王二林,張愛東,曾 輝

（北京首鋼股份有限公司河北 064400）

[摘 要] 大型燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦鼓風(fēng)冷卻常采用環(huán)冷工藝,傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)的原設(shè)計(jì)多采用橡膠密封，而橡膠密封件在受熱、老化后易破損和漏風(fēng)。近幾年，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)上出現(xiàn)了機(jī)械密封技術(shù)，與傳統(tǒng)的橡膠密封和改進(jìn)的基于橡膠密封的機(jī)械密封相比，該技術(shù)具有密封效果好、余熱利用率高、設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)差異較大，將原有環(huán)冷機(jī)橡膠密封改為機(jī)械密封施工難度大，令大多數(shù)燒結(jié)企業(yè)望而卻步。本文重點(diǎn)對(duì)北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部 415 m² 環(huán)冷機(jī)械密封改造實(shí)踐進(jìn)行了闡述，并對(duì)改造后的效益進(jìn)行了評(píng)估，為國(guó)內(nèi)同行業(yè)類似改造提供了參考。

[關(guān)鍵詞] 燒結(jié)機(jī)；環(huán)冷機(jī)；漏風(fēng)率；橡膠密封；機(jī)械密封

0  引言

2008 年首鋼總公司搬遷停產(chǎn)，北京首鋼股份有限公司在遷安市新建了 3 號(hào)高爐，為了保證燒結(jié)礦的配套供應(yīng)，在遷安市新建了一臺(tái) 360 m² 燒結(jié)機(jī)及配套的 415 m² 環(huán)冷機(jī)，新建的 415 m² 環(huán)冷機(jī)采用了傳統(tǒng)的耐磨橡膠的密封方式。耐磨橡膠板雖然具有韌性，但由于其工作環(huán)境長(zhǎng)期處在高溫、高粉塵和高腐蝕性條件下,密封板容易發(fā)生老化、變脆,從而失去了彈性。另外橡膠板在高溫下運(yùn)行極易造成刮蹭,一旦密封板出現(xiàn)了刮蹭，就有可能造成環(huán)冷機(jī)高強(qiáng)度和大面積的漏風(fēng), 且由于漏風(fēng)處的作業(yè)環(huán)境溫度高,在不停產(chǎn)的特殊情況下難以正常處理。

為了徹底解決 415 m² 環(huán)冷機(jī)老式密封裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，本文對(duì)新建 415 m² 環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)原因進(jìn)行了分析，結(jié)合燒結(jié)環(huán)冷機(jī)新型機(jī)械密封技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況，具體提出了不同漏風(fēng)部位的改造措施，并對(duì)改造后的效益、效果進(jìn)行了評(píng)估。

1 415 m² 環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)情況分析

經(jīng)過 415 m² 環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)情況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前該設(shè)備漏風(fēng)主要有以下三個(gè)點(diǎn)位：

1.1 動(dòng)、靜密封處的漏風(fēng)

傳統(tǒng)的環(huán)冷機(jī)密封主要是靠環(huán)冷機(jī)臺(tái)車與風(fēng)箱之間安裝的固定式橡膠板。臺(tái)車下部安裝有分體式水平托板，該托板與環(huán)冷機(jī)臺(tái)車同步運(yùn)轉(zhuǎn)。固定式橡膠板與臺(tái)車下部分體式水平托板進(jìn)行緊密貼合實(shí)現(xiàn)密封。

傳統(tǒng)動(dòng)靜密封主要結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。這種貼合式靜密封的方式存在橡膠板受熱老化后，撕刮的問題，橡膠板一旦出現(xiàn)撕刮就會(huì)出現(xiàn)大面積漏風(fēng)，而且由于工作環(huán)境溫度較高，在不停產(chǎn)的情況下難以及時(shí)處理，從而影響環(huán)冷機(jī)效率發(fā)揮及余熱回收效率。

1.2 三角梁下軸端處的漏風(fēng)

環(huán)冷機(jī)在曲軌卸料點(diǎn)翻車時(shí)，臺(tái)車體單側(cè)下沉與三角梁脫開，在卸料完成后臺(tái)車恢復(fù)原位。為了保證臺(tái)車回位后的密封，在每塊臺(tái)車與三角梁位置均設(shè)計(jì)有密封條。

由于環(huán)冷臺(tái)車在回位過程中受環(huán)冷機(jī)跑偏、框架變形、鉸支點(diǎn)軸承老化等因素影響，環(huán)冷機(jī)卸料前臺(tái)車與三角梁的位置關(guān)系與卸料后的位置關(guān)系會(huì)存在細(xì)微差別^[1]。如果三角梁處密封條與臺(tái)車體間隙設(shè)計(jì)過小就會(huì)存在環(huán)冷機(jī)臺(tái)車回位過程中出現(xiàn)擠蹭，進(jìn)而發(fā)生刮壞密封條的現(xiàn)象。

1.3 煙罩處漏風(fēng)

環(huán)冷機(jī)上部煙罩部分在環(huán)冷機(jī)運(yùn)行過程中是保持不動(dòng)的。上部固定煙罩與下部臺(tái)車體之間為了保證在運(yùn)行過程中不出現(xiàn)刮蹭的問題，需要在二者之間預(yù)留一部分間隙。但是在余熱在進(jìn)行回收過程中，也會(huì)從該位置吸進(jìn)部分冷空氣，冷空氣與回收的環(huán)冷機(jī)高溫?zé)煔獍l(fā)生混合，從而降低了回收煙氣的溫度，影響了余熱回收效率。

2 環(huán)冷機(jī)密封改造方案

綜上所述，確定 415 m² 環(huán)冷機(jī)主要漏風(fēng)部位在風(fēng)箱與臺(tái)車之間、三角梁處，臺(tái)車與上部煙罩之間。

針對(duì)環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)問題，制定如下改造方案：

2.1 針對(duì)原有動(dòng)、靜橡膠密封處漏風(fēng)

目前環(huán)冷機(jī)密封有一種新型機(jī)械密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有漏風(fēng)低、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。其密封方案的結(jié)構(gòu)為：在環(huán)冷機(jī)臺(tái)車下部密封鐵板上焊接新式動(dòng)密封板，在安裝過程中要盡量保證該密封板的水平偏差；在環(huán)冷機(jī)臺(tái)車下部的靜止部分安裝機(jī)械補(bǔ)償式彈性靜密封裝置，靜密封裝置由石墨塊自潤(rùn)滑密封板、用于側(cè)密封的不銹鋼板、限位裝置、彈性支撐機(jī)構(gòu)等部分組成，該裝置可以保證通過彈簧使下部靜密封裝置盡量與上部運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)密封板緊密配合，從而保證其密封效果；同時(shí)在側(cè)面安裝的側(cè)密封板，保證其密封效果。該裝置結(jié)構(gòu)見圖 2 所示。由于該裝置采用金屬材質(zhì)，從而杜絕了原有橡膠密封存在的高溫工況下的老化、變形問題，并且可以通過提高安裝精度保證在動(dòng)、靜部分不發(fā)生刮蹭的情況下，盡可能減小二者之間的間隙，從而減少了系統(tǒng)漏風(fēng)。

2.2 針對(duì)三角梁處的漏風(fēng)

該點(diǎn)位的漏風(fēng)主要是由于環(huán)冷機(jī)臺(tái)車卸料與回位過程中與三角梁處密封條發(fā)生擠蹭，進(jìn)而造成密封條破損造成的漏風(fēng)。針對(duì)該問題，可采用金屬材質(zhì)并具有彈性補(bǔ)償功能的密封形式。金屬材質(zhì)可以保證該裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不隨溫度變化發(fā)生形變，既保證了使用壽命，又方便安裝和維護(hù)；采用彈性補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，可保證卸料靈活以及回位后的密封效果。使用該方案可解決三角梁處的漏風(fēng)。

2.3 針對(duì)煙罩與臺(tái)車之間的漏風(fēng)

對(duì)于煙罩與臺(tái)車之間的漏風(fēng)，設(shè)計(jì)了一種帶有韌性和彈性的魚鱗式密封板，密封板選用有彈性的鋼壓板。壓板按照環(huán)冷機(jī)運(yùn)行方向，采用一層壓一層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，防止冷風(fēng)的竄入。

3 改造質(zhì)量控制要點(diǎn)

由于此次密封改造為在原有設(shè)備上進(jìn)行，存在工期緊張和原有設(shè)備存在變形等問題，因而在改造過程中需對(duì)存在的困難進(jìn)行充分論證，才能保證密封改造工程的順利推進(jìn)以及改造后的密封效果。該密封改造過程中，應(yīng)重點(diǎn)控制新型機(jī)械密封系統(tǒng)的安裝，即圖2 中新式動(dòng)密封板與機(jī)械補(bǔ)償式靜密封的安裝。

3.1 新式動(dòng)密封板安裝質(zhì)量控制

按前文所述，新式動(dòng)密封板與機(jī)械補(bǔ)償式靜密封板安裝過程中應(yīng)保證盡量緊密貼合，從而達(dá)到較好的密封效果。因此在密封改造過程中要應(yīng)盡量保證新式動(dòng)密封板的水平度，保證其高度誤差能夠控制在±1 mm 以內(nèi)。

由于環(huán)冷機(jī)經(jīng)長(zhǎng)期使用，臺(tái)車下部原有動(dòng)密封板存在高低不平的問題，如果直接拆除舊密封板、安裝新式動(dòng)密封板就會(huì)存在高度誤差超差的問題。考慮到縮短改造工期，減小改造工程量，因此需要在施工前先對(duì)原有密封板進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而找出測(cè)量數(shù)據(jù)相對(duì)較好并在總體數(shù)據(jù)中占比較多的舊密封板作為基準(zhǔn)，對(duì)其余偏差較大的點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整，從而減少改造的工程量，達(dá)到縮短工期的目的。

在安裝新式動(dòng)密封板的過程中，一方面要保證新式動(dòng)密封板的水平度在±1 mm 以內(nèi)，同時(shí)要保證接頭位置偏差＜0.5 mm，并按照環(huán)冷機(jī)運(yùn)行方向?qū)π率絼?dòng)密封板的端頭進(jìn)行輕微打磨形成倒角，避免在運(yùn)行過程中進(jìn)行卡阻。

3.2 機(jī)械補(bǔ)償式靜密封安裝質(zhì)量控制

當(dāng)新式動(dòng)密封板的標(biāo)高確定后，機(jī)械補(bǔ)償式靜密封的標(biāo)高也就確定了。在施工過程中，應(yīng)保證其高度誤差在±1 mm 即可，同樣其接頭位置偏差應(yīng)＜0.5 mm，并注意按照環(huán)冷機(jī)運(yùn)行方向其端頭位置不能形成錯(cuò)臺(tái)。

4 改造實(shí)踐與效果評(píng)價(jià)

煉鐵作業(yè)部結(jié)合 5 月 25～6 月 5 日 360 m² 燒結(jié)機(jī)大修，安排了 415 m² 環(huán)冷機(jī)密封改造工程，改造費(fèi)用為包干價(jià) 90 萬元。改造后我們對(duì)密封改造效果進(jìn)行了跟蹤：

4.1 改造前數(shù)據(jù)

對(duì)改造前 5 月份環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐小時(shí)蒸汽產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并取平均值。考慮停機(jī)因素（扣除小時(shí)流量為 0 時(shí)段的數(shù)據(jù)），共計(jì)統(tǒng)計(jì) 486 小時(shí)，5 月余熱鍋爐小時(shí)平均蒸汽產(chǎn)量約為 24 t/h。（數(shù)據(jù)來源崗位記錄）。其中當(dāng)月燒結(jié)礦累計(jì)產(chǎn)量 237 252 t，作業(yè)率 77.76%，利用系數(shù) 1.14 t/m²·h。

4.2 改造后數(shù)據(jù)

對(duì)改造后 6 月份環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐小時(shí)蒸汽產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并取平均值。6 月余熱鍋爐小時(shí)平均蒸汽產(chǎn)量約為 31.90 t/h（數(shù)據(jù)來源崗位記錄）。其中截止到 6 月 26 日燒結(jié)礦累計(jì)產(chǎn)量 177 818 t，作業(yè)率78.22%，利用系數(shù) 1.02 t/m²·h。

 4.3 數(shù)據(jù)對(duì)比

改造前后 5、6 月份燒結(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比如表 1 所示。由表 1 可以看出，6 月份截止到 27 日，小時(shí)蒸汽產(chǎn)量比改造前的 5 月份提高了 7.9 t/h，提高了 32.92%。

4.4 效益測(cè)算

4.4.1 余熱蒸汽發(fā)電效益

415 m² 環(huán)冷機(jī)密封改造后，環(huán)冷余熱鍋爐小時(shí)蒸汽產(chǎn)量提升 7.9 t/h，按每噸蒸汽發(fā)電 150 kWh，電單價(jià) 0.533 kWh/元計(jì)算，由于本項(xiàng)目處于我國(guó)北方，在取暖期生產(chǎn)和生活蒸汽量增加，余熱蒸汽不能用于發(fā)電，故余熱鍋爐發(fā)電期按照全年 270 天測(cè)算，則增加余熱蒸汽發(fā)電效益如下：

7.9×24×150×0.533×270÷10 000=409.28 萬元

4.4.2 環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電效益

原有 5 臺(tái)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)日常運(yùn)轉(zhuǎn) 2、4、5 號(hào)。環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)密封改造后漏風(fēng)減少，冷卻效果提升，相應(yīng)的環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷也會(huì)減少。改造前 2、4、5 號(hào)環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)小時(shí)平均電量（查詢小時(shí)電量歷史數(shù)據(jù)并扣除檢修停機(jī)時(shí)間，即電量總和為 0 的時(shí)間段）為 880 kWh/h，改造后 降 到 438 kWh/h， 下 降 率50.22%。按照電費(fèi) 0.533 kWh/元計(jì)算，年節(jié)電效益203.5 萬元。

綜上所述，則該項(xiàng)目總效益為 409.28+203.5= 612.78 萬元。

5 結(jié)語

目前鋼鐵行業(yè)降本增效壓力較大，燒結(jié)行業(yè)對(duì)于余熱回收利用需求也較為迫切，環(huán)冷機(jī)余熱回收利用已成為了燒結(jié)行業(yè)降本增效的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文所述的首鋼遷安 415 m² 環(huán)冷機(jī)的密封改造方案，雖然在密封效果上與新型的機(jī)械密封環(huán)冷機(jī)還存在差距，但是與原橡膠密封效果比，其余熱回收效果增加明顯，小時(shí)蒸汽產(chǎn)量提高了 32.92%，環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)電耗下降率 50.22%，全年可創(chuàng)造效益 612.78 萬元。

此次 415 m² 環(huán)冷機(jī)的密封改造工程，具有改造成本低、工期短、見效快的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期效果，也給同行在選擇改造方案時(shí)提供了更多的選擇。

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