是采用炉膛烟囱排出的废气进行加热，不额外消耗能源，有助于提高系统热利用率，减少炉膛热损失量。

（2）从冷却振槽上收集来的废气，不再进入热风循环系统，而是通过新增一套旋风除尘，进行单独除尘。经过除尘后，废气再通往除尘房进行集中除尘，排除了系统内废气风中的粉尘，减少对大气的污染。因为进行单独除尘，所以消除了过去废气风中的粉尘直接进入风机、热交换器管路内部，与液态烟焦油混合产生大量烟垢的现象。同时，炉膛内部也能保持清洁，消除了过去粉尘大量附着在热交换器管路外壁的现象，提高了热交换器换热效率。

4 改进效果

采用增加一套热交换器和冷却振槽烟尘单独除尘改造后，可以有效解决尾气风机WF-56内壁、风机叶轮和热交换器HE-62管束内壁结烟垢问题，消除安全隐患，使热端设备更稳定运行，保证生产。

（1）改造后设备维修量降低。改造前尾气风机、管道和热交换器管程等设备内壁每个季度需要清理1次，清理工作量较大，维修成本较高，尾气风机传动轴承需要定期更换；改造后排除了设备结烟垢的可能，到目前为止，通过尾气风机的观察口可以看到叶轮上基本无烟垢，明显降低了设备维护成本，延长设备清理周期，减轻了维修工的劳动强度。

（2）改造后生产停机时间降低。改造前粘附在设备上的烟垢易引发火警，造成设备停机，影响生产，同时膨胀线热端的核心部位，作为厂里消防控制工作的重中之重，每次燃烧都给消防安保工作带来很大压力，厂领导也非常重视；改造后从根本上杜绝了管道自燃的可能，现尾气风机后风温已达到191 ℃，远超过烟垢的燃点，仍未发生燃烧现象[4]。

（3）改造后生产用柴油损耗量降低。改造后因为增设一套热交换器，对尾气再一次进行热交换，提高热量使用率。虽然冷却振槽上的热量通过除尘系统无法回收，造成部分热量流失，但总体来说达到提高系统温度、降低柴油损耗、节约用油的目的。通过计算某个时段柴油耗用率（1 kg膨胀烟丝消耗柴油量），比较改造前后柴油损耗量，计算公式如下：

现统计2009年以来上半年柴油使用状况，结果见表1。可以看出，自从2009年4月底改造后，5、6月的柴油损耗量明显降低，达到了清洁生产、节能减排的效果。

5 结语

改进后的热端系统，设备更稳定运行，延长了尾气风机传动轴承的使用寿命和相应管路上设备的维护周期，降低维修工劳动强度和维修成本，降低了设备的故障停机率，保证生产连续性，而且柴油的耗用率也有所降低，体现了安全、节能、高效的生产原则。因此，改造后的系统达到了预期的设计目的，该项技术于2012年申请国家专利。

6 参考文献

[1] 崔伟，李洪涛，王海滨，等.提高CO2膨胀烟丝内在质量的技术研究[J].食品与机械，2012（5）：216-219.

[2] 张伟.浅析CO2膨胀烟丝线安全管理工作[J].中国科技纵横，2012（8）：222.

[3] 寇东玲.膨胀烟丝线CO2排风系统的设计与应用[J].机械工程师，2011（10）：155-156.

[4] 姜建平.二氧化碳膨胀升华管的改进设计[J].甘肃科技，2010（7）：14-16，105.