煅燒爐爐頭密封結構的分析與研究

楊 樂，孟慶華，曹 威

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

純堿生產中，不論是氨堿法、聯堿法還是天然堿法，都要用到輕灰回轉類蒸汽煅燒爐進行濕重堿的烘干、脫水處理，在后續重灰生產的過程中，基本也用到重灰煅燒爐進行脫水處理。目前國內純堿行業使用的回轉類蒸汽煅燒爐，主要規格有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廠，廣泛地應用于早期建成投產的聯堿廠。二十世紀八十年代，國內先后引進了日本、德國的φ3600、φ3000蒸汽煅燒爐，為我國純堿大型化邁進第一步。我國煅燒爐相關的技術在幾十年的發展過程中已經突飛猛進，正在不斷完善并逐漸走向成熟。大連化機設備有限公司自行設計、制造了φ3600×40000蒸汽煅燒爐；我國自行研發設計的自身返堿蒸汽煅燒爐出口國外，占據了世界純堿設備的重要位置。

但是煅燒爐爐頭密封結構在這個發展過程中改進不大，雖然進行了各種嘗試，爐頭爐尾漏堿現象仍普遍存在，且爐頭漏堿較為明顯。本文主要分析探討爐頭密封結構和自動潤滑系統的改進，希望能夠對國內煅燒爐生產廠家和各純堿生產企業起到促進作用。

1 煅燒爐爐頭密封改造的必要性

煅燒爐在生產中要保證空氣不能進入爐氣系統，否則會造成爐氣濃度和溫度的下降，同時還要保證爐內的物料不從爐體內部漏出。國內目前使用的回轉類蒸汽煅燒爐中，由于生產要求和設備結構的特點，煅燒爐的爐頭、爐尾都配套密封裝置，但是在密封的研發方面，一直是短板。各純堿廠均使用的是傳統的油泵+動靜密封環的模式，密封結構主要由動靜密封環、動靜密封環底座、油脂泵、輸油管等組成。采用油脂泵輸送密封脂至動靜密封環之間，形成油膜，阻止物料外泄和外部空氣進入爐氣系統，一個端面有4～8根輸油管。煅燒爐密封傳統的油脂密封動靜環的結構，油脂消耗量較大，會產生大量的油堿混合物，造成環境污染，不符合目前環保生產的要求。這種結構設備費用較高，且維修更換較為困難。

圖1 傳統的密封油脂泵安裝示意圖

2 爐頭密封改造的技術支持

水泥制造行業已在進行環保和節能減排方面改造，逐步實現了綠色工廠生產的要求。為水泥生產配套的設備加工企業正是在近二十年為水泥制造企業服務的過程中，積累大量寶貴的化工設備改造和節能環保治理方面的經驗，特別在臥式回轉類爐窯(與煅燒爐結構相同)窯頭密封改造和驅動裝置改造方面有著非常完善的案例，擁有發明專利“回轉窯新型復合反向密封”，專利號：ZL201310111346.4；和實用新型專利“一種基于自助潤滑的回轉窯尾高溫密封裝置”，專利號：ZL201720380156.6。該新型密封所具有的特點：

1)密封效果佳，徹底解決漏風漏灰問題。

2)耐高溫、耐磨損、使用壽命長。

3)結構簡單，易于制造與維修。

4)適應筒體各方面的運動和變形。

5)節能降耗，減少污染物的排放。

該項技術目前在國內上百家企業成功使用多年，效果非常明顯。

3 新式爐頭密封結構技術分析

3.1 方案一：氣室復合密封

3.1.1 密封結構

密封結構示意圖見圖2，主要由套筒、殼體、氣密風管、密封片、石墨密封裝置、密封套、排灰口和風量調節閥等組成。根據現場工況，上殼體上將制作排氣孔，防止腔內壓力過大，冷風涌入爐內。殼體上配有觀察門，便于觀察密封片、筒體等工況。新設計的回料裝置自帶螺旋葉片，不但可以阻擊堿塵，同時也能夠將其再一次帶入爐內。

圖2 氣室復合密封結構

3.1.2 密封工作原理

含堿塵的氣體在爐頭正壓的狀態下經過密封套外圓向外噴射，首先會撞到密封套中螺旋葉片，至少90%物料由于撞擊而失去動能，在重力和螺旋葉片的作用下，被送入爐內。剩下的10%堿塵料繼續前進，吹向石墨密封裝置，裝置板的角度引導爐頭內部氣流及粉塵的流動方向，在螺旋葉片的導流下，帶料的風在石墨塊和螺旋葉片之間的空間形成一個渦流，物料連續撞擊，紛紛失去動能，也在重力和螺旋葉片作用下，被送入爐內。極少堿塵能突破石墨密封裝置，進入密封殼體內。氣密風管將爐頭冷風(或者熱風)通過下殼體風管引入到密封空間。此密封空間連續進風，調節風量調節閥，使風壓大于密封罩內風壓。極少量的堿塵，跟隨風流直接排入到排料閥內。對于爐頭罩經常正壓的情況，此種密封可以徹底解決噴料及漏氣問題。

正向密封片與密封套之間的密封角度是通過流體力學分析計算、流體分析軟件分析復核得出的合理角度，有利于密封片改變爐頭內部流體以及粉塵流動方向，增強密封效果，避免密封片被堿塵氣流直接沖刷，提高密封片的使用壽命。通過工程熱力學分析，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管，將風引入到上部氣密風管，氣密風管中設有出風口，出風口的角度使用三維流體軟件進行分析，得到最佳吹風角，使冷風到達爐頭護板。氣密風管與殼體同時起到密封片支撐、保壓作用。密封套內螺旋葉片，一方面有效的阻擊了堿塵物料，同時在重力的作用下將堿塵帶入爐內。

3.2 方案二：新型正反向復合密封

3.2.1 密封工作原理

密封結構示意圖見圖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 正反向復合密封結構

這種密封裝置在密封套內的工作原理與氣室復合密封裝置相同，不在累述。經過密封套后，極少堿塵能連續突破兩道密封，進入正向密封內部。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，其主要作用是相當于上了一道密封保險，徹底解決堿塵逃逸問題。

3.2.2 密封主要結構

由圖3可見，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、正向復合密封、正向密封錐體、反向密封錐體等，其中正向復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。

反向密封片與風冷套之間的工作原理與氣室復合密封裝置相同。

正向復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，保證外部氣體無法進入爐頭內部，上層密封片起到保護碳硅鋁纖維密封以及整個密封的作用。

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

鋼絲繩配重主要提供正向復合密封的貼合力，使密封能完全貼合在風冷套上，安裝后通過對配重塊數量的調整，使正向復合密封和風冷套的貼合保持在一個臨界狀態，使密封良好，同時摩擦力接近于零，使正向密封片使用壽命提高。

4 結 語

在近十幾年的純堿行業發展過程中，離心機、粉體流、帶濾機等新裝置的出現，都對純堿生產起到了極大的促進作用，作為國內純堿行業的技術人員，應勇于嘗試和探索，為中國純堿技術的提升積累經驗。以上技術在水泥行業的臥式回轉類石灰窯裝置上已經使用的非常成熟。純堿制造行業的蒸汽回轉類煅燒爐和臥式回轉類石灰窯結構相同，此密封裝置同樣有效。由于連云港堿廠實施搬遷發展，此改造項目擱置，本文將相關內容進行分析探討，希望得到同行專家的批評指正，特別對運行過程中有可能出現的新問題提出高貴的意見，以期未來使用能夠達到最好的密封狀態。