烧结环冷机柔磁性密封技术及其在凌钢的应用实践

董建君1，朱兴益2，高彦3

(1唐山科技职业技术学院，河北唐山063001；2．凌源钢铁公司炼铁厂，辽宁凌源122500；3．秦皇岛新特科技有限公司，河北秦皇岛066000)

摘 要：为解决烧结环冷机的漏风问题，提高余热利用效率，凌钢1#、2#环冷机采用了柔磁性密封技术。结果表明：冷却机漏风率降低25％以上，烧结矿冷却效果明显改善，余热回收废气温度升高80℃左右，发电效率提高15％以上，年创效益1800多万元，使烧结余热发电水平又上了一个新台阶。

关 键 词：环冷机；柔磁性密封；漏风治理

1 前言

余热利用是烧结节能的重要方面，目前国内很多烧结厂都建设了余热发电系统。本来，余热发电是一项成熟技术，但实际应用中却出现了投资大、效率低的现象。究其原因，主要有两方面：一是废气没有很好地循环利用；二是系统漏风造成冷却机外排废气温度低，难于回收，余热利用效率低。

环冷机柔磁性密封就是为解决环冷机漏风而开发的一项新技术，其独特的密封方式可大幅度降低漏风、现场粉尘及噪音，提高余热发电效率。

2 环冷机柔磁性密封技术

2．1 环冷机漏风的主要原因

经现场分析，环冷机漏风主要有以下四个方面的原因。

2．1．1 底部漏风

现有的鼓风式环冷机底部密封基本上都是采用橡胶密封，橡胶板多采用耐磨橡胶，具有一定硬度和弹性。由于鼓风环冷机长期在高温、高粉尘环境下运行，密封板磨损较严重；其次，橡胶板有一定硬度，当其与台车梁底部或块料碰撞时易发生折断，从而导致漏风。

2．1．2 栏板漏风

由于冷却机工作环境恶劣，台车栏板会产生不同程度的变形，形成缝隙，造成漏风。

2．1．3 横梁漏风

卸料后及平时运动过程中，台车轮上的横梁与密封胶板接触不良，造成漏风，即三角梁处漏风。

2．1．4 烟罩漏风

为防止运动的台车拦板碰撞烟罩，拦板与烟罩之间留有一定的间隙，从冷却机环型截面上来看，烟罩边沿距烧结矿也有一定的距离，当余热系统的引风机通过烟罩抽取烧结矿的热量时，大量的冷风就会从间隙处进入，影响烟气温度，降低发电量。

2．2 环冷机柔磁性密封技术

以上几处漏风中，第一、三、四项比较严重，．这也是所有环冷机遇到的共同问题，第三项由于涉及结构件变形和安装等因素，漏风或多或少。所以，治理环冷机漏风必须从这几个方面入手。

2．2．1 环冷机底部柔磁性密封

底部柔磁性密封包括：底部弹性密封装置、底部柔磁性钢刷密封装置和内部柔性钢刷密封等几个部分，参见图1。

工作过程中，固定在冷却机上的底部弹性密封装置与底部柔磁性钢刷密封装置紧密接触。设备安装后，在磁性物质上撒上精矿粉，柔磁层起密封作用。柔磁层外面为弹性钢刷，一者可以起到密封作用，二者阻止铁精粉透过。考虑到环冷机台车可能出现跑偏、变形等情况，两个部分(底部弹性密封装置和底部柔磁性钢刷密封装置)具有一定宽度，防止接触面漏风。改进后的磁性密封如图2所示。

2．2．2 台车横梁密封

车轮与横梁经过V字型卸料沟后，横梁逐渐接近台车体，为防止块料卡在中间，横梁与台车体之间有一定的间隙，间隙用钢刷式密封代替原橡胶密封。该结构采用密集的耐温耐磨钢刷制作，外面带有磁性物质，生产运行中，钢刷吸附铁粉粒呈圆束状在外层更好地进行密封，见图3。

2．2．3 烟罩密封

烟罩两侧密封是现有环冷机都存在的问题，目前解决的方法有：采用耐热输送带或石棉布制作密封件，使之接触台车拦板。但耐热输送带经常会出现烧毁现象，石棉布虽然耐高温效果较好，但使用一段时间后，老化断裂现象极为严重。

针对以上问题，我们设计了一种带有韧性和弹性的高温钢刷密封体，安装在烟罩两侧，高温钢刷与台车拦板接触，防止冷风窜入。而冷却机环型截面采取铰链式密封板配合高温钢刷的烟气隔板，当有小块烧结矿时，可从钢刷中穿过，当有大块烧结矿时，铰链式密封板抬起，以避免卡阻和损坏(参见图4)。

3 在凌源钢铁公司的应用

3．1 凌钢环冷机的余热利用历程

2008年凌源钢铁公司新建一台240m2烧结机(1#机)，配套280m2环冷机，采用传统橡胶密封。环冷机一段高温废气用于余热锅炉生产蒸汽，二冷段废气用于热风烧结，三冷段废气冬季用于解冻库，夏季放散。生产初期，用于余热锅炉的热废气温度能够达到350℃，但随着环冷机密封装置的破损，废气温度下降，平均只有280℃左右，锅炉产汽量从设计的15t／h下降到7t／h。

2011年，为更好地落实国家节能减排政策，淘汰原52m2烧结机，新建一台180m2烧结机(2#机)，配套235m2环冷机。通过考察济钢等兄弟厂家烧结余热发电的经验，决定改变环冷机废气的使用方案，将一冷段高温废气用于锅炉发电，二冷段和三冷段废气利用同1#机。烧结机密封采用柔磁性密封技术。

2012年，考虑到2#单台环冷机产生的废气用于发电并不十分经济，通过认证，决定将1#环冷机的一段高温废气用于发电，拆除原来的蒸汽锅炉改为发电锅炉，改造于2012年年底竣工。两台烧结机共用一台发电机组，设计小时发电量为9000kWh。

2013年3月底完成1号环冷机新型密封技术改造施工。

3．2 存在的问题

现场考察国内多家烧结厂，发现余热回收项目设计的发电量与实际发电量有很大差异，最大相差在60％以上。经过咨询、调查发现，影响发电量的最大原因就是环冷机一冷段的废气温度。发电锅炉对废气温度的要求是300℃以上，平均350℃。风的利用不合理，会降低烟气温度，影响发电效率。

2011年，采用新密封技术的2#烧结机投产后，余热发电锅炉随之投入使用。由于1#、2#烧结机共用一个发电机组，2#烧结环冷机烟气温度符合标准，而1#环冷机烟温偏低，导致发电机组不能满负荷运行，小时发电量只有5500kWh，远低于设计水平。对比两台环冷机的烟气温度，在相同工艺条件下，2#环冷机烟温较1#机高出80～100℃，平均在380℃左右。究其原因，1#机余热发电锅炉入口烟气温度低，乃环冷机漏风所致。

1#环冷机投产初期，运转基本良好，但随着时间推移，冷却效果越来越差，以致于不能满足工艺要求。经分析发现，问题的直接根源就在于环冷机密封系统的脆弱性，密封方式不力，有害漏风严重。虽经多方改造和采取强化措施，均未取得根本性突破，“跑红矿”现象时有发生，致使皮带被烧、电耗居高不下、密封皮更换频繁，给生产带来了诸多连锁性危害。而且，漏风处窜出的含尘气体还造成环境污染。

基于上述状况以及对提高锅炉入口烟气温度的迫切要求，决定对1#环冷机密封进行改造。

3．3 环冷机漏风治理

鉴于2#环冷机使用新特公司的柔磁性密封技术取得了很好的效果，因此，决定在1#机上也采用该技术。改造要点是在环冷机回转体与风箱之间、台车栏板(回转体)与烟罩之间、三角梁与回转体之间、台车栏板之间等主要漏风点采用柔磁性钢刷式密封。改造于2013年1。烧结机年修期间进行，从3月10日开始，3月29日结束。

1#烧结机年修后，环冷机密封效果便显现出来。从几个月的运行情况来看，漏风率明显降低，余热发电锅炉入口烟气温度显著提高，发电量大幅度上升，见表1。目前，小时发电量稳定在8500kWh，较原来提高了近3000kWh。

由表1可知：

(1)1#环冷机在使用柔磁性钢刷式密封后，密封稳定性明显提高，无需频繁更换密封材料，维修费用及工作量大大减少。

(2)漏风量减少25％以上，因而通过漏风处散发的粉尘含量也得到了有效控制，环冷机周围环境大大改观，烧结矿冷却效果也非常理想。

(3)环冷机余热废气温度提高近80℃，余热锅炉的产汽量、产汽压力均有大幅度提高，锅炉作业率提高近2．5倍。

3．4 经济效益分析

环冷密封改造前(2013年1月、2月)及改造后(4月)的实际吨矿发电量列于表2。

据相关资料介绍，目前国内已投产的烧结余热发电系统平均吨矿发电量为6～13kWh，凌钢已达到较好水平。

从投入产出的角度分析，此次改造取得了如下效益：

(1)目前1#烧结余热发电系统环冷机风机装机功率为4×710kW(280m2环冷机)，通过实施各项漏风治理技术，冷却机漏风率降低25％以上(这从汽轮发电机作业率就可看出)，可减少环冷鼓风机开机数一台，280m2环冷机每天节约用电量为：710×24=17040kWh／d，按电价0．60元／kWh、设备作业率97％计算，每年节约电费约为：17040×365×0．6×0．97≈3620000元。

(2)烧结矿冷却效果提高，下游皮带寿命延长。240m2烧结机成1、成3皮带设计寿命为3个月(实际仅为2个月)，环冷密封改造后，烧结矿冷却效果改善，皮带使用寿命可提高至4个月以上，按每条皮带20万元计算，每年至少节约成本100万元以上。

(3)原橡胶密封每月需停机更换一次，人工及材料费用高，新密封系统能耐700℃高温，寿命长达2年以上，减少了更换密封板的次数，提高了系统作业率，也节约了维修和备件费用。按寿命一年计算，采用新型密封后，可节约维修和备件费用50万元。

(4)随着漏风率的大幅度降低，余热回收废气温度升高80℃左右，发电效率提高15％以上，按1#环冷机密封改造前后吨矿发电量增加约9kWh／t，280m2环冷机年处理烧结矿250万t计，年增加发电效益：9kWh／t×0．60元×250万t≈1350万元

上述几项合计，年效益约为：362+100+50+1350=1862万元。280m2环冷机密封改造费用按400万元计算，回收期为400万元÷1862万元×12个月≈2．57个月。

4 结束语

烧结环冷机柔磁性密封技术突破了传统的环冷机漏风治理思路，实践证明是行之有效的，它不但解决了现场的漏风、粉尘、热污染等问题，而且减少了设备维护量，提高了余热发电效率，减少了冷却风机开启台数，具有节能、环保、改善现场环境等多重效果，效益显著。