煅燒爐爐頭密封結(jié)構(gòu)的分析與研究

楊 樂(lè)，孟慶華，曹 威

(1.江蘇海洋大學(xué)，江蘇 連云港 222000；2.連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042；3.鉅力國(guó)際工程(南京)有限公司，江蘇 南京 211113)

純堿生產(chǎn)中，不論是氨堿法、聯(lián)堿法還是天然堿法，都要用到輕灰回轉(zhuǎn)類蒸汽煅燒爐進(jìn)行濕重堿的烘干、脫水處理，在后續(xù)重灰生產(chǎn)的過(guò)程中，基本也用到重灰煅燒爐進(jìn)行脫水處理。目前國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)使用的回轉(zhuǎn)類蒸汽煅燒爐，主要規(guī)格有φ1200、φ1800、φ2000、φ2500、φ3000、φ3200、φ3600，其中φ1200、φ1800、φ2000、φ2500蒸汽煅燒爐主要集中在中小純堿生產(chǎn)廠，廣泛地應(yīng)用于早期建成投產(chǎn)的聯(lián)堿廠。二十世紀(jì)八十年代，國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)了日本、德國(guó)的φ3600、φ3000蒸汽煅燒爐，為我國(guó)純堿大型化邁進(jìn)第一步。我國(guó)煅燒爐相關(guān)的技術(shù)在幾十年的發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)突飛猛進(jìn)，正在不斷完善并逐漸走向成熟。大連化機(jī)設(shè)備有限公司自行設(shè)計(jì)、制造了φ3600×40000蒸汽煅燒爐；我國(guó)自行研發(fā)設(shè)計(jì)的自身返堿蒸汽煅燒爐出口國(guó)外，占據(jù)了世界純堿設(shè)備的重要位置。

但是煅燒爐爐頭密封結(jié)構(gòu)在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中改進(jìn)不大，雖然進(jìn)行了各種嘗試，爐頭爐尾漏堿現(xiàn)象仍普遍存在，且爐頭漏堿較為明顯。本文主要分析探討爐頭密封結(jié)構(gòu)和自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的改進(jìn)，希望能夠?qū)?guó)內(nèi)煅燒爐生產(chǎn)廠家和各純堿生產(chǎn)企業(yè)起到促進(jìn)作用。

1 煅燒爐爐頭密封改造的必要性

煅燒爐在生產(chǎn)中要保證空氣不能進(jìn)入爐氣系統(tǒng)，否則會(huì)造成爐氣濃度和溫度的下降，同時(shí)還要保證爐內(nèi)的物料不從爐體內(nèi)部漏出。國(guó)內(nèi)目前使用的回轉(zhuǎn)類蒸汽煅燒爐中，由于生產(chǎn)要求和設(shè)備結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，煅燒爐的爐頭、爐尾都配套密封裝置，但是在密封的研發(fā)方面，一直是短板。各純堿廠均使用的是傳統(tǒng)的油泵+動(dòng)靜密封環(huán)的模式，密封結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)靜密封環(huán)、動(dòng)靜密封環(huán)底座、油脂泵、輸油管等組成。采用油脂泵輸送密封脂至動(dòng)靜密封環(huán)之間，形成油膜，阻止物料外泄和外部空氣進(jìn)入爐氣系統(tǒng)，一個(gè)端面有4～8根輸油管。煅燒爐密封傳統(tǒng)的油脂密封動(dòng)靜環(huán)的結(jié)構(gòu)，油脂消耗量較大，會(huì)產(chǎn)生大量的油堿混合物，造成環(huán)境污染，不符合目前環(huán)保生產(chǎn)的要求。這種結(jié)構(gòu)設(shè)備費(fèi)用較高，且維修更換較為困難。

圖1 傳統(tǒng)的密封油脂泵安裝示意圖

2 爐頭密封改造的技術(shù)支持

水泥制造行業(yè)已在進(jìn)行環(huán)保和節(jié)能減排方面改造，逐步實(shí)現(xiàn)了綠色工廠生產(chǎn)的要求。為水泥生產(chǎn)配套的設(shè)備加工企業(yè)正是在近二十年為水泥制造企業(yè)服務(wù)的過(guò)程中，積累大量寶貴的化工設(shè)備改造和節(jié)能環(huán)保治理方面的經(jīng)驗(yàn)，特別在臥式回轉(zhuǎn)類爐窯(與煅燒爐結(jié)構(gòu)相同)窯頭密封改造和驅(qū)動(dòng)裝置改造方面有著非常完善的案例，擁有發(fā)明專利“回轉(zhuǎn)窯新型復(fù)合反向密封”，專利號(hào)：ZL201310111346.4；和實(shí)用新型專利“一種基于自助潤(rùn)滑的回轉(zhuǎn)窯尾高溫密封裝置”，專利號(hào)：ZL201720380156.6。該新型密封所具有的特點(diǎn)：

1)密封效果佳，徹底解決漏風(fēng)漏灰問(wèn)題。

2)耐高溫、耐磨損、使用壽命長(zhǎng)。

3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造與維修。

4)適應(yīng)筒體各方面的運(yùn)動(dòng)和變形。

5)節(jié)能降耗，減少污染物的排放。

該項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)上百家企業(yè)成功使用多年，效果非常明顯。

3 新式爐頭密封結(jié)構(gòu)技術(shù)分析

3.1 方案一：氣室復(fù)合密封

3.1.1 密封結(jié)構(gòu)

密封結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2，主要由套筒、殼體、氣密風(fēng)管、密封片、石墨密封裝置、密封套、排灰口和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥等組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，上殼體上將制作排氣孔，防止腔內(nèi)壓力過(guò)大，冷風(fēng)涌入爐內(nèi)。殼體上配有觀察門，便于觀察密封片、筒體等工況。新設(shè)計(jì)的回料裝置自帶螺旋葉片，不但可以阻擊堿塵，同時(shí)也能夠?qū)⑵湓僖淮螏霠t內(nèi)。

圖2 氣室復(fù)合密封結(jié)構(gòu)

3.1.2 密封工作原理

含堿塵的氣體在爐頭正壓的狀態(tài)下經(jīng)過(guò)密封套外圓向外噴射，首先會(huì)撞到密封套中螺旋葉片，至少90%物料由于撞擊而失去動(dòng)能，在重力和螺旋葉片的作用下，被送入爐內(nèi)。剩下的10%堿塵料繼續(xù)前進(jìn)，吹向石墨密封裝置，裝置板的角度引導(dǎo)爐頭內(nèi)部氣流及粉塵的流動(dòng)方向，在螺旋葉片的導(dǎo)流下，帶料的風(fēng)在石墨塊和螺旋葉片之間的空間形成一個(gè)渦流，物料連續(xù)撞擊，紛紛失去動(dòng)能，也在重力和螺旋葉片作用下，被送入爐內(nèi)。極少堿塵能突破石墨密封裝置，進(jìn)入密封殼體內(nèi)。氣密風(fēng)管將爐頭冷風(fēng)(或者熱風(fēng))通過(guò)下殼體風(fēng)管引入到密封空間。此密封空間連續(xù)進(jìn)風(fēng)，調(diào)節(jié)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，使風(fēng)壓大于密封罩內(nèi)風(fēng)壓。極少量的堿塵，跟隨風(fēng)流直接排入到排料閥內(nèi)。對(duì)于爐頭罩經(jīng)常正壓的情況，此種密封可以徹底解決噴料及漏氣問(wèn)題。

正向密封片與密封套之間的密封角度是通過(guò)流體力學(xué)分析計(jì)算、流體分析軟件分析復(fù)核得出的合理角度，有利于密封片改變爐頭內(nèi)部流體以及粉塵流動(dòng)方向，增強(qiáng)密封效果，避免密封片被堿塵氣流直接沖刷，提高密封片的使用壽命。通過(guò)工程熱力學(xué)分析，密封片選取合適的耐磨、耐熱、高彈力的材料，保證密封效果和使用壽命。

迷宮密封主要是起到阻擋作用，阻擋高壓氣流直接沖擊正向密封片，降低正向密封片部位的壓力，提高密封片的密封效果和使用壽命。

殼體包含有下氣密風(fēng)管，將風(fēng)引入到上部氣密風(fēng)管，氣密風(fēng)管中設(shè)有出風(fēng)口，出風(fēng)口的角度使用三維流體軟件進(jìn)行分析，得到最佳吹風(fēng)角，使冷風(fēng)到達(dá)爐頭護(hù)板。氣密風(fēng)管與殼體同時(shí)起到密封片支撐、保壓作用。密封套內(nèi)螺旋葉片，一方面有效的阻擊了堿塵物料，同時(shí)在重力的作用下將堿塵帶入爐內(nèi)。

3.2 方案二：新型正反向復(fù)合密封

3.2.1 密封工作原理

密封結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3，主要由殼體、密封套筒、正向密封片、反向密封片、迷宮密封裝置和灰斗等組成。

圖3 正反向復(fù)合密封結(jié)構(gòu)

這種密封裝置在密封套內(nèi)的工作原理與氣室復(fù)合密封裝置相同，不在累述。經(jīng)過(guò)密封套后，極少堿塵能連續(xù)突破兩道密封，進(jìn)入正向密封內(nèi)部。正向密封由上下兩層耐熱耐磨密封片以及中間一層碳硅鋁纖維組成，其主要作用是相當(dāng)于上了一道密封保險(xiǎn)，徹底解決堿塵逃逸問(wèn)題。

3.2.2 密封主要結(jié)構(gòu)

由圖3可見(jiàn)，密封的主要組成部分，包括迷宮密封、反向密封、密封套筒、鋼絲繩配重、正向復(fù)合密封、正向密封錐體、反向密封錐體等，其中正向復(fù)合密封由上層密封片、下層密封片和中間一層碳硅鋁纖維密封組成。

反向密封片與風(fēng)冷套之間的工作原理與氣室復(fù)合密封裝置相同。

正向復(fù)合密封主要上層密封片、下層密封片和中間一層碳硅鋁纖維密封組成。下層密封片主要起到耐磨、耐熱作用，中間一層碳硅鋁纖維密封主要起到密封氣體作用，保證外部氣體無(wú)法進(jìn)入爐頭內(nèi)部，上層密封片起到保護(hù)碳硅鋁纖維密封以及整個(gè)密封的作用。

密封套筒和殼體主要起到密封的作用，其結(jié)構(gòu)也采用耐磨、耐熱鋼制作，密封套內(nèi)螺旋葉片，一方面有效的阻擊了堿塵物料，同時(shí)在重力的作用下將堿塵帶入爐內(nèi)。

鋼絲繩配重主要提供正向復(fù)合密封的貼合力，使密封能完全貼合在風(fēng)冷套上，安裝后通過(guò)對(duì)配重塊數(shù)量的調(diào)整，使正向復(fù)合密封和風(fēng)冷套的貼合保持在一個(gè)臨界狀態(tài)，使密封良好，同時(shí)摩擦力接近于零，使正向密封片使用壽命提高。

4 結(jié) 語(yǔ)

在近十幾年的純堿行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，離心機(jī)、粉體流、帶濾機(jī)等新裝置的出現(xiàn)，都對(duì)純堿生產(chǎn)起到了極大的促進(jìn)作用，作為國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)的技術(shù)人員，應(yīng)勇于嘗試和探索，為中國(guó)純堿技術(shù)的提升積累經(jīng)驗(yàn)。以上技術(shù)在水泥行業(yè)的臥式回轉(zhuǎn)類石灰窯裝置上已經(jīng)使用的非常成熟。純堿制造行業(yè)的蒸汽回轉(zhuǎn)類煅燒爐和臥式回轉(zhuǎn)類石灰窯結(jié)構(gòu)相同，此密封裝置同樣有效。由于連云港堿廠實(shí)施搬遷發(fā)展，此改造項(xiàng)目擱置，本文將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析探討，希望得到同行專家的批評(píng)指正，特別對(duì)運(yùn)行過(guò)程中有可能出現(xiàn)的新問(wèn)題提出高貴的意見(jiàn)，以期未來(lái)使用能夠達(dá)到最好的密封狀態(tài)。