水泥生产线窑尾高温风机轴端密封技改实践
摘 要：某公司5000t/d水泥生产线回转窑窑尾高温风机轴端采用传统石棉板密封，存在材质脆性大、易磨损、轴端漏风严重等问题；分析了该密封结构中石棉板与风机轴间间隙较大(2mm)，SP余热锅炉旁路烟阀开度维持在8%，导致冷风侵入、热效率降低、余热发电负荷受限且维护频繁；提出了采用增强石墨块与硅胶板组合的双重密封结构改造方案，将风机轴与硅胶板间间隙控制在3mm，石墨块与风机轴间实现零间隙，结构兼具自补偿与自润滑特性，适配高温、高负压工况。改造后，高温风机轴端漏风完全消除，SP锅炉旁路烟阀完全关闭，立磨进口风温稳定提升10℃，余热发电负荷增加约10kW·h/h，年可节约用电4.5×104kWh/h，综合经济效益约2.62万元/年，密封结构维护周期由约2个月延长至10年以上，显著提升了系统热效率与经济性，具有良好的推广价值。
关键词：回转窑；高温风机；轴端密封；增强石墨块密封；节能降耗
1 前言
当前，我国水泥行业正处于产能过剩、市场竞争激烈的阶段，降本增效、节能降耗已成为水泥企业增强市场竞争力、实现可持续发展的关键。在水泥生产过程中，烧成系统热工制度的稳定性直接影响水泥熟料的产质量，而窑尾高温风机作为烧成系统的重要设备，其轴端密封部位长期处于高温、强振动的恶劣工况下，是影响热工稳定的关键因素。
某公司5000t/d水泥生产线高温风机采用传统石棉板轴端密封结构，该结构存在材质脆性大、耐磨性差等问题，随着石棉板密封磨损老化，易导致轴端漏入大量冷风，降低立磨进口热风温度和余热发电系统负荷，影响粉磨系统稳定运行。经调研公司采用“增强石墨块+硅胶板”密封替代石棉板密封，对窑尾高温风机轴端密封进行了改造，有效解决了生产线回转窑窑尾高温风机轴端漏风问题。
2 高温风机轴端石棉密封结构及存在的问题
2.1 高温风机轴端石棉密封结构
高温风机轴端石棉密封结构由基座钢板、半圆环形钢板、石棉板等组成(图1)。基座钢板位于高温风机壳体两侧靠近轴端位置(内径300mm、外径700mm)，焊接固定在风机壳体上；2个半圆环形钢板内径286mm、外径432mm，距离其外边缘30mm处均布12个12mm钻孔，使用沉头螺栓将环形钢板固定在风机基座钢板上；石棉板内径282mm、外径432mm、厚度20mm，其上钻孔布置与环形钢板一致，安装在环形钢板与基座钢板之间。
高温风机轴外径280mm，环形钢板与风机轴间设置6mm间隙，若该间隙设置过小，风机运行过程中产生的轴振动及轴位移易导致其碰撞基座钢板，威胁风机的安全运行；石棉板与风机轴间设置2mm间隙，若此间隙值过大，易导致石棉密封结构漏风。此外，高温风机内部负压为-7100kPa，高温烟气在负压作用下易沿间隙向外泄露，同时，外部冷风被负压吸入，加之石棉板强度低、脆性大，随着密封件的磨损破碎，漏风量进一步增大。
2.2 石棉密封结构存在的问题
2.2.1 密封性能差
石棉板主要由石棉纤维与少量粘结剂制成，虽具备耐高温特性，但强度低、脆性大。在高温风机运行过程中，受风机轴振动、内部负压及摩擦作用影响，石棉板极易磨损破碎。通常运行2个月左右，石棉板密封性能即大幅下降，风机轴端漏风严重，无法满足设备密封需求。
2.2.2 能效水平下降
高温风机轴端侵入的冷风破坏了系统热工制度平衡，使立磨进口风温不足，粉磨效率降低，系统能耗增加。为保障立磨的安全运转，需将SP锅炉(余热锅炉)旁路烟阀开度维持在8%，这不仅造成SP锅炉进口烟温降低，影响其换热效率，还导致余热发电负荷下降，能源利用效率降低。
2.2.3 维护成本高
石棉板磨损速度较快，需每两个月更换一次，频繁检修与更换不仅增加了人工成本和材料消耗，同时也影响了水泥生产线的连续稳定运行。
3 改造目标及密封材料性能对比
3.1 改造目标
彻底解决高温风机轴端漏风问题，提升密封结构可靠性，降低运行电耗；提高立磨进口风温，提高粉磨效率，保障系统安全稳定运行；关闭SP锅炉旁路烟阀，增加余热锅炉进风量，提升余热发电热回收效率与发电负荷；延长密封件使用寿命，减少密封装置检修频次及维护成本，实现节能降耗。
3.2 密封材料性能对比
常用密封材料性能及优缺点对比见表1。由表1可知，增强石墨块密封具有耐高温、强度大、耐磨性强、自润滑性能优异等特点，与高温风机工况条件(高温、高负压、振动等)高度适配；虽其制造成本相对较高，但综合密封效果、使用寿命及长期经济效益优势显著。而硅胶板适合辅助密封，用以填充间隙、缓冲振动。因此，确定选用增强石墨块与硅胶板组合的双重密封结构替代传统石棉板密封结构进行高温风机轴端密封改造。
4 改造方案
4.1 拆除原有密封装置
拆除高温风机两侧轴端的石棉板、半圆环形钢板及基座钢板组件，清理风机壳体表面的焊渣、积尘及螺栓残留，确保密封安装面平整、干净，为新密封结构基座安装创造条件。
4.2 制作与安装新密封结构
新密封结构采用“双重密封”设计，分为硅胶板辅助密封(内密封)与增强石墨块核心密封(外密封)，严格控制安装精度，确保间隙符合设计要求。
4.2.1 制作与安装第一道内密封结构
第一道内密封结构由基座钢板、大环形钢板(内夹硅胶板)、小环形钢板(内夹硅胶板)等组成(图2)。大环形钢板制作与安装过程如下：将新制作的两个半圆大环形钢板(内径432mm、外径680mm、厚度10mm)固定在风机壳体安装面，在其边缘等间距钻12个12mm安装孔，对应在风机基座钢板上焊接12个双头螺栓紧固大环形钢板；制作与大环形钢板配套的两个半圆环形硅胶板(内径283mm、外径680mm、厚度5mm)，硅胶板开孔与大环形钢板相同，采用双头螺栓将硅胶板夹持固定在大环形钢板和基座钢板间。
在大环形钢板的内侧，制作两个半圆小环形钢板(内径286mm、外径432mm、厚度10mm)，在其边缘30mm处等间距钻12个12mm安装孔，对应在风机基座钢板上钻孔并安装丝牙2mm的丝母，通过沉头螺栓将小环形钢板固定在风机基座钢板上；制作与小环形钢板配套的两个半圆环形硅胶板(内径283mm、外径680mm、厚度5mm)，硅胶板开孔与小环形钢板相同，采用沉头螺栓将硅胶板夹持固定在小环形钢板和基座钢板间。风机轴与硅胶板间隙控制在3mm内，以大幅缩减漏风通道。
4.2.2 制作与安装第二道外密封结构
第二道外密封结构由等八边形角钢、大环形钢板、青稞纸等组成(图3)。制作与安装过程如下：将30mm×25mm的角钢呈等八边形焊接在大环形钢板上，制成第二道外密封基座框架；将两块500mm×500mm×25mm的增强石墨块按照等八边形角钢尺寸加工为环形，并在中心挖制与风机轴径精准匹配的半圆孔(内径为280mm)，半圆底部两侧加工出凸凹槽用于密封接缝处，确保石墨块与风机轴之间零间隙密封；切割与石墨块外形一致的0.2mm厚青稞纸板，在青稞纸板表面涂抹强力胶，将其粘贴于石墨块外表面，进一步增强石墨块强度，防止石墨块碎裂；最后，将石墨块通过螺母固定在外密封基座上，利用其自身重力实现磨损后的密封自补偿，使密封结构始终保持与风机轴的紧密贴合；完成密封组件安装，形成第二道外密封结构。
4.3新密封结构特点
4.3.1 双重密封设计
增强石墨块密封结构采用第一道内密封(硅胶板密封)与第二道外密封(增强石墨块密封)的双重密封结构，硅胶板与风机轴间的间隙控制在3mm范围内，石墨块与风机轴之间无间隙，精准阻断了漏风通道，较传统单一密封结构可靠性大幅提升。
4.3.2 自补偿功能
增强石墨块上半部分与风机轴紧密贴合，依靠其自身重力实现磨损后的密封自动补偿，以保证其长期具备密封效果。
4.3.3 自润滑特性
石墨材料具有优异的自润滑性能，与风机轴之间的摩擦系数小，磨损量极低，可显著延长密封结构的使用寿命。
4.3.4 安全适配性高
增强石墨块耐高温、强度高、耐腐蚀、导热性好，运行过程中温度可控，可有效避免高温积聚引发安全隐患，适配水泥生产线窑尾风机高温工况。
4.4 试机验收
密封结构改造完成后，启动高温风机空载试运行2h，采用测温枪实测石墨块与风机轴接触部位温度＜40℃，符合安全运行要求。空载试运行合格后，停机拆卸石墨块，检查其与风机轴的接触面，无异常磨损；手靠近轴端无冷风吸入感，无漏风声音；确认风机运行无异常后，装回风机轴端防护罩及防护网，完成技改验收。
5 技改效果
技改完成后，经近一年的满负荷运行验证，高温风机轴端密封性能显著提升，各项技术指标改善明显(表2)。技改后，轴端漏风彻底消除，风机负压稳定，SP锅炉旁路阀完全关闭运行，余热回收效率显著提升(约10kW·h/h)；立磨进口风温升高(10℃)，粉磨工况改善，系统能效提升；密封件使用寿命延长，维护工作量与停机损失大幅降低，有效保障了水泥生产线的连续稳定运行。
6 结语
通过采用“增强石墨块+硅胶板”双重密封结构替代传统石棉板密封结构，彻底解决了水泥生产线回转窑窑尾高温风机轴端漏风问题，提升了烧成系统热回收效率和能源利用率，减少了设备维护成本。目前，公司已将该技改方案推广应用于窑头排风机和窑尾排风机的轴端密封改造，三台风机总技改投入不足0.3万元，节能降本效果显著，具有广阔的推广与应用前景。
作者：张东阳，王亚维，栗永刚，李凯欢，刘晓飞
单位：天瑞新登郑州水泥有限公司
来源：水泥技术2026年2月
资料来源于网络，如有侵权，请联系本公众号删除。
关注我们
微信公众号|水泥生产技术
