王二林,張愛東,曾 輝
（北京首鋼股份有限公司河北 064400）
[摘 要] 大型燒結機燒結礦鼓風冷卻常采用環冷工藝,傳統環冷機的原設計多采用橡膠密封，而橡膠密封件在受熱、老化后易破損和漏風。近幾年，燒結環冷機上出現了機械密封技術，與傳統的橡膠密封和改進的基于橡膠密封的機械密封相比，該技術具有密封效果好、余熱利用率高、設備運行更穩定的優點。因機械密封結構與傳統密封結構差異較大，將原有環冷機橡膠密封改為機械密封施工難度大，令大多數燒結企業望而卻步。本文重點對北京首鋼股份有限公司煉鐵作業部 415 m2 環冷機械密封改造實踐進行了闡述，并對改造后的效益進行了評估，為國內同行業類似改造提供了參考。
[關鍵詞] 燒結機；環冷機；漏風率；橡膠密封；機械密封
0 引言
2008 年首鋼總公司搬遷停產，北京首鋼股份有限公司在遷安市新建了 3 號高爐，為了保證燒結礦的配套供應，在遷安市新建了一臺 360 m2 燒結機及配套的 415 m2 環冷機，新建的 415 m2 環冷機采用了傳統的耐磨橡膠的密封方式。耐磨橡膠板雖然具有韌性，但由于其工作環境長期處在高溫、高粉塵和高腐蝕性條件下,密封板容易發生老化、變脆,從而失去了彈性。另外橡膠板在高溫下運行極易造成刮蹭,一旦密封板出現了刮蹭，就有可能造成環冷機高強度和大面積的漏風, 且由于漏風處的作業環境溫度高,在不停產的特殊情況下難以正常處理。
為了徹底解決 415 m2 環冷機老式密封裝置在生產運行中漏風嚴重的問題，本文對新建 415 m2 環冷機漏風原因進行了分析，結合燒結環冷機新型機械密封技術，根據現場調研情況，具體提出了不同漏風部位的改造措施，并對改造后的效益、效果進行了評估。
1 415 m2 環冷機漏風情況分析
經過 415 m2 環冷機漏風情況的現場調研，發現目前該設備漏風主要有以下三個點位：
1.1 動、靜密封處的漏風
傳統的環冷機密封主要是靠環冷機臺車與風箱之間安裝的固定式橡膠板。臺車下部安裝有分體式水平托板，該托板與環冷機臺車同步運轉。固定式橡膠板與臺車下部分體式水平托板進行緊密貼合實現密封。
傳統動靜密封主要結構如圖 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，橡膠板一旦出現撕刮就會出現大面積漏風，而且由于工作環境溫度較高，在不停產的情況下難以及時處理，從而影響環冷機效率發揮及余熱回收效率。
1.2 三角梁下軸端處的漏風
環冷機在曲軌卸料點翻車時，臺車體單側下沉與三角梁脫開，在卸料完成后臺車恢復原位。為了保證臺車回位后的密封，在每塊臺車與三角梁位置均設計有密封條。
由于環冷臺車在回位過程中受環冷機跑偏、框架變形、鉸支點軸承老化等因素影響，環冷機卸料前臺車與三角梁的位置關系與卸料后的位置關系會存在細微差別[1]。如果三角梁處密封條與臺車體間隙設計過小就會存在環冷機臺車回位過程中出現擠蹭，進而發生刮壞密封條的現象。
1.3 煙罩處漏風
環冷機上部煙罩部分在環冷機運行過程中是保持不動的。上部固定煙罩與下部臺車體之間為了保證在運行過程中不出現刮蹭的問題，需要在二者之間預留一部分間隙。但是在余熱在進行回收過程中，也會從該位置吸進部分冷空氣，冷空氣與回收的環冷機高溫煙氣發生混合，從而降低了回收煙氣的溫度，影響了余熱回收效率。
2 環冷機密封改造方案
綜上所述，確定 415 m2 環冷機主要漏風部位在風箱與臺車之間、三角梁處，臺車與上部煙罩之間。 針對環冷機漏風問題，制定如下改造方案：
2.1 針對原有動、靜橡膠密封處漏風
目前環冷機密封有一種新型機械密封系統，該系統具有漏風低、維護簡單等優點。其密封方案的結構為：在環冷機臺車下部密封鐵板上焊接新式動密封板，在安裝過程中要盡量保證該密封板的水平偏差；在環冷機臺車下部的靜止部分安裝機械補償式彈性靜密封裝置，靜密封裝置由石墨塊自潤滑密封板、用于側密封的不銹鋼板、限位裝置、彈性支撐機構等部分組成，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轉的動密封板緊密配合，從而保證其密封效果；同時在側面安裝的側密封板，保證其密封效果。該裝置結構見圖 2 所示。
由于該裝置采用金屬材質，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、靜部分不發生刮蹭的情況下，盡可能減小二者之間的間隙，從而減少了系統漏風。
2.2 針對三角梁處的漏風
該點位的漏風主要是由于環冷機臺車卸料與回位過程中與三角梁處密封條發生擠蹭，進而造成密封條破損造成的漏風。針對該問題，可采用金屬材質并具有彈性補償功能的密封形式。金屬材質可以保證該裝置結構穩定，不隨溫度變化發生形變，既保證了使用壽命，又方便安裝和維護；采用彈性補償的結構，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。
2.3 針對煙罩與臺車之間的漏風
對于煙罩與臺車之間的漏風，設計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。壓板按照環冷機運行方向，采用一層壓一層的結構進行密封，防止冷風的竄入。
3 改造質量控制要點
由于此次密封改造為在原有設備上進行，存在工期緊張和原有設備存在變形等問題，因而在改造過程中需對存在的困難進行充分論證，才能保證密封改造工程的順利推進以及改造后的密封效果。該密封改造過程中，應重點控制新型機械密封系統的安裝，即圖2 中新式動密封板與機械補償式靜密封的安裝。
3.1 新式動密封板安裝質量控制
按前文所述，新式動密封板與機械補償式靜密封板安裝過程中應保證盡量緊密貼合，從而達到較好的密封效果。因此在密封改造過程中要應盡量保證新式動密封板的水平度，保證其高度誤差能夠控制在±1 mm 以內。
由于環冷機經長期使用，臺車下部原有動密封板存在高低不平的問題，如果直接拆除舊密封板、安裝新式動密封板就會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原有密封板進行測量，并對測量結果進行對比分析，從而找出測量數據相對較好并在總體數據中占比較多的舊密封板作為基準，對其余偏差較大的點位進行調整，從而減少改造的工程量，達到縮短工期的目的。
在安裝新式動密封板的過程中，一方面要保證新式動密封板的水平度在±1 mm 以內，同時要保證接頭位置偏差＜0.5 mm，并按照環冷機運行方向對新式動密封板的端頭進行輕微打磨形成倒角，避免在運行過程中進行卡阻。
3.2 機械補償式靜密封安裝質量控制
當新式動密封板的標高確定后，機械補償式靜密封的標高也就確定了。在施工過程中，應保證其高度誤差在±1 mm 即可，同樣其接頭位置偏差應＜0.5 mm，并注意按照環冷機運行方向其端頭位置不能形成錯臺。
4 改造實踐與效果評價
煉鐵作業部結合 5 月 25～6 月 5 日 360 m2 燒結機大修，安排了 415 m2 環冷機密封改造工程，改造費用為包干價 90 萬元。改造后我們對密封改造效果進行了跟蹤：
4.1 改造前數據
對改造前 5 月份環冷機余熱鍋爐小時蒸汽產量進行統計，并取平均值。考慮停機因素（扣除小時流量為 0 時段的數據），共計統計 486 小時，5 月余熱鍋爐小時平均蒸汽產量約為 24 t/h。（數據來源崗位記錄）。其中當月燒結礦累計產量 237 252 t，作業率 77.76%，利用系數 1.14 t/m2·h。
4.2 改造后數據
對改造后 6 月份環冷機余熱鍋爐小時蒸汽產量進行統計，并取平均值。6 月余熱鍋爐小時平均蒸汽產量約為 31.90 t/h（數據來源崗位記錄）。其中截止到 6 月 26 日燒結礦累計產量 177 818 t，作業率78.22%，利用系數 1.02 t/m2·h 4.3 數據對比改造前后 5、6 月份燒結生產數據對比如表 1 所示。由表 1 可以看出，6 月份截止到 27 日，小時蒸汽產量比改造前的 5 月份提高了 7.9 t/h，提高了 32.92%。
4.4 效益測算
4.4.1 余熱蒸汽發電效益
415 m2 環冷機密封改造后，環冷余熱鍋爐小時蒸汽產量提升 7.9 t/h，按每噸蒸汽發電 150 kWh，電單價 0.533 kWh/元計算，由于本項目處于我國北方，在取暖期生產和生活蒸汽量增加，余熱蒸汽不能用于發電，故余熱鍋爐發電期按照全年 270 天測算，則增加余熱蒸汽發電效益如下：
7.9×24×150×0.533×270÷10 000=409.28 萬元
4.4.2 環冷鼓風機節電效益
原有 5 臺環冷鼓風機日常運轉 2、4、5 號。環冷鼓風機密封改造后漏風減少，冷卻效果提升，相應的環冷鼓風機運行負荷也會減少。改造前 2、4、5 號 環冷鼓風機小時平均電量（查詢小時電量歷史數據 并扣除檢修停機時間，即電量總和為 0 的時間段）為 880 kWh/h，改造后 降 到 438 kWh/h， 下 降 率50.22%。按照電費 0.533 kWh/元計算，年節電效益203.5 萬元。
綜上所述，則該項目總效益為 409.28+203.5= 612.78 萬元。
5 結語
目前鋼鐵行業降本增效壓力較大，燒結行業對于余熱回收利用需求也較為迫切，環冷機余熱回收利用已成為了燒結行業降本增效的一項重要內容。本文所述的首鋼遷安 415 m2 環冷機的密封改造方案，雖然在密封效果上與新型的機械密封環冷機還存在差距，但是與原橡膠密封效果比，其余熱回收效果增加明顯，小時蒸汽產量提高了 32.92%，環冷鼓風機電耗下降率 50.22%，全年可創造效益 612.78 萬元。此次 415 m2 環冷機的密封改造工程，具有改造成本低、工期短、見效快的優點，達到了預期效果，也給同行在選擇改造方案時提供了更多的選擇。
參考文獻
[1] 王二林,張愛東,劉建剛.燒結廠環冷機調偏方法[J].河北冶金,2013 (4):59
[2] 機械設備安裝工程手冊[M].冶金工業出版社,2004 : 746- P782
[3] 機械設備安裝工程施工及驗收通用規范[M]. 中華人民共和國住房和城鄉建設部,2009:68