煅烧炉炉头密封结构的分析与研究

杨 乐，孟庆华，曹 威

(1.江苏海洋大学，江苏 连云港 222000；2.连云港碱业有限公司，江苏 连云港 222042；3.钜力国际工程(南京)有限公司，江苏 南京 211113)

纯碱生产中，不论是氨碱法、联碱法还是天然碱法，都要用到轻灰回转类蒸汽煅烧炉进行湿重碱的烘干、脱水处理，在后续重灰生产的过程中，基本也用到重灰煅烧炉进行脱水处理。目前国内纯碱行业使用的回转类蒸汽煅烧炉，主要规格有φ1200、φ1800、φ2000、φ2500、φ3000、φ3200、φ3600，其中φ1200、φ1800、φ2000、φ2500蒸汽煅烧炉主要集中在中小纯碱生产厂，广泛地应用于早期建成投产的联碱厂。二十世纪八十年代，国内先后引进了日本、德国的φ3600、φ3000蒸汽煅烧炉，为我国纯碱大型化迈进第一步。我国煅烧炉相关的技术在几十年的发展过程中已经突飞猛进，正在不断完善并逐渐走向成熟。大连化机设备有限公司自行设计、制造了φ3600×40000蒸汽煅烧炉；我国自行研发设计的自身返碱蒸汽煅烧炉出口国外，占据了世界纯碱设备的重要位置。

但是煅烧炉炉头密封结构在这个发展过程中改进不大，虽然进行了各种尝试，炉头炉尾漏碱现象仍普遍存在，且炉头漏碱较为明显。本文主要分析探讨炉头密封结构和自动润滑系统的改进，希望能够对国内煅烧炉生产厂家和各纯碱生产企业起到促进作用。

1 煅烧炉炉头密封改造的必要性

煅烧炉在生产中要保证空气不能进入炉气系统，否则会造成炉气浓度和温度的下降，同时还要保证炉内的物料不从炉体内部漏出。国内目前使用的回转类蒸汽煅烧炉中，由于生产要求和设备结构的特点，煅烧炉的炉头、炉尾都配套密封装置，但是在密封的研发方面，一直是短板。各纯碱厂均使用的是传统的油泵+动静密封环的模式，密封结构主要由动静密封环、动静密封环底座、油脂泵、输油管等组成。采用油脂泵输送密封脂至动静密封环之间，形成油膜，阻止物料外泄和外部空气进入炉气系统，一个端面有4～8根输油管。煅烧炉密封传统的油脂密封动静环的结构，油脂消耗量较大，会产生大量的油碱混合物，造成环境污染，不符合目前环保生产的要求。这种结构设备费用较高，且维修更换较为困难。

图1 传统的密封油脂泵安装示意图

2 炉头密封改造的技术支持

水泥制造行业已在进行环保和节能减排方面改造，逐步实现了绿色工厂生产的要求。为水泥生产配套的设备加工企业正是在近二十年为水泥制造企业服务的过程中，积累大量宝贵的化工设备改造和节能环保治理方面的经验，特别在卧式回转类炉窑(与煅烧炉结构相同)窑头密封改造和驱动装置改造方面有着非常完善的案例，拥有发明专利“回转窑新型复合反向密封”，专利号：ZL201310111346.4；和实用新型专利“一种基于自助润滑的回转窑尾高温密封装置”，专利号：ZL201720380156.6。该新型密封所具有的特点：

1)密封效果佳，彻底解决漏风漏灰问题。

2)耐高温、耐磨损、使用寿命长。

3)结构简单，易于制造与维修。

4)适应筒体各方面的运动和变形。

5)节能降耗，减少污染物的排放。

该项技术目前在国内上百家企业成功使用多年，效果非常明显。

3 新式炉头密封结构技术分析

3.1 方案一：气室复合密封

3.1.1 密封结构

密封结构示意图见图2，主要由套筒、壳体、气密风管、密封片、石墨密封装置、密封套、排灰口和风量调节阀等组成。根据现场工况，上壳体上将制作排气孔，防止腔内压力过大，冷风涌入炉内。壳体上配有观察门，便于观察密封片、筒体等工况。新设计的回料装置自带螺旋叶片，不但可以阻击碱尘，同时也能够将其再一次带入炉内。

图2 气室复合密封结构

3.1.2 密封工作原理

含碱尘的气体在炉头正压的状态下经过密封套外圆向外喷射，首先会撞到密封套中螺旋叶片，至少90%物料由于撞击而失去动能，在重力和螺旋叶片的作用下，被送入炉内。剩下的10%碱尘料继续前进，吹向石墨密封装置，装置板的角度引导炉头内部气流及粉尘的流动方向，在螺旋叶片的导流下，带料的风在石墨块和螺旋叶片之间的空间形成一个涡流，物料连续撞击，纷纷失去动能，也在重力和螺旋叶片作用下，被送入炉内。极少碱尘能突破石墨密封装置，进入密封壳体内。气密风管将炉头冷风(或者热风)通过下壳体风管引入到密封空间。此密封空间连续进风，调节风量调节阀，使风压大于密封罩内风压。极少量的碱尘，跟随风流直接排入到排料阀内。对于炉头罩经常正压的情况，此种密封可以彻底解决喷料及漏气问题。

正向密封片与密封套之间的密封角度是通过流体力学分析计算、流体分析软件分析复核得出的合理角度，有利于密封片改变炉头内部流体以及粉尘流动方向，增强密封效果，避免密封片被碱尘气流直接冲刷，提高密封片的使用寿命。通过工程热力学分析，密封片选取合适的耐磨、耐热、高弹力的材料，保证密封效果和使用寿命。

迷宫密封主要是起到阻挡作用，阻挡高压气流直接冲击正向密封片，降低正向密封片部位的压力，提高密封片的密封效果和使用寿命。

壳体包含有下气密风管，将风引入到上部气密风管，气密风管中设有出风口，出风口的角度使用三维流体软件进行分析，得到最佳吹风角，使冷风到达炉头护板。气密风管与壳体同时起到密封片支撑、保压作用。密封套内螺旋叶片，一方面有效的阻击了碱尘物料，同时在重力的作用下将碱尘带入炉内。

3.2 方案二：新型正反向复合密封

3.2.1 密封工作原理

密封结构示意图见图3，主要由壳体、密封套筒、正向密封片、反向密封片、迷宫密封装置和灰斗等组成。

图3 正反向复合密封结构

这种密封装置在密封套内的工作原理与气室复合密封装置相同，不在累述。经过密封套后，极少碱尘能连续突破两道密封，进入正向密封内部。正向密封由上下两层耐热耐磨密封片以及中间一层碳硅铝纤维组成，其主要作用是相当于上了一道密封保险，彻底解决碱尘逃逸问题。

3.2.2 密封主要结构

由图3可见，密封的主要组成部分，包括迷宫密封、反向密封、密封套筒、钢丝绳配重、正向复合密封、正向密封锥体、反向密封锥体等，其中正向复合密封由上层密封片、下层密封片和中间一层碳硅铝纤维密封组成。

反向密封片与风冷套之间的工作原理与气室复合密封装置相同。

正向复合密封主要上层密封片、下层密封片和中间一层碳硅铝纤维密封组成。下层密封片主要起到耐磨、耐热作用，中间一层碳硅铝纤维密封主要起到密封气体作用，保证外部气体无法进入炉头内部，上层密封片起到保护碳硅铝纤维密封以及整个密封的作用。

密封套筒和壳体主要起到密封的作用，其结构也采用耐磨、耐热钢制作，密封套内螺旋叶片，一方面有效的阻击了碱尘物料，同时在重力的作用下将碱尘带入炉内。

钢丝绳配重主要提供正向复合密封的贴合力，使密封能完全贴合在风冷套上，安装后通过对配重块数量的调整，使正向复合密封和风冷套的贴合保持在一个临界状态，使密封良好，同时摩擦力接近于零，使正向密封片使用寿命提高。

4 结 语

在近十几年的纯碱行业发展过程中，离心机、粉体流、带滤机等新装置的出现，都对纯碱生产起到了极大的促进作用，作为国内纯碱行业的技术人员，应勇于尝试和探索，为中国纯碱技术的提升积累经验。以上技术在水泥行业的卧式回转类石灰窑装置上已经使用的非常成熟。纯碱制造行业的蒸汽回转类煅烧炉和卧式回转类石灰窑结构相同，此密封装置同样有效。由于连云港碱厂实施搬迁发展，此改造项目搁置，本文将相关内容进行分析探讨，希望得到同行专家的批评指正，特别对运行过程中有可能出现的新问题提出高贵的意见，以期未来使用能够达到最好的密封状态。