回转窑窑头密封的优化及应用

杨广建,姚 琴,彭忠耀,毛 文

（1.葛洲坝荆门水泥有限公司，湖北 荆门 448155；2.葛洲坝石门特种水泥有限公司，湖南 石门 415302）

0 引言

我公司有一条4800t/d水泥熟料生产线，配套Φ4.8m×74m回转窑一台，功率630kW。回转窑作为热工设备，窑头窑尾的密封效果关系到风、料、煤的配合及熟料的煅烧质量。原窑头密封为单向鱼鳞片式设计，经过8年多的使用，冷风套、窑口部分筒体高温、风刷磨损变形，密封效果差，热量损失严重，窑头飞砂造成轮带垫板及托轮不正常磨损加剧，急需优化改造，以保证密封效果。我公司对窑头密封进行优化并应用，经过一段时间使用，效果良好。本文对本次优化进行简单总结，以供参考。

1 回转窑实际现状及原因分析

窑头密封效果差，热量损失严重，影响入窑二次风温，煤耗、高温风机电耗高。窑头飞砂情况严重，污染大，影响现场环境卫生，增加工人劳动强度。窑头飞砂造成三档托轮及轮带垫板非正常磨损加剧，缩短使用寿命，增加备件消耗及维修成本。窑头在正常情况下应为微负压，密封性能如果不好，外部冷空气易进入窑头内，使窑内的物料量、燃烧量和空气量的比例关系破坏，减少了由冷却机入窑的二次风量，降低了二次风风温，热耗增大，增加熟料生产煤耗。分析原因如下：

（1）操作原因：①中控操作预见性不足，系统稳定性差，头煤使用波动较大，计量精度偏低；②篦冷机操作不稳定，窑内二次风、篦冷机冷却风、余风不平衡，窑头经常出现正压；③风、煤、料、窑速不相匹配，烧成温度控制力不够，物料受热不均匀。

（2）设计原因：原窑头密封为单向鱼鳞片式设计，结构简单，不能满足长期高温环境使用。

（3）工况原因：热工设备，熟料煅烧温度要求较高，冷风套、窑口部分筒体高温、风刷磨损变形，导致单向鱼鳞片式密封效果差，影响回转窑运转率。

2 优化措施

（1）优化回转窑操作。①减小原材料成分波动，控制化验室配比调整幅度，加强中控操作预见性，提高系统稳定性，控制头煤使用波动，提高计量精度；温度下料量的波动，保证生料均化程度，控制入窑成分波动；②稳定篦冷机操作，控制窑内二次风、篦冷机冷却风、余风平衡，一般情况下使窑头负压保持在-20至-100 Pa的范围内，避免窑头密封不好出现窑头飞砂，决不允许窑头出现正压；③合理操作中风、煤、料、窑速匹配，控制烧成温度狭窄（以升重为基准），使物料受热均匀。

（2）更换窑口筒体，解决窑口变形，保证筒体正常工作下在窑头罩伸出合适的距离（见图1）。

图1 更换窑口筒体

正常情况下卸出熟料时的筒体处于热态，窑筒体因为膨胀而使卸料口向冷却机延伸，这个时候的熟料轴向落料点应在第一排活动纵向1/2处；横向落料点一般与篦冷机中心重合偏离回转窑中心线700～900 mm。

（3）更换窑头密封。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，得出的合理密封角度，有利于密封片改变窑头内部流体及粉尘流动方向，提高密封效果，避免密封片被窑头内部粉尘气流直接冲刷，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，保证密封片的密封效果和使用寿命。

迷宫密封主要是起到阻挡高压气流作用，阻挡高压气流直接冲击反向密封片，降低反向密封片部位的压力，提高密封片的密封效果和使用寿命。密封结构见图2，主要有集灰罩一，集灰罩二，密封环，正向密封，反向密封，冷风套，冷风套固定装置，灰斗等组成。

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窑头内部，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。风冷套和锥体主要起到密封壳体的作用，其结构也采用耐磨、耐热钢制作，风冷套内圆面焊接一圈Z字型散热片，在外部有风机吹入冷风冷却，保护窑头不受高温损坏。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。

图2 密封结构示意图

3 结语

经过一段时间的使用，窑头基本不再漏料。高温风机负荷减小，频率由原来42～44 Hz降到38～400Hz，平均约节电200kWh/h。窑头飞砂情况改善明显，大幅减少热量损失，二次风温均值由101000℃上升至10150℃，平均约节煤0.3 t/h。窑头密封优化应用后，合计节约成本160万元/年，回转窑运转率与往年同期相比提高约2%，效果显著。