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1、密封篇水泥技术2000/增刊密封对烧成系统的影响及解决方案 高玉宗 在水泥生产过程中，窑头密封、窑尾密封和单冷机密封对烧成系统的影响大致体现在对产量、热耗、电耗、污染和工艺的稳定操作等方面。究竟有多大影响？如何解决这一问题？我们在理论研究及实验室实验的基础上，通过一百多家的各种回转窑、单冷机和烘干机上实际应用证明：这一问题不仅能解决，而且能解决得很好。1.烧成系统对密封的要求密封，不论是窑头密封、窑尾密封还是单冷机密封，在烧成系统中都起着连接上下级设备，即连接固定部件和回转部件之间的密封作用。烧成系统是热工环境。以窑尾为例不仅存在高温、高粉尘、负压工艺环境，窑尾端部同时存在回转、摆动、轴向窜动
2、等综合复杂运动，而且筒体存在椭圆、弯曲等变形，回转部件与固定部件间存在不断变化的径向、轴向和环向三维间隙。因此，在这种极其复杂的工艺条件下要求密封应具有如下特点：不漏风、不漏灰、不漏料、耐高温、耐磨损、长寿命、高可靠性、安装方便、免维护使用和低的综合使用成本。2.漏风和漏灰问题当两个部件尤其是有相对运动（如窜动、转动、摆动）的两个部件之间存在间隙、内外存在压差和温差时必然要漏风。漏风的多少与间隙、压差和温差大小成正比关系。窑尾处风与料是逆向运动，风中必定含有大量粉尘，窑尾处可达300 g/m3 （标）。当风从间隙漏出时必然携带出相应的粉尘，即为漏灰。当外部压力大于内部压力时会有冷风漏入，漏入的
3、冷风与高温热风混合被加热后迅速膨胀使内部压力增大，产生瞬间正压加剧了漏风和漏灰，产生恶性循环。压力的不稳定影响了系统正常稳定操作。复杂运动、间隙、温差和压差导致了漏风。漏风导致了漏灰。漏风又导致了增加热耗。漏灰导致了污染环境。当有冷风漏入后加大了废气量，减少了合理条件下的有用烟气通过量，漏风、漏灰和工艺操作的不稳定导致了产量减少和质量的下降。要解决漏灰必须解决漏风，必须解决间隙和压差的变化。表1 抄自某厂工艺参数序号项 目符号单位窑头窑尾高温风机入口备注1温度T100010303502比热kJ/ m3（标）.1.411.41361.3235以空气比热代替3工况压力PPa-50-300-7000
4、4标况理论烟气量Vm3（标）/Kg熟料0.3710.5271.775漏风系数%71006漏入冷风量Um3（标）/Kg熟料0.025970.052707粉尘含量kg/ m3（标）0.20.30.18标准大气压P0Pa103369当地气压PPa1020010当地气温t20比热=1.2963.漏料问题漏料、漏风和漏灰是完全不同的两回事。还以窑尾为例说明漏料的原理（图1）：（1）当窑尾预热器下料不均匀时，尤其是堵料或锁风阀失灵时物料会从入料舌头两侧冲出掉入密封内，漏到设备外部。事实上窑尾下料始终是不均匀的，因此入料舌头的设计比较关键，必须正确设计。（2）料从入料舌头溜入回转窑内时局部呈堆积突起状，当入
5、料舌头与筒体缩口之间的动态间隙不合理（较大或不均匀）时，在随筒体回转过程中必然有一部分料从间隙漏入回料勺。（3）漏入回料勺的料随窑的回转以一定的速度和角度抛出后落到入料舌头内，并且尽量落入舌头中心。这一过程与回料勺直径、转速、物料性质有关，与回料勺内隔板倾角、性状及大小有关；还与回料勺的回料能力有关。当回料能力小于从窑内漏出的物料时也同样漏料。并不是每个设计者都认真研究该抛物曲线，而是照抄照搬其它设计导致了设计的不合理，使得勺内的物料抛出后落到舌头外边。物料从舌头和回料勺漏到设备外部的过程叫漏料。要解决漏料必须设计好入料舌头、回料勺及窑尾缩口，处理好三者之间的关系。4.密封效果对烧成系统影响的
6、简单演示推算（仅供参考）（1）推算假设条件（抄自某厂工艺参数见表1）：（2）当漏入冷风后窑尾烟气温度将降低：T=57.1表2 水泥厂实际使用举例序号厂家山东鲁南哈尔滨辽宁源泉张家港金臣福建特水苏州金猫1窑形预分解窑预分解窑预热器窑预热器窑白水泥窑余热发电窑2数量，条2111163窑规格，m4603.2442.5402.5402.5503.6704704冷却机，m篦冷机篦冷机2.5252.5251.573.5362.8323365窑尾形式带分解炉及预热器带分解炉及预热器邗江型预热器邗江型预热器5级预热器余热发电6改前参数产量：83t/h风机风量：48万m3/h风机转速：890r/min电机功率：
7、1600KW开度：100%产量：42t/h风机风量：20万m3/h风机转速：1430r/min电机功率：710KW开度：90%10.511t/h12t/h33.2t/h经常结圈产量不稳定30t/h 22t/h窑头经常正压，漏风漏灰严重，工艺不稳定7第一步改造改造方案窑头窑尾密封和篦冷机改第三代充气梁窑头窑尾密封改造，预热器分解炉和篦冷机改造窑头窑尾密封和单冷机密封（其它未改动）窑头窑尾密封和单冷机密封（其它未改动）窑尾密封窑头密封改后参数产量：83t/h风机转速：780r/min产量：60t/h风机风量：20万m3/h风机转速：1430r/min电机功率：710KW开度：90%（风机未换）稳定
8、产量：13.5t/h最高产量：14t/h稳定产量：14t/h4.14.4t/h不结圈，产量稳定30t/h 22t/h窑头正压消失，不漏风不漏灰，工艺稳定8第二步改造改造方案预热器及分解炉改造改后参数产量：100t/h原风机没变转速：870r/min9改造时间2000年8月2002年6月2002年1月2001年12月2000年7月1998年1月10使用状况无维修，使用至今未坏11施工周期5到7天（3）假设冷风漏入后要确保窑尾烟气温度不变时将增加热耗：q=108.9 kJ/Kg熟料（4）假设工艺设备理论烟气通过量不变且与产量成正比，正常产量为：G，漏风引起的产量降低G=0.0805G或G/G=8.
9、05%（5）假设产量不变，废气增加量：Q=0.6462 m3/Kg熟料，高温风机增加电耗：N=0.16kWh/Kg熟料（6）假设正压时间占20%，漏风系数不变，漏出的粉尘占含尘的70%，则漏出的粉尘量：g=3。5.解决漏风的专利技术-复合式密封（1）原理：采用一种特殊的耐高温、抗磨损的半柔性新材料，复合成半柔性密闭的可以随窑的运动而变形的密封整体，它能很好地适应窑端部的椭圆变形及回转、摆动和窜动等形成的复杂运动。它一端固定在窑头罩或窑尾烟室上，另一端无间隙地张紧在回转筒体上，实现无间隙密封，确保了不漏风和不漏灰。合理设计的回料勺确保了不漏料。（2）实验室性能试验：耐磨性：将该耐磨材料张紧在直径
10、0.8m、以960r/min旋转的钢轮上连续运转了45天，磨损量最大处为1.6mm。按4m分解窑折算其磨损寿命大于4年。耐温：将该核心材料分若干组放在电炉里加热，最高可耐1350。（3）水泥厂实际使用举例（见表2）。6.几种常用的密封形式特点（见表3）表3 几种常用的密封形式特点序号特性迷宫弹簧压板气缸式鱼鳞片石墨块复合式1结构复杂程度简单复杂复杂简单复杂简单2重量轻重较重轻重轻3对耐火砖寿命影响小大较大小大小4安装及更换配件麻烦程度简单麻烦麻烦较简单最麻烦简单5维修频繁少一般频繁一般最频繁正常使用期无须维护6维修难易程度易难最难较容易较难7运转可靠性好一般不可靠一般差最好8一般失效寿命长一年
11、8个月9个月5个月4年9漏风系数，%201111910110漏风漏灰漏料严重较严重严重一般严重不漏11间隙控制无须较难较难较易难无间隙12密封效果最差较差差一般差最好13耐高温变形能力差最差较差差好14失效形式间隙大，不起密封作用弹簧失效，密封失效汽缸失效无法维修，密封失效鱼鳞片磨损，接触角度变化，产生轴向间隙石墨块磨损，上下间隙不均，调整失灵摩擦筒磨损，修补容易，费用低15平均使用成本低较高高较小高低16一次投资成本最低高高低较高高17对窑摆动的适应性好较差差好最差好7.结论（1）漏风的结果将导致窑尾烟气温度降低、产量降低、热耗增大、高温风机电耗增高、污染环境和工艺的不稳定操作。（2）复合密
12、封能很好地解决漏风引起的各种问题，而且寿命长，无需维修，运转可靠，密封效果好。载于第六届全国新型干法水泥生产技术交流会论文集密闭锁风对新型干法窑生产的影响及技术改进措施高玉宗，陈晓东（北京四方联科技有限责任公司，北京 100039）摘要：本文分析了漏风、漏灰、漏料形成的机理，用计算结果说明了对烧成系统产量、热耗、电耗和环境带来的不利影响，并从工艺设计、装备技术、安装和砌筑、生产操作等方面提出了技术改进措施。水泥生产中，几乎每一条新型干法窑生产线烧成系统中都存在着程度不等的漏风、漏灰、漏料现象。上述现象的存在，对系统的热耗、电耗、产质量、生产稳定运行、生产环境等方面均会带来负面影响。烧成系统中易
13、漏风、漏灰和漏料的部位有：窑头、窑尾和冷却机的密封，烧成系统的各种锁风卸料阀，检修门和各种设备开孔，设备或非标件之间的连接，焊缝等。因此应采用先进、可靠、有效的设备和技术措施来提高烧成系统的密闭锁风效果。1 漏风、漏灰、漏料现象形成的机理1.1 漏风和漏灰问题当两个部件尤其是有相对运动（如窜动、转动、摆动）的两个部件之间存在间隙、内外存在压差和温差时必然要漏入新鲜空气或漏出热烟气（简称“漏风”）。漏风的多少与间隙、压差和温差大小成正比关系。以窑尾为例，该处烟气与料是逆向运动，故烟气中必定含有大量粉尘，窑尾处含尘浓度可达300g/Nm3。当烟气从间隙漏出时必然携带出粉尘，即出现漏灰现象。当外部压力大于内部压力时会有冷风漏入，漏入的冷风与高温热烟气混合加热后迅速膨胀使内部压力增大，产生瞬间正压加剧了漏风和漏灰，产生恶性循环。2.2 漏料问题漏料和漏风、漏灰是完全不同的现象，还以窑尾为例说
