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ZGM133N型中速輥式磨煤機機座密封改造實踐
2024-07-29
李智勇 王強
（昆鋼煉鐵廠）
摘 要：昆鋼安寧基地煉鐵廠噴煤工序煤粉制備系統使用的是北京電力設備總廠2011年生產的ZGM133N型中速輥式磨煤機，投運前期設備運行一直很穩定，隨著磨煤機累計運行時間的增加、原料條件的惡化、提高臺時產量的需求,磨機傳動盤與機座密封環部位頻繁發生漏風、漏煤的情況,甚至出現局部擦碰冒火花和傳動盤抱死的現象，因點巡檢發現及時緊急停機，未釀成事故；但問題的出現已嚴重影響磨煤機的安全運行和制粉系統的生產安全。通過對磨煤機機座密封環的結構進行改造，在部分保留原迷宮密封的基礎上增加了一定厚度的軟密封。通過改造有效解決了傳動盤與機座密封環頻繁泄漏和擦碰等問題,不僅降低了維護費用,還提高了維護效率，提高了磨煤機安全運行的穩定性,極大保證了制粉系統生產的工藝安全。
關鍵詞：ZGM133N中速輥式磨煤機；制粉系統；機座密封；迷宮密封；氧含量
1 設備概況
安寧基地煉鐵廠噴煤制粉系統現有兩臺中速磨煤機，ZGM133N型和ZGM133G型各一臺，均由北京電力設備總廠生產。ZGM133N型磨機2012年投運，ZGM133G型2020年投運；年總制粉能力66萬噸，其中ZGM133N型磨機年制粉能力32萬噸，無備機。中速磨煤機對煤質要求高，不適宜磨硬質煤，要求煤中無雜物、鐵器等。適宜磨制無煙煤、瘦煤、煙煤、少量褐煤。
2 存在的問題
煉鐵廠噴吹煤來源十分復雜，質量優劣不一，受煤種多、煤質雜、可磨性低、水份重，加之前期多為汽車運輸和混配煤，導致煤中雜物異物多，又無有效的分揀設備，堆存場地小、無充分的晾曬風干時間等因素影響，磨煤機產能亦受到嚴重制約。2020年以前單臺磨機保高爐生產期間，經常出現制粉量趕不上噴煤量，生產壓力大，導致趕產量的情況，設備磨損加劇，維護時間不足；工藝參數把控不到位，運行時間的增加；加之原料條件的惡化、提高臺時產量的需求等因素疊加,導致磨機機座密封環與傳動盤部位頻繁出現漏風、后期進一步出現漏煤的情況，有時甚至出現密封環邊緣與傳動盤擦碰局部發紅冒火星的現象。因噴煤制粉系統屬負壓運行系統，密封環處漏風會抽入大量空氣進系統，導致系統氧含量升高，如遇火花抽入系統，則無異于給系統埋下了不定時炸彈，隱患巨大。
3 磨煤機傳動盤密封故障原因分析
3.1 磨煤機機座密封環構造
ZGM133N型磨煤機傳動盤密封是依靠機座密封環內圈上依次排列均勻分布呈鋸齒形結構的環行密封齒來實現的，屬于迷宮式密封。生產運行過程中，傳動盤處于旋轉運動狀態，機座密封環與磨機機座固定在一起呈靜止狀態。整個機座密封環外徑Φ2447mm、內徑Φ2223±0.14mm、厚度110mm（結構如圖一）,在沿機座密封環的軸線上分布著呈鋸齒形結構的16條齒槽。機座密封環與傳動盤外壁的設計安裝間隙為0.5±0.2mm，過大失去密封作用、過小會導致傳動盤在旋轉過程中與機座密封環擦碰。
圖一 密封環設計圖
3.2 原因分析
磨煤機傳動盤密封環初期泄漏時，只是輕微漏風并伴隨有氣流的嘯叫聲，慢慢開始出現粉末狀煤粉溢出，最終發展到小顆粒煤粒、礦粒直徑≤2mm及火星從傳動盤部位冒出。通過對傳動盤和機座密封環結構及運行情況進行分析，判斷磨煤機傳動盤機座密封環出現泄漏、擦碰、卡阻抱死主要有以下原因：
3.2.1 傳動盤與擋渣環間的密封型式存在設計缺陷
磨煤機在機座內側與傳動盤中部間設有擋渣環，擋渣環是阻擋顆粒石子煤進入機座密封環的第一道防線。穿過擋渣環后，顆粒石子煤已無向外排出的通道，不可避免的會在機座密封室內形成堆積。
擋渣環與傳動盤中部密封止口設計安裝間隙2±0.5mm，擋渣環高度350mm、厚度16mm,，傳動盤中部密封止口圓周直徑φ2610±1.0mm。擋渣環與傳動盤中部密封止口間隙在設計和理論上是能夠保證的，但實際生產中擋渣環與傳動盤密封止口之間的間隙隨著運行時間的增加、卡塞石子煤的原因間隙會越變越大，不能有效阻止顆粒石子煤通過，通過擋渣環的顆粒石子煤尺寸越來越大。還形成惡性循環，劣化加劇。
圖二 磨煤機機座結構圖
3.2.2 磨煤機機座密封環與傳動盤間隙過小
磨煤機機座密封環與傳動盤的設計 安裝間隙為0.5±0.2mm，傳動盤最小處圓周直徑Φ2222mm、機座密封環圓周直徑Φ2223±0.14mm（如圖二）；磨煤機機座密封環與傳動盤間隙在理論上是能夠保證的，但這兩個工件因單體尺寸大，在加工、運輸、安裝中都不可避免的會出現偏差、變形，設計配合間隙又過小。磨煤機機座密封環與傳動盤的同心度在實際裝配中也是很難控制的參數之一，不同心兩者不可避免的會 擦碰。加之為磨制合格的煤粉，磨煤機運行工況下一次風室溫度基本穩定在300℃左右，機座密封環工作溫度長年在160℃左右，由于熱輻射的原因傳動盤工作溫度也能達到70～80℃，考慮金屬膨脹系數的原因，密封間隙進一步縮小。
3.2.3 煤種多煤質差
由于噴吹煤價格的不斷攀升和追求噴吹經濟效益最大化，不得不尋找質優價廉的煤種部分替代噴吹煤，造成近年來噴吹煤煤質不斷下降。煤種多煤質差、可磨性指數低。磨煤機在運行過程中，排渣量明顯增加。由于一次風室空間有限，如果排渣不及時，煤渣堆積后不可避免的會穿過擋渣環進入機座密封環與傳動盤之間的間隙，密封風室內煤渣堆積到一定程度，最終造成密封環破壞，傳動盤卡塞。
3.2.4 運行中刮板脫落
根據日常運行經驗，刮板間隙調整不當或刮板磨損后未及時進行更換都會導致刮渣效果變差，在煤渣量較大時更會加劇刮渣板的磨損，甚至脫落。刮渣板脫落后，大量煤渣堆積在一次風室，一次風室塞滿后煤渣勢必穿過擋渣環進入機座密封環與傳動盤之間的間隙；不斷堆積并將密封風室填滿。
3.2.5 運行調整不當
因現有制粉工藝屬于負壓運行系統，煤粉顆粒在磨煤機內部由下而上向上運動的動力完全依靠主排風機抽力形成的負壓，在制粉系統啟停機操作和磨機運行過程中，每當工藝參數控制不當，就會造成磨煤機堵塞，導致一次風室、密封風室全部被煤充滿，煤粒不可避免的進入機座密封環與傳動盤之間的間隙。
4 改造方案
通過分析，認為磨煤機傳動盤與機座密封環部位頻繁出現漏風、漏粉、擦碰、傳動盤抱死的主要原因是傳動盤與擋渣環間的密封型式存在設計缺陷和磨煤機機座密封環與傳動盤間隙過小導致。因此改造的方向主要是優化傳動盤與擋渣環間的密封型式，想辦法有效增大密封環與傳動盤間隙。通過對擋渣環、機座密封環結構進行分析，提出如下改造方案。
4.1 擋渣環上部增加密封護板
擋渣環上部增加密封護板，可有效防止擋渣環與傳動盤密封止口因磨損間隙增大后，阻擋顆粒煤進入密封風室。根據圖紙尺寸和實際測繪，確定護板尺寸，沿擋渣環圓周環形分布，材料采用寬度30mm、厚度4mm的扁鋼。利用磨煤機檢修，打開一次風室入孔，將密封護板貼合在擋渣環外壁上，調整護板與傳動盤密封止口間的軸向間隙在1～ 1.5mm，兩者平行度偏差≤0.5mm，焊接固定。
4.2 機座密封環改造
在延用原迷宮密封結構的基礎上，保留一半密封齒；減少一半密封齒并將該部位制作成空腔，用軟材料羊毛氈做內部填充，為防止羊毛氈與傳動盤擦碰后沿圓周運動，結構設計為V型燕尾槽，羊毛氈寬度尺寸根據現場實際測量制作，整體保證填充物固定后與傳動 盤外壁間仍有0.5mm間隙。填充物下部用壓板壓實、螺栓固定。（如圖三、圖四）壓板制作為剖分式，便于拆裝。上部適當增加傳動盤與機座密封環安裝間隙，由0.5±0.2mm增加到1.5±0.2mm.改進后每月可定時卸下壓板和填充物，對上部密封齒進行檢查、清理。
圖三 密封環和壓板改造圖
圖四 密封環改造圖
5 改造效果
5.1 運行情況對比
對磨煤機機座密封環進行改造后，傳動盤部位在再發生漏風、漏煤現象，傳動盤卡阻和擦碰起火花現象也未在發生過，設備運行風險及檢修維護工作量大幅減小，磨煤機運行更加安全、可靠。
5.2 經濟效益
5.2.1直接經濟效益
機座密封環未改造前的使用壽命根據廠家提供的使用標準和實際使用情況，基本使用每半年需進行更換，每年需更換2套。密封環價格/套。機座密封環自改造后，迄今為止已5年沒有進行更換，使用情況都還正常；每半年只需拆開壓板檢查清理密封齒和更換密封填料，每次更換密封填料的成本約100元。前后對比：節省備件材料費20000×2×5-100×2×5=199000元，還降低了機座密封環更換過程中的大量人工支出和檢修成本。
5.2.2間接經濟效益
機座密封環實施改造后，有效克服了傳動盤部位的漏風、漏粉現象，為降低制粉系統氧含量并達到≦6%的安全生產要求和制粉系統運行工藝安全創造了有利保證，無粉塵揚塵外溢后生產作業現場的環境也得到大幅改善。杜絕了因傳動盤卡阻和擦碰起火花被吸入制粉系統后帶來的重大安全生產風險，最大程度的避免了因傳動盤卡阻造成磨機電機、減速機堵轉帶來的重大設備事故；磨機電機、減速機作為制粉系統的核心設備，單體價值少則七八十萬。同時還避免了因設備故障造成的停產等經濟損失，有力保障了高爐噴吹煤粉的供給，為高爐提煤降焦奠定了基礎。
6 結束語
ZGM133N中速磨煤機機座密封系統經過改造，有效解決了傳動盤與機座密封環頻繁泄漏和擦碰的問題,消除了重大安全生產隱患。不僅降低了維護費用,還提高了維護效率，提高了磨煤機安全運行的穩定性,極大保證了制粉系統生產的工藝安全。
參考資料
ZGM133N型中速輥式磨煤機使用說明書———————北京電力設備總廠
高爐噴煤技術——————————————————冶金工業出版社 金艷娟主編
來源：《昆鋼科技》
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