回轉窯窯頭密封改造

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線設計產量4 000t/d，回轉窯規格為φ4.8m×72m，采用迷宮套筒式窯頭密封。密封裝置位于旋轉的筒體和靜止的罩體之間，用于防止外界冷空氣進入窯內破壞窯系統料氣平衡，同時，也用于防止物料外泄。原有窯頭密封在窯系統工況波動時易處于正壓狀態，漏料現象比較嚴重，冒煙、噴灰現象頻發，地面和一檔輪帶平臺在幾十分鐘內即會積聚一層熟料細顆粒和粉塵，崗位工作人員需每小時對地面和設備平臺進行一次清掃。

為減少窯頭密封漏料，我公司將窯頭負壓提高至-90Pa 左右，這樣雖減少了漏料，但窯頭負壓增大使窯系統漏風量進一步增加，不僅增加了系統能耗，同時也降低了二、三次風溫，造成熱量損失。煤粉在窯內不能充分燃燒，升溫慢，火力不夠集中，燒成帶溫度不高，熟料燒結程度和產質量受到影響。三次風溫低不僅影響生料的分解率，也影響整個系統的熱平衡，不利于窯煅燒工藝的穩定。窯頭密封效果直接影響燒成系統熱耗和電耗。窯頭漏風不僅會影響窯內通風，而且會降低窯尾風溫，影響預熱器內熱交換效率，增加窯尾排風機的負荷，不利于熟料煅燒。

針對回轉窯窯頭密封存在的上述問題，我公司利用淡季檢修時間，組織專業技術人員，根據現場實際情況對窯頭密封進行了技術改造，有效解決了漏料、漏風的問題，提高了窯系統運行的穩定性。

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套、摩擦筒體、連接法蘭、錐體法蘭、三層柔性密封、反風板、活動彈簧板、U 型槽等部件組成，如圖1 所示。此種密封雖結構簡單，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，導致其密封效果相對較差，易存在漏風漏料問題。

圖1 原窯頭迷宮套筒式密封結構

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縫隙和漏洞。窯筒體的彎曲與變形也會使密封失效，產生漏料、漏風。根據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，當熟料結粒更細時，漏料現象更加明顯。在高溫環境和摩擦力作用下，魚鱗片使用壽命較短，易出現縫隙，需在每次停窯時進行檢查并及時更換。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。使用經驗表明，外側活動彈簧板焊接點易開焊，維修工作量較大。

3 正壓氣密保護式密封的工作原理及優點

本次窯頭密封改造采用了正壓氣密保護式密封結構，如圖2所示。

圖2 窯頭正壓氣密保護式密封結構

3.1 正壓氣密保護式密封的工作原理

使用窯頭正壓氣密保護式密封后，窯頭在正常工況下呈負壓狀態，但在實際操作中，偶爾也會出現正壓狀態。正壓時，含塵氣體經窯頭護鐵，沿冷風套外圓向外噴射，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，進入篦冷機。剩余的飛砂料繼續前進，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套之間的縫隙跑出，進入到正、反向魚鱗片和第二連接套形成的密閉空間內。風箱內鼓出的冷風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，通過風量調節閥控制此密閉空間的進風量，使密閉空間內的風壓大于窯頭罩內風壓。在窯頭罩經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 正壓氣密保護式密封的優點

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

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

（3）持續冷卻窯筒體前段，避免筒體變形。風機鼓出的冷卻風能沿冷風套上的導流槽吹到窯口護鐵附近，漏斗的一側開設有出風孔，能將熱風排出，持續冷卻窯筒體前段，避免筒體變形。

（4）冷卻風僅會在規定的區域形成一個微正壓的環境，不會吹到窯頭罩內，不會大幅增加入窯冷風量，不會影響窯的煅燒。

（5）包裹在窯筒體外側的耐磨板為德國進口耐磨板，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

正壓氣密保護式密封裝置結構簡單，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、內部迷宮套筒、摩擦套、冷風套，將窯筒體上的殘渣清理干凈。

（2）用活動彈簧板、U型卡槽固定新冷風套，調整冷風套和窯的同心度。

（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、風箱。

（5）繼續安裝第二連接套、風箱，做好支撐，安裝漏斗。

（6）安裝觀察孔、通風孔及過濾棉，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，在窯頭罩出現正壓情況時，窯內的飛砂料煙塵大量冒出，不僅污染工作環境，而且影響托輪使用壽命。改造后，窯頭密封裝置冷卻用風量可根據窯工藝情況進行調節，滿足了冷卻窯口護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，杜絕了冒灰漏風現象。改造后的窯頭密封如圖3所示。同時，在窯頭罩負壓的工藝條件下，最大限度地減少了窯外冷風的進入，進而減少了氮氧化物的生成，降低了燃料的消耗量和風機的用風量，節能減排效果顯著。改造后，標煤耗降低了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 結語

采用正壓氣密保護式密封結構后，窯頭密封效果良好，有效減少了窯頭漏風漏料，降低了系統熱損和電耗，增加了產量，燒成系統熱工制度更加穩定；改善了窯頭整體工作環境，滿足了環保要求，降低了現場工作人員勞動強度；保障了附近托輪及冷風套的使用壽命，減少了備件磨損，維護工作量和配件消耗量大幅下降，有效延長了檢修周期，減少了回轉窯主機設備的臨停次數。

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，更換內側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，外側密封的魚鱗片阻擋了視線，無法觀測前段窯筒體狀況，當窯口耐火磚脫落，發生紅窯時，不易被發現。