煤氣鼓風機迷宮密封結構改造實踐

蘇喜欽,張興國

(廣東華欣環保科技有限公司,廣東 韶關 512122)

煤氣鼓風機迷宮密封結構改造實踐

蘇喜欽,張興國

(廣東華欣環保科技有限公司,廣東 韶關 512122)

傳統煤氣鼓風機的迷宮密封體制作及維護成本較高,并且容易出現鼓風機轉子葉輪與迷宮密封體相互損壞的問題,改造迷宮密封結構尤為關鍵,有助于提升鼓風機工作效率.基于此,本研究以某公司的煤氣鼓風機為切入點,圍繞鼓風機迷宮密封結構進行改造,以期進一步解決機器運行問題.

煤氣鼓風機;迷宮密封;節氮改造技術

以煤氣為介質的鼓風機,與普通鼓風機相比存在煤氣泄漏問題,源于迷宮密封機構的非接觸性,極大程度上耗損了機器內部能源.其中迷宮密封特指轉軸周圍設立的若干環形密封齒,密封齒之間通過形成截流間隙與膨脹空腔,其被密封介質經由迷宮間隙產生節流效應,從而實現密封阻漏.

在實際生產中,為解決傳統煤氣泄漏問題,通過堵塞機殼內的泄漏煤氣的方法,對每臺煤氣鼓風機添加氮氣,試圖緩解鼓風機較強的壓力波動帶來的安全問題.但由于這種節能方法需要耗損大量氮氣能源,與降本增效的設計理念不相符合,并不利于機器高效運轉,急需改造內部迷宮密封結構,以縮減煤氣泄漏量.

1 傳統煤氣鼓風機迷宮密封結構的設計

迷宮密封可適用于高溫、高壓、高轉速頻率的場合,其轉子與機殼間存有間隙,且具有熱膨脹特征.煤氣鼓風機的軸端與級間密封并無固體接觸,主要通過控制迷宮密封間隙降低機器內部氣體的泄漏回流量.以某公司的3165A/322型煤氣鼓風機為例,闡述機器迷宮密封機構的應用現況.該公司現有該類型鼓風機12臺,用以將3~8kPa的低壓高爐煤氣升壓至23±0.5kPa后,供17座150m3高爐煤氣活性石灰豎窯作為燃料氣焙燒冶金石灰或輕燒白云石.目前,該公司的煤氣鼓風機氮氣消耗量快速升高,每臺機器的氮氣耗損總量在100m3/h以上,共有的12臺機器年消耗氮氣量可達到1000萬m3范圍,增加了公司能源支出比例.煤氣鼓風機由于迷宮密封具有非接觸性特點,傳統通入氮氣的方法雖能一定程度上解決煤氣泄漏問題,但氮氣量的大幅度增加也會造成能源耗損現象,并不適用于機器大規模投產使用,較易降低機器運轉效率.

2 煤氣鼓風機迷宮密封結構的改造

結合上述公司煤氣鼓風機迷宮密封結構的設計概況,對其提出改造意見,以期降低機器耗損資源.改造計劃如下.

2.1 初步改造設想

如圖1所示,煤氣鼓風機葉輪處的煤氣經過軸向梳齒2、徑向梳齒3、羊毛氈5處的層層阻擋衰減,最終由軸端逸出.其中,以軸套1、軸向梳齒2與徑向梳齒3間隙為代表的衰減量大小控制設計方案,主要包括軸套1與軸向梳齒2的密封間隙量&1、軸套1與徑向梳齒3密封間隙量&2的改造.為保證密封間隙量&1的規劃目的,通過控制轉子總成吊裝入軸承箱座的方法,繼而確定軸套1與軸向梳齒2的齒間軸向間隙量&3,即可實現控制衰減量大小的設計原理.此外,針對密封間隙量&2的處理,依據軸的軸向竄動量、軸承間隙、裝配誤差等確定最佳間隙量,從而實現最佳的密封效果.

圖1 3165A/322型煤氣鼓風機迷宮密封結構改造示意圖

2.2 具體實施辦法

2.2.1 新增軸向間隙控制量

依據3165A/322型煤氣鼓風機使用情況,在軸套1與軸向梳齒2的齒間增加軸向間隙控制量&3,起到增強節流效應的目的.基于改造后的煤氣鼓風機密封結構設計,通過規劃煤氣鼓風機的原始設計參數,調整軸向間隙控制量&3,以增加氣流通向截流間隙的路程與時間.綜合考慮軸承間隙,制造公差與裝配誤差,部件的變形(如鑄件收縮和失圓),轉子的撓度,以及通過臨界旋轉頻率時的振幅,熱膨脹以及由此引起的變形等,控制&3值處于0.25~0.35mm范圍,明顯增加節流效能.

2.2.2 創新羊毛氈密封型式

通過改造傳統煤氣鼓風機的固定式密封槽,將其轉變為對半開、可調節式的密封壓蓋,重新設計徑向梳齒的羊毛氈密封型式,起到提升裝配精度的目的.在具體應用中,通過將壓蓋重新配做為兩個半圓形,并快速擰緊螺栓,調節羊毛氈壓緊力,更好地彌補過去固定式密封槽內羊毛氈不易拆裝、不可調節的缺陷.此次改造計劃包括抽堵盲板時間,對12臺煤氣加壓機的固定式密封槽重新設計,也可實現狹小受限空間的壓緊力調節,存在提高檢修速率與改善密封效果的顯著優勢.

2.2.3 增設電機端的調整墊圈

電機端即是軸承箱固定端處,通過新增調整墊圈的方法,控制軸套1與軸向梳齒2的齒間間隙量&3,提升煤氣鼓風機改造性能.在具體應用中,更換較高精度等級的軸承,控制軸承壓蓋與軸承軸向間隙量達到0.05~0.1mm范圍,處于總裝狀態時,預壓軸承箱前端蓋與軸承箱后端蓋(即是固定端與自由端),維持齒間間隙量&3處于0.25~0.35mm范圍,繼而利用壓鉛法,控制軸套1與徑向梳齒3的密封間隙量&2處于0.25~0.35mm范圍.

2.2.4 維護迷宮密封體

煤氣鼓風機包括定轉子、主軸、軸承座、迷宮密封體等部件,通過葉輪端口設置的軸套,經由被密封介質轉向曲折迷宮間隙,從而形成鼓風機的密封(軸端與級間),在鼓風機定子與轉子間隙處設有密封梳齒(環狀),與迷宮密封體相匹配,經由轉子密封梳齒與迷宮密封體,共同構成類似迷宮的密封結構.通過控制軸套1與軸向梳齒2的齒間軸向間隙量&3和軸套1與徑向梳齒3密封間隙量&2實現密封效果.改造后的煤氣鼓風機連續運行不停機兩個月余,通過在距離軸封20mm處檢測CO濃度,氮氣封堵處于微量階段,所檢測CO濃度的結果低于12PPM,氮氣用量年消耗降低至700萬m3(100m3/h→10m3/h),整體節能降耗效果較明顯,有利于保障機器運行的安全性能.

2.3 實施效果分析

本次12臺3165A/322型煤氣鼓風機的改造,在不影響下游用戶用灰的基礎上,歷時1年左右的時間完成,其項目主要包括軸承、軸向疏齒、徑向疏齒等內容,總合計投資共25.2萬元.

2.3.1 經濟效益

煤氣鼓風機改造投資回收期為2.23月,公司氮氣消耗量逐步降低至440萬/m3范圍,與改造前的1140萬/m3相比更具突出節能優勢,節約氮氣總量達到700萬/m3(氮氣價格為0.23元/m3),整體降本增效額度突破135.8萬元/年.

2.3.2 技術效益

本次改造項目的技術效益體現在軸向間隙控制量、羊毛氈密封型式的創新,具有降低能效的作用.一方面,增加的軸向間隙控制量&3,一定程度上擴散了氣流通向截流間隙渠道,為其提供更多的轉設路程,所取得的節流效應最為顯著;另一方面,創新的羊毛氈密封型式,既具有持續改善密封效果的作用,也存在拆卸簡單、裝配迅速(檢修)的優勢,大大增強了傳統固定式封槽內羊毛氈的調節效能.綜合來看,新型的煤氣鼓風機密封結構改造,只需微開氮氣進行封堵,氮氣總用量均降低至10m3/h以下,可取得安全、節能、降耗的效果.

3 結語

綜上所述,煤氣鼓風機迷宮密封結構改造屬于鼓風機技術領域,實踐所得成果可解決迷宮密封體制作及維修成本高等實踐問題.

[1]趙運廷,王金鳳. 大氣壓力對轉爐煉鋼一次除塵系統煤氣鼓風機選型的影響[J]. 河北冶金,2013,(03):11-14.

[2]冀杰. 煤氣公司羅茨鼓風機的振動噪聲綜合治理實踐[J].甘肅科技,2013,29(09):70-71+118.

[3]李強,張靈. 雙PID控制在煤氣鼓風機壓力調節中的應用[J].山西煤炭,2015,35(01):76-78.

[4]李文軍,單亞志.包頭市某鋼鐵有限責任公司580m~3煉鐵高爐系列節能技術改造工程[J].內蒙古科技與經濟,2015,(24):84.

TQ113.25

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1671-0711(2017)11(上)-0132-02