磨煤機(jī)密封方式的分析及優(yōu)化措施

張 龍，楊 嵐，張 慶，李自恩

（陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

在磨煤機(jī)工作的過程中，密封風(fēng)起著保護(hù)密封元件軸承以及防止磨煤機(jī)跳車的作用。傳統(tǒng)的密封風(fēng)大都選擇經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾的大氣和常壓或者低壓氮?dú)?，但在現(xiàn)實(shí)的操作過程中，由于大氣中含氧量比較大，在粉煤制備的過程中極易出現(xiàn)煤粉自燃的現(xiàn)象，因此粉煤制備過程中大都選擇氮?dú)庾鳛槊芊怙L(fēng)。進(jìn)入粉煤制備單元的合格氮?dú)鈱δッ簷C(jī)的磨輥、液壓拉桿、磨盤以及旋轉(zhuǎn)分離器進(jìn)行密封，防止這4 路的軸承中進(jìn)入粉塵顆粒而造成損害。

進(jìn)入密封元件的密封風(fēng)與密封元件外側(cè)的風(fēng)壓至少應(yīng)該＞2.0 kPa，才能保證磨煤機(jī)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。如果進(jìn)入密封元件的密封風(fēng)壓力低于進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)，則可能導(dǎo)致粉塵顆粒進(jìn)入密封元件的腔內(nèi)，對密封元件軸承骨架、密封圈造成嚴(yán)重的磨損甚至損壞，最終造成密封元件出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象；如果粉塵顆粒進(jìn)入密封元件的軸承內(nèi)，將造成密封元件軸承損壞，這將會導(dǎo)致因?yàn)楦鼡Q軸承浪費(fèi)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間[1]。因此，在傳統(tǒng)的工藝中，選擇將經(jīng)過密封風(fēng)機(jī)加壓后的密封風(fēng)送進(jìn)磨煤機(jī)的密封元件中。

本文對某公司1 技改前后、某公司2、陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司（簡稱榆林化學(xué)）粉煤制備過程中磨煤機(jī)采取的4 種密封方式進(jìn)行了分析，探討了這4 種方式在運(yùn)行中可能存在的問題，并提出了優(yōu)化建議，以期為榆林化學(xué)磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化提供一定的參考。

1 幾種密封方式的分析

1.1 某公司1技改前后磨煤機(jī)密封方式

某公司1 粉煤氣化系統(tǒng)8 臺磨煤機(jī)分別各自配備了1 臺密封風(fēng)機(jī)，技改前磨煤機(jī)的密封方式示意圖見圖1，密封風(fēng)機(jī)參數(shù)見表1。技改前，密封介質(zhì)采用常壓氮?dú)?，通過密封風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入磨輥、拉桿、磨盤以及旋轉(zhuǎn)分離器進(jìn)行密封。

圖1 某公司1 技改前粉煤制備系統(tǒng)的密封方式示意圖

表1 某公司1 密封風(fēng)機(jī)參數(shù)

為了進(jìn)一步降低能耗，某公司1 對現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了分析：常壓氮?dú)膺M(jìn)粉煤界區(qū)壓力為10 kPa～15 kPa，而磨煤機(jī)運(yùn)行內(nèi)部環(huán)境為微正壓，常壓氮?dú)庠谖唇?jīng)密封風(fēng)機(jī)加壓的情況下，依靠兩者之間的壓差即可直接進(jìn)入各密封點(diǎn)提供密封風(fēng)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。基于此，某公司1 對磨煤機(jī)的密封方式進(jìn)行了技改，技改后的示意圖見圖2。

圖2 某公司1 技改后粉煤制備系統(tǒng)的密封方式示意圖

優(yōu)化技改后，密封風(fēng)機(jī)作為備用設(shè)備，增加磨煤機(jī)主電機(jī)運(yùn)行時(shí)一次風(fēng)壓差低壓2.0 kPa 聯(lián)鎖自啟密封風(fēng)機(jī)(低壓1.0 kPa 磨煤機(jī)跳車)，保證密封風(fēng)壓力，避免磨煤機(jī)跳車。其磨煤機(jī)密封系統(tǒng)優(yōu)化改造項(xiàng)目實(shí)施方案：（1）為克服密封風(fēng)機(jī)自身葉輪阻力，新增一路同等徑(DN300)的旁路管線；（2）在密封風(fēng)機(jī)出口總管處增加一路DN50 的低壓氮?dú)夤芫€，當(dāng)常壓氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力低時(shí)，可以用部分低壓氮?dú)庋a(bǔ)充。目前，設(shè)計(jì)變更和立項(xiàng)全部審批完成，現(xiàn)場已完成2 臺磨煤機(jī)密封風(fēng)機(jī)技改且運(yùn)行穩(wěn)定，其余磨煤機(jī)正在實(shí)施技改。某公司1 采用密封風(fēng)機(jī)的型號為MF9-10-15NQ，單臺密封風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流82.7 A，電動(dòng)機(jī)電壓6 kV，單機(jī)一年的運(yùn)行時(shí)間按6666 h 統(tǒng)計(jì)，功率因數(shù)取0.929，電費(fèi)按0.5 元/（kWh） 計(jì)算，6 臺密封風(fēng)機(jī)一年可省電費(fèi)約1.732 ×0.38 ×82.7 ×0.929 ×6666 ×0.5 ×6 =101.121 萬元。技改后的密封方式不僅保證了密封的效果，而且也達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

1.2 某公司2 磨煤機(jī)密封方式

某公司2 粉煤氣化系統(tǒng)6 臺磨煤機(jī)分別各自配備了1 臺密封風(fēng)機(jī)，4 臺運(yùn)行，2 臺作為備用。其采用的是萊歇式磨煤機(jī)，磨煤機(jī)密封的元件只有磨輥、搖臂及磨盤[2]，密封方式示意圖見圖3，密封風(fēng)機(jī)參數(shù)見表2。其中，磨盤和搖臂采用來自粉煤界區(qū)5 kPa 的低低壓氮?dú)?，?jīng)密封風(fēng)機(jī)加壓后密封。而磨輥使用單獨(dú)的密封方式，采用來自粉煤界區(qū)0.7 MPa 的低壓氮?dú)?，通過采取現(xiàn)場手動(dòng)調(diào)節(jié)截止閥閥門開度、中控觀察壓力表的手動(dòng)降壓模式來降低進(jìn)入磨輥的密封氮?dú)鈮毫?。其旋轉(zhuǎn)分離器軸承外接潤滑脂泵，通過潤滑脂泵為旋轉(zhuǎn)分離器加注潤滑脂，從而起到潤滑、密封軸承的作用。

表2 某公司2 密封風(fēng)機(jī)參數(shù)

圖3 某公司2 粉煤制備系統(tǒng)的密封方式示意圖

1.3 榆林化學(xué)磨煤機(jī)密封方式

榆林化學(xué)粉煤氣化系統(tǒng)7 臺磨煤機(jī)分別各自配備了1 臺密封風(fēng)機(jī)，5 臺運(yùn)行，2 臺作為備用，給磨煤機(jī)磨盤、拉桿以及旋轉(zhuǎn)分離器提供密封風(fēng)，密封風(fēng)介質(zhì)為來自空分的低低壓氮?dú)猓活愃颇彻?，磨輥選擇單獨(dú)的密封方式，在為磨煤機(jī)提供惰性環(huán)境的低壓氮?dú)猗竦墓苈飞?，接了一路DN150 的管道為其提供密封介質(zhì)，具體密封方式示意圖見圖4，密封風(fēng)機(jī)參數(shù)見表3。

圖4 榆林化學(xué)粉煤制備系統(tǒng)的密封方式示意圖

表3 榆林化學(xué)密封風(fēng)機(jī)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)情況，低低壓氮?dú)膺M(jìn)粉煤界區(qū)壓力為5 kPa，由表3 的數(shù)據(jù)可知，密封風(fēng)機(jī)可以使密封風(fēng)壓力提升約13 kPa，密封氮?dú)鈮毫?8 kPa，除去管道上的壓降損失，再考慮到進(jìn)入磨煤機(jī)的一次風(fēng)壓力大概在3 kPa 左右，符合密封風(fēng)與一次風(fēng)壓差＞2 kPa的要求。

磨輥選擇單獨(dú)的密封方式，原因在于通過計(jì)算，該工程需要從空分送來的低低壓氮?dú)獾捏w積流量為10020 m3/h，需求量大于供應(yīng)量，所以選擇就近從為磨煤機(jī)提供惰性環(huán)境的低壓氮?dú)猗窆苈飞辖右宦稤N150 的管道為磨輥提供密封氮?？紤]到進(jìn)去粉煤界區(qū)的低壓氮?dú)猗竦膲毫?.35 MPa，壓力有點(diǎn)高，所以在進(jìn)磨輥密封的管路上設(shè)置有限流孔板和變徑管，以降低進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力。

2 可能存在的問題及優(yōu)化措施

2.1 某公司1 密封方式

某公司1 粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式見圖5（虛線框內(nèi)為建議進(jìn)行的改造）。

圖5 某公司1 粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式

某公司1 密封方式進(jìn)入粉煤界區(qū)的常壓氮?dú)鈮毫?0 kPa～15 kPa，技改前選用密封風(fēng)機(jī)為磨煤機(jī)的密封元件提供密封風(fēng)，從表1 的數(shù)據(jù)可以得到，密封風(fēng)機(jī)可以給密封風(fēng)提升約9 kPa 的壓力。技改后密封風(fēng)機(jī)作為備用設(shè)備，新增一路同等徑(DN300)的旁路管線，此時(shí)，進(jìn)去粉煤界區(qū)的常壓氮?dú)庥泻苄〉牟糠至魅朊芊怙L(fēng)機(jī)，這部分密封風(fēng)在密封風(fēng)機(jī)內(nèi)會受到葉輪阻力的影響，導(dǎo)致最終進(jìn)去磨煤機(jī)密封元件的風(fēng)量減少，雖然配置了一路1.2 MPa 的低壓氮?dú)庾鳛槊芊怙L(fēng)的補(bǔ)充，但是可能也會存在以下幾個(gè)問題：

（1）技改前，某公司1 出現(xiàn)過由于密封風(fēng)壓力過低導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)分離器軸承被磨穿的事故，技改后，在密封風(fēng)機(jī)不作用的情況下，進(jìn)入磨煤機(jī)密封元件的密封風(fēng)壓力更低，更容易出現(xiàn)軸承被磨穿的現(xiàn)象。

（2）磨煤機(jī)生料立磨到降磨輥磨煤的這段時(shí)間內(nèi)，磨輥的密封壓力會快速的降低[3]，如果處置不及時(shí)，可能會出現(xiàn)磨煤機(jī)剛起磨就跳車的事故。技改后，在沒有密封風(fēng)機(jī)加壓情況下，更容易出現(xiàn)密封風(fēng)壓力不夠而導(dǎo)致磨煤機(jī)跳車。筆者認(rèn)為，在磨煤機(jī)生料立磨到降磨輥磨煤的這段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)該啟用密封風(fēng)機(jī)，以保證足夠的密封風(fēng)壓力，待運(yùn)行平穩(wěn)后，可以選擇停運(yùn)密封風(fēng)機(jī)。

（3）技改后，在運(yùn)行過程中，當(dāng)常壓氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力低時(shí)，選擇新增一路1.2 MPa 低壓氮?dú)庾鳛檠a(bǔ)充。但由于低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)上只是設(shè)置了一個(gè)截止閥，在操作過程中，1.2 MPa 的低壓氮?dú)饪赡懿⑷氲匠旱獨(dú)夤芫W(wǎng)中，造成管線內(nèi)產(chǎn)生較大的噪音；也可能存在操作不當(dāng)，1.2 MPa 的低壓氮?dú)獯罅窟M(jìn)入常壓氮?dú)夤芫W(wǎng)以及密封風(fēng)機(jī)內(nèi)，造成密封風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)乃至出現(xiàn)故障。筆者認(rèn)為，如果在新增的低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)上設(shè)置限流孔板（見圖5 改造1），可以減少進(jìn)入磨煤機(jī)內(nèi)的氮?dú)饬髁?，在截止閥前增加壓力調(diào)節(jié)閥或者自壓式調(diào)節(jié)閥（見圖5 改造2），然后與常壓氮?dú)夤芫W(wǎng)做一個(gè)壓力互串聯(lián)鎖，保證進(jìn)入磨煤機(jī)密封元件的壓力在符合要求范圍內(nèi)；另外，為了防止管線上產(chǎn)生大的噪聲，可以在1.2 MPa 的管線和常壓氮?dú)夤芫€的連接處接一個(gè)軟連接（見圖5 改造3）。

（4）技改后，密封風(fēng)機(jī)新增一路同等徑(DN300)的旁路管線，可以起到平衡密封風(fēng)機(jī)出入口風(fēng)壓的作用，但是其并未設(shè)置手動(dòng)旁路閥，這樣易引起停運(yùn)的密封風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)，可能會對風(fēng)機(jī)造成一定的損壞。筆者認(rèn)為，應(yīng)該在密封風(fēng)機(jī)新增的同等徑(DN300)旁路管線上增加一道截止閥（見圖5 改造4），正常啟動(dòng)密封風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)該先將旁路的截止閥關(guān)閉，再啟動(dòng)密封風(fēng)機(jī)[4]。

2.2 某公司2 密封方式

某公司2 粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式見圖6（虛線框內(nèi)為建議進(jìn)行的改造）。某公司2 選擇0.7 MPa低壓氮?dú)庾鳛槟ポ伱芊獾慕橘|(zhì)，與2 kPa 的密封壓差相差過大，在操作過程中選擇現(xiàn)場加中控配合調(diào)節(jié)截止閥閥門大小的方式降低進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力，但是實(shí)際運(yùn)行的過程中，可能存在現(xiàn)場開閥門過快導(dǎo)致進(jìn)入磨輥密封風(fēng)壓力突然升高以及人為誤操作導(dǎo)致的事故。筆者建議在這一路管道上的截止閥前加壓力調(diào)節(jié)閥或者自壓式調(diào)節(jié)閥（見圖6 改造1），來確保進(jìn)入磨輥的壓力在正常范圍內(nèi)。

圖6 某公司2 粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式

2.3 榆林化學(xué)密封方式

榆林化學(xué)粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式見圖7（虛線框內(nèi)為建議進(jìn)行的改造）。榆林化學(xué)在密封磨輥的低壓氮?dú)猗裆想m然增加了限流孔板和變徑管以降低進(jìn)入磨輥的風(fēng)壓，但是并未在管道上設(shè)置壓力監(jiān)測表，不能直觀地監(jiān)測進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力。筆者認(rèn)為：（1）應(yīng)該參考某公司1 和某公司2，在磨輥密封的管路上增加壓力表。如果在限流孔板前加裝一塊壓力表，存在限流孔板孔徑被磨穿放大或堵塞，導(dǎo)致進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力過大或過小的風(fēng)險(xiǎn)，如果將壓力表安裝到限流孔板之后（見圖7 改造1），既可以防止限流孔板故障造成的問題，也可以起到監(jiān)測進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力的作用；（2） 可以選擇在截止閥前加壓力調(diào)節(jié)閥或者自壓式調(diào)節(jié)閥（見圖7 改造2），確保進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力在正常范圍內(nèi)。

圖7 榆林化學(xué)粉煤制備系統(tǒng)建議的密封方式

3 結(jié)果與討論

密封介質(zhì)的屬性決定了密封工藝選擇及優(yōu)化改進(jìn)的空間。某公司1 技改后的密封方式在保證密封壓力的情況下，6 臺密封風(fēng)機(jī)可節(jié)省費(fèi)用101.121 萬元/a，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。某公司1 進(jìn)入粉煤界區(qū)10 kPa～15 kPa 的常壓氮?dú)鉀Q定了其在不借助密封風(fēng)機(jī)加壓的情況下，依靠自身的壓力就可以提供密封風(fēng)；而榆林化學(xué)進(jìn)入粉煤界區(qū)的密封風(fēng)壓力只有5 kPa，決定了其不可能實(shí)施某公司1 那樣的技改。某公司2 和榆林化學(xué)在磨輥的密封上都選擇單獨(dú)的密封方式，且兩者進(jìn)入粉煤界區(qū)的密封氮?dú)鈮毫σh(yuǎn)高于磨輥所需要的密封風(fēng)壓力，某公司2 選擇采取調(diào)節(jié)截止閥閥門的開度來降低進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力，榆林化學(xué)選擇添加限流孔板的方式來降低進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力，但是也存在限流孔板被堵或磨穿孔徑變大的現(xiàn)象，借鑒某公司1 和某公司2 在密封管線上設(shè)置壓力表的方式，在限流孔板后加裝壓力監(jiān)測表，也可以在截止閥前加自壓式調(diào)節(jié)閥或壓力調(diào)節(jié)閥，來確保進(jìn)入磨輥的密封風(fēng)壓力在正常范圍內(nèi)。