柔性密封在中速磨煤机下气封处的应用及效果分析

2021-02-04史振宇徐从余

科技创新与应用 2021年7期

史振宇，徐从余

（1.河北国华沧东发电有限责任公司，河北沧州 061000；2.马鞍山中力密封科技有限公司，安徽马鞍山 243000）

1 概述

由于制粉系统为正压系统，极容易造成泄漏，故用专门密封风机对磨煤机进行密封[1-2]。河北国华沧东发电有限责任公司2*600MW+2*660MW 机组，其制粉系统采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台电炉配6 台HP 型中速磨煤机和两台密封风机，密封风机作用于磨煤机的气封系统（见图1），磨煤机的气封系统主要分布在下气封装置处，弹簧加载装置处和磨辊装置密封处。本文主要对比了下气封装置处的密封形式，探讨了柔性密封对磨煤机气封性改善效果[3]。

2 磨煤机下气封的密封形式简介

磨煤机下气封装置布置在磨煤机一次风室下部，其结构主要由内气封环，下裙罩，缝隙气封片组等部件组成。磨煤机工作时热一次风（300℃）从一次风室通过并携带煤粉通往锅炉，设计上为防止热一次风从一次风室的下部（下气封处）外溢，在此处通入高于热一次风两千帕的密封风（冷风）并在下气封室内形成密封气环将热一次风密封在磨煤机内部防止外溢，同时一小部分密封风从下气封处外溢到周围环境中。磨煤机下气封处如果密封不良，会造成热一次风从一次风室外溢的环境中，一次风中一般含有少量灰尘同时温度较高（300℃左右），外溢的一次风会造成环境污染，同时热风会造成附近设备例如减速器推力瓦高温烧损导致磨煤机故障停运，使磨煤机的可靠性能降低。由此可见磨煤机下气封处密封的好坏对磨煤机安全运行有着直接的影响。

图1 磨煤机气封系统示意图

目前国内中速磨下气封处密封结构有三种主要形式[4-5]，如图2 所示。第一种为非接触式密封，该密封一般由3-4 道钢片（或是铜片）组成，每一道钢片之间用法兰压紧，利用钢片（铜片）与主轴中间形成微小的凹凸型迷宫结构，密封风在迷宫中受到一级一级的阻力，不至于快速泄漏。该密封优点是结构简单，维护工作量小，钢片和铜片满足现场高温介质要求。缺点是为有间隙密封，存在一定量的泄漏量，噪音大，尤其是当迷宫环发生变形时会产生气流的哨声。

碳晶浮动环式和石墨盘根式为接触式密封，其中碳晶浮动环式密封为在下架体上安装三道法兰，法兰内侧预留槽口，在槽口内安装碳晶环，碳晶环用弹簧抱紧在主轴上，碳晶环随主轴一起转动，利用密封风的压力，使碳晶环与法兰紧密结合达到密封的目的。该密封优点是碳晶环满足现场高温介质要求，在理想的状态下密封效果好，碳晶环耐磨损可长期使用。缺点是结构较复杂，如果有细小煤粒进入碳晶环缝隙容易把碳晶环卡死，造成碳晶环损坏，需要频繁更换碳晶条，也存在主轴磨损的风险。另一种石墨盘根密封是在动静部位制造一个盘根室，盘根安装后再用法兰压紧。该密封优点是石墨盘根满足现场高温介质要求，结构相对简单，由于盘根与主轴接触所以密封效果好。缺点是由于石墨盘根弹性补偿效果差，长期运行后盘根发生磨损会造成泄漏现象，需要频繁更换盘根，而且主轴在运转时会有小范围的跳动，以及密封室与主轴中心会有较小的偏差，加上盘根与主轴的接触面积小，以上长期运行都会导致“磨轴”现象。

图2 中速磨下气封处密封结构

3 新型的密封装置可行性分析

图3 柔性密封装置示意图

从以上主流的国内磨煤机下气封处的密封形式来看，各种形式各有各自的优缺点，能否采用一种新型的密封形式满足现场的实际需求，替代以上的密封形式。以下对柔性密封装置从理论上进行分析：柔性密封是采用高分子聚合橡胶材料根据现场实际情况制作的密封带，并配套设计上下钢制法兰用于现场安装固定，如图3 所示。

柔性密封本身材质为高分子聚合橡胶材料具有耐高温，耐磨损，高弹性，能自补偿的特性。磨煤机下气封处有密封风的作用最高在100℃左右，柔性密封本身的耐温性可承受200℃的介质，可满足温度要求的。此外，柔性密封具有较强的耐磨性，正常使用周期2-4 年，耐磨性完全高于石墨盘根满足现场实际需要。本身柔软性优于碳晶环且是一体结构无缝隙不会发生细小煤粒卡入造成损坏现象。具有高弹性和能自补偿的特性，在主轴转动过程中发生微小的跳动和偏心时，柔性密封自动补偿，不会产生缝隙泄漏。同时长期运行当密封材料被少量磨损后，能够自动收紧补偿。针对线型密封对主轴易产生“磨轴”现象，柔性密封断面采用大“E”型结构：大密封面的密封与磨煤机主轴形成了较大的面接触，同时在安装时和后期定期加注润滑脂减少了磨煤机主轴与密封材料的摩擦力，避免了长期运行“磨轴”现象的发生，如图4 所示。综上所述，从理论上来比较柔性密封满足在磨煤机下气封处的密封要求，而且其一些特殊的性能要优于其他的密封形式。