回轉(zhuǎn)窯窯頭密封改造

宋亮亮，尚麗平，馮凱

1 原窯頭密封運行情況

我公司水泥熟料生產(chǎn)線設(shè)計產(chǎn)量4 000t/d，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4.8m×72m，采用迷宮套筒式窯頭密封。密封裝置位于旋轉(zhuǎn)的筒體和靜止的罩體之間，用于防止外界冷空氣進(jìn)入窯內(nèi)破壞窯系統(tǒng)料氣平衡，同時，也用于防止物料外泄。原有窯頭密封在窯系統(tǒng)工況波動時易處于正壓狀態(tài)，漏料現(xiàn)象比較嚴(yán)重，冒煙、噴灰現(xiàn)象頻發(fā)，地面和一檔輪帶平臺在幾十分鐘內(nèi)即會積聚一層熟料細(xì)顆粒和粉塵，崗位工作人員需每小時對地面和設(shè)備平臺進(jìn)行一次清掃。

為減少窯頭密封漏料，我公司將窯頭負(fù)壓提高至-90Pa 左右，這樣雖減少了漏料，但窯頭負(fù)壓增大使窯系統(tǒng)漏風(fēng)量進(jìn)一步增加，不僅增加了系統(tǒng)能耗，同時也降低了二、三次風(fēng)溫，造成熱量損失。煤粉在窯內(nèi)不能充分燃燒，升溫慢，火力不夠集中，燒成帶溫度不高，熟料燒結(jié)程度和產(chǎn)質(zhì)量受到影響。三次風(fēng)溫低不僅影響生料的分解率，也影響整個系統(tǒng)的熱平衡，不利于窯煅燒工藝的穩(wěn)定。窯頭密封效果直接影響燒成系統(tǒng)熱耗和電耗。窯頭漏風(fēng)不僅會影響窯內(nèi)通風(fēng)，而且會降低窯尾風(fēng)溫，影響預(yù)熱器內(nèi)熱交換效率，增加窯尾排風(fēng)機的負(fù)荷，不利于熟料煅燒。

針對回轉(zhuǎn)窯窯頭密封存在的上述問題，我公司利用淡季檢修時間，組織專業(yè)技術(shù)人員，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對窯頭密封進(jìn)行了技術(shù)改造，有效解決了漏料、漏風(fēng)的問題，提高了窯系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2 原窯頭密封的工作原理及缺點

2.1 原窯頭密封的工作原理

我公司原窯頭密封為迷宮套筒式密封，外加魚鱗片軸向摩擦密封。迷宮套筒式密封由冷風(fēng)套、摩擦筒體、連接法蘭、錐體法蘭、三層柔性密封、反風(fēng)板、活動彈簧板、U 型槽等部件組成，如圖1 所示。此種密封雖結(jié)構(gòu)簡單，但不易維修。因其無接觸面不存在摩擦，窯頭密封和窯筒體之間的間隙不能太小，導(dǎo)致其密封效果相對較差，易存在漏風(fēng)漏料問題。

圖1 原窯頭迷宮套筒式密封結(jié)構(gòu)

2.2 原窯頭密封的缺點

隨著魚鱗片彈性逐漸變小，壓緊程度逐漸減弱，填料損壞后，密封件對窯筒體的包裹就會出現(xiàn)縫隙和漏洞。窯筒體的彎曲與變形也會使密封失效，產(chǎn)生漏料、漏風(fēng)。根據(jù)密封件以往的使用情況，迷宮式密封對較大尺寸的熟料顆粒能夠起到很好的阻擋作用，但較細(xì)熟料顆粒及粉塵仍可通過迷宮式密封，從魚鱗片縫隙處溢出，當(dāng)熟料結(jié)粒更細(xì)時，漏料現(xiàn)象更加明顯。在高溫環(huán)境和摩擦力作用下，魚鱗片使用壽命較短，易出現(xiàn)縫隙，需在每次停窯時進(jìn)行檢查并及時更換。安裝迷宮套筒式密封時，需將兩套活動彈簧板與窯筒體焊接，一套活動彈簧板分別與冷風(fēng)套和窯筒體焊接，另一套活動彈簧板分別與摩擦套筒和窯筒體焊接。使用經(jīng)驗表明，外側(cè)活動彈簧板焊接點易開焊，維修工作量較大。

3 正壓氣密保護(hù)式密封的工作原理及優(yōu)點

本次窯頭密封改造采用了正壓氣密保護(hù)式密封結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 窯頭正壓氣密保護(hù)式密封結(jié)構(gòu)

3.1 正壓氣密保護(hù)式密封的工作原理

使用窯頭正壓氣密保護(hù)式密封后，窯頭在正常工況下呈負(fù)壓狀態(tài)，但在實際操作中，偶爾也會出現(xiàn)正壓狀態(tài)。正壓時，含塵氣體經(jīng)窯頭護(hù)鐵，沿冷風(fēng)套外圓向外噴射，形成飛砂料。飛砂料首先會撞到前擋料法蘭上，約90%的飛砂料由于撞擊而失去動能，在重力作用下，被漏斗收集，進(jìn)入篦冷機。剩余的飛砂料繼續(xù)前進(jìn)，約6%的飛砂料被錐體法蘭和耐熱鋼魚鱗片組成的屏障阻擋，被漏斗收集，通過溜管進(jìn)入篦冷機。只有約4%的飛砂料突破正向魚鱗片，從正向魚鱗片和冷風(fēng)套之間的縫隙跑出，進(jìn)入到正、反向魚鱗片和第二連接套形成的密閉空間內(nèi)。風(fēng)箱內(nèi)鼓出的冷風(fēng)將會形成一個微正壓，壓制少量跑出的飛砂，在重力的作用下，這些飛砂被漏斗收集進(jìn)入篦冷機。

在正、反向魚鱗片密封之間會形成一個密閉空間，通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥控制此密閉空間的進(jìn)風(fēng)量，使密閉空間內(nèi)的風(fēng)壓大于窯頭罩內(nèi)風(fēng)壓。在窯頭罩經(jīng)常處于正壓的情況下，此種密封可以徹底解決噴料及冒煙問題，而且正壓越大，反向密封魚鱗片貼得越緊，密封效果越好。

3.2 正壓氣密保護(hù)式密封的優(yōu)點

（1）阻止飛砂和煙塵。正壓氣密保護(hù)式密封裝置的耐磨雙魚鱗片與冷風(fēng)套形成一個包圍區(qū)域，此區(qū)域為微正壓，在對窯口護(hù)鐵進(jìn)行冷卻的同時也能阻擋飛砂和煙塵外溢。

（2）降低漏風(fēng)系數(shù)。正壓氣密保護(hù)式密封裝置的漏風(fēng)系數(shù)＜1%，對降低能耗作用顯著，同時能穩(wěn)定窯的煅燒工況。

（3）持續(xù)冷卻窯筒體前段，避免筒體變形。風(fēng)機鼓出的冷卻風(fēng)能沿冷風(fēng)套上的導(dǎo)流槽吹到窯口護(hù)鐵附近，漏斗的一側(cè)開設(shè)有出風(fēng)孔，能將熱風(fēng)排出，持續(xù)冷卻窯筒體前段，避免筒體變形。

（4）冷卻風(fēng)僅會在規(guī)定的區(qū)域形成一個微正壓的環(huán)境，不會吹到窯頭罩內(nèi)，不會大幅增加入窯冷風(fēng)量，不會影響窯的煅燒。

（5）包裹在窯筒體外側(cè)的耐磨板為德國進(jìn)口耐磨板，此耐磨板比較薄，厚度僅為6mm，有著很好的耐磨性，對窯筒體熱脹的影響較小，既耐磨又不會損傷筒體。

（6）零部件使用壽命長。此密封裝置的魚鱗片可以使用3年以上，冷風(fēng)套大約可以使用3年，其他部件可以使用10年。

4 窯頭密封改造過程

正壓氣密保護(hù)式密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，本次窯頭密封改造更換僅7d即順利完成，窯頭密封具體改造過程如下：

（1）拆除原有密封裝置，包括連接套、立面法蘭、錐體法蘭、魚鱗片、內(nèi)部迷宮套筒、摩擦套、冷風(fēng)套，將窯筒體上的殘渣清理干凈。

（2）用活動彈簧板、U型卡槽固定新冷風(fēng)套，調(diào)整冷風(fēng)套和窯的同心度。

（3）安裝第一連接套、前擋料法蘭、立面法蘭、錐體法蘭、正向魚鱗片；安裝軟體密封件。

（4）以斷焊方式將哈道斯耐磨板焊接到筒體上，安裝第二連接套、風(fēng)箱。

（5）繼續(xù)安裝第二連接套、風(fēng)箱，做好支撐，安裝漏斗。

（6）安裝觀察孔、通風(fēng)孔及過濾棉，安裝反向魚鱗片。

（7）檢查加固第一、二連接套，打磨噴漆，完成改造。

5 窯頭密封改造效果

改造前，在窯頭罩出現(xiàn)正壓情況時，窯內(nèi)的飛砂料煙塵大量冒出，不僅污染工作環(huán)境，而且影響托輪使用壽命。改造后，窯頭密封裝置冷卻用風(fēng)量可根據(jù)窯工藝情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足了冷卻窯口護(hù)鐵和窯筒體前段的運行需要；即使窯頭罩在0～20Pa微正壓條件下，也未見煙塵和飛砂外溢，徹底解決了窯頭正壓時的冒灰問題，杜絕了冒灰漏風(fēng)現(xiàn)象。改造后的窯頭密封如圖3所示。同時，在窯頭罩負(fù)壓的工藝條件下，最大限度地減少了窯外冷風(fēng)的進(jìn)入，進(jìn)而減少了氮氧化物的生成，降低了燃料的消耗量和風(fēng)機的用風(fēng)量，節(jié)能減排效果顯著。改造后，標(biāo)煤耗降低了0.3kg/t.cl，電耗降低了0.05～0.1kW·h/t.cl，同時窯頭熱力型氮氧化物的生成量也有所降低。

圖3 改造后的窯頭密封

6 結(jié)語

采用正壓氣密保護(hù)式密封結(jié)構(gòu)后，窯頭密封效果良好，有效減少了窯頭漏風(fēng)漏料，降低了系統(tǒng)熱損和電耗，增加了產(chǎn)量，燒成系統(tǒng)熱工制度更加穩(wěn)定；改善了窯頭整體工作環(huán)境，滿足了環(huán)保要求，降低了現(xiàn)場工作人員勞動強度；保障了附近托輪及冷風(fēng)套的使用壽命，減少了備件磨損，維護(hù)工作量和配件消耗量大幅下降，有效延長了檢修周期，減少了回轉(zhuǎn)窯主機設(shè)備的臨停次數(shù)。

此密封裝置也略有不足之處，其一，對魚鱗片的檢查與更換不方便，更換內(nèi)側(cè)魚鱗片時需要拆卸套筒，檢修工作量較大。其二，此密封裝置對窯筒體前段包裹面積較大，筒體掃描儀無法探測此處的真實溫度。同時，外側(cè)密封的魚鱗片阻擋了視線，無法觀測前段窯筒體狀況，當(dāng)窯口耐火磚脫落，發(fā)生紅窯時，不易被發(fā)現(xiàn)。