焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)問題及改進(jìn)措施探討

萬真武，陳長源

（1寶鋼湛江鋼鐵有限公司設(shè)備部；2寶鋼湛江鋼鐵有限公司煉鐵廠，廣東湛江 524072）

引言

湛江鋼鐵煤氣精制系統(tǒng)配套年產(chǎn)337萬t焦炭的4×65孔7 m焦?fàn)t，設(shè)計(jì)能力為170000 m3/h，最大處理量為168303 m3/h，目前為國內(nèi)最大煤氣處理裝置。焦?fàn)t煤氣從各炭化室通過上升管，并在上升管被循環(huán)氨氣冷卻到約82℃，荒煤氣經(jīng)氣液分離器將焦油氨水分離，分離后煤氣再經(jīng)橫管初冷器冷卻至21℃左右。冷卻后的煤氣經(jīng)捕霧器進(jìn)入電捕焦油器，除掉其中夾帶的焦油霧后，經(jīng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)送入后續(xù)煤氣凈化系統(tǒng)，經(jīng)洗滌單元脫硫脫氨脫苯，提供優(yōu)質(zhì)焦?fàn)t煤氣給軋鋼等用戶使用。煤精項(xiàng)目共設(shè)置6臺焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)，由4臺為工頻與2臺變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)組成。項(xiàng)目采用金通靈雙吸雙支撐高速鼓風(fēng)機(jī)，型號為D1020-1.3，設(shè)計(jì)標(biāo)況流量為51000 m3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為-5 kPa，出口壓力為25 kPa。

1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題

焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為入口閥門全開，根據(jù)煤氣的發(fā)生量控制橫冷前翻板（蝶閥）實(shí)現(xiàn)煤氣鼓風(fēng)機(jī)出口閥門。湛江鋼鐵兩座焦?fàn)t投產(chǎn)時，系統(tǒng)煤氣流量在7萬～8萬 m3/h左右，根據(jù)設(shè)計(jì)2臺煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行能夠滿足生產(chǎn)要求。工頻焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時，由于轉(zhuǎn)速恒定進(jìn)口閥門全開，鼓風(fēng)機(jī)輸出能力大，受煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流、出口溫度等條件限制，只能通過旁通閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，造成系統(tǒng)可調(diào)范圍窄及操作難度大，導(dǎo)致焦?fàn)t系統(tǒng)運(yùn)行效率低。工頻焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)煤氣出口溫升高、存在橫管冷卻器前壓力高。工頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)軸承溫度高、振動值大等問題。另外，煤氣進(jìn)出口溫升大還會造成后續(xù)煤氣凈化系統(tǒng)出現(xiàn)系列問題。

2 問題原因分析

針對煤氣精制生產(chǎn)系統(tǒng)以及鼓風(fēng)機(jī)本身出現(xiàn)的問題，為分析煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因，從生產(chǎn)工藝以及設(shè)備本身兩方面著手進(jìn)行分析。本文先從生產(chǎn)工藝本身進(jìn)行試驗(yàn)，分析工藝參數(shù)是否有問題，然后分析煤氣鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)是否符合現(xiàn)場生產(chǎn)條件。

2.1 運(yùn)行工藝試驗(yàn)

2座焦?fàn)t同時工作時，煤氣流量在7萬～8萬m3/h左右。根據(jù)設(shè)計(jì)，2臺鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行能夠滿足生產(chǎn)的要求。因此，在進(jìn)行工藝試驗(yàn)時分別采用，一臺工頻與一臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行和兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分別進(jìn)行試驗(yàn)。工頻與變頻并聯(lián)運(yùn)行時，由于工頻鼓風(fēng)機(jī)輸出能力強(qiáng)，單獨(dú)調(diào)節(jié)變頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行偏流現(xiàn)象嚴(yán)重，造成變頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性差，實(shí)際運(yùn)行時變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速接近工頻，只能通過出口閥和回流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)；兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，根據(jù)焦?fàn)t系統(tǒng)運(yùn)行變化，鼓風(fēng)機(jī)能完成轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，橫冷前壓力以及鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流、軸承溫度、振動，出口溫度均在正常值范圍。

2.2 煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能分析

2臺焦?fàn)t同時工作時，正常煤氣鼓風(fēng)機(jī)的處理量在7萬～8萬 m3/h左右，單臺流量的設(shè)計(jì)值為5.1萬m3/h，正常運(yùn)行在設(shè)計(jì)點(diǎn)68.6%～78.4%左右的點(diǎn)運(yùn)行（設(shè)計(jì)時參數(shù)增加20%左右的余量）。另外，根據(jù)煤氣鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示，煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行能力為正公差，同時煤氣鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際工況運(yùn)行點(diǎn)小于設(shè)計(jì)點(diǎn)的68.6%～78.4%。

圖1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線

綜合煤氣鼓風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)工藝試驗(yàn)以及運(yùn)行性能分析結(jié)果，分析煤氣精制存在問題的原因如下。由于設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的偏差，工頻鼓風(fēng)機(jī)偏工況運(yùn)行，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)要求下，導(dǎo)致工頻鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)在臨界點(diǎn)附近運(yùn)行，系統(tǒng)操作要求高，調(diào)整范圍窄，存在運(yùn)行與誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，不利于煤氣鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改進(jìn)措施探討

由以上分析可知，湛江鋼鐵煤氣鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的問題是由于鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)能力遠(yuǎn)大于實(shí)際生產(chǎn)能力造成。對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造應(yīng)從降低其運(yùn)行能力著手，一般來說，降低鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能力有一下三種方式，對風(fēng)機(jī)的葉輪進(jìn)行改造；把工頻風(fēng)機(jī)改造成變頻；改變機(jī)組增速箱的傳動比，降低煤氣鼓風(fēng)機(jī)的輸出速度。基于設(shè)計(jì)初期的理念，工頻與變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)配合生產(chǎn)能夠起到節(jié)能和投資成本的目的，決定通過改變機(jī)組增速箱的轉(zhuǎn)速比，降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能力，解決煤氣鼓風(fēng)機(jī)存在的問題。

3.1 方案研究

通過改變增速箱的轉(zhuǎn)速比，降低鼓風(fēng)機(jī)的輸出速度既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，包括煤氣處理量與進(jìn)出口壓升、溫升，同時也要滿足煤氣鼓風(fēng)機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的要求。為降低方案研究的成本問題，盡量利用現(xiàn)場條件進(jìn)行試驗(yàn)。在系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的條件下，試驗(yàn)方案分三步進(jìn)行。首先，同時運(yùn)行兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)，觀察記錄試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對其中一臺鼓風(fēng)機(jī)的增速箱進(jìn)行改造，利用改造完成的工頻鼓風(fēng)機(jī)與變頻鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，最后根據(jù)聯(lián)調(diào)的結(jié)果確定最終改造方案。

3.2 方案試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：焦?fàn)t系統(tǒng)煤氣發(fā)生量為78.0～82.0 m3/h；6臺煤氣鼓風(fēng)機(jī)中，2#、5#為變頻鼓風(fēng)機(jī)，其余為工頻鼓風(fēng)機(jī)。

試驗(yàn)要求：如表1所示。

表1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)要求

試驗(yàn)方案實(shí)施之前，為方便改造后進(jìn)行試驗(yàn)效果對比，先對3#、6#兩臺工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)，并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄，試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄如表2所示。

在系統(tǒng)運(yùn)行的試驗(yàn)條件下，兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，變頻鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)為9050 r/min時，煤氣的出口壓力以及溫升均能滿足生產(chǎn)工藝的要求。考慮焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)長時間運(yùn)行后，管道阻力會增大，為保證整套裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，根據(jù)煤氣鼓風(fēng)機(jī)流量-出口壓力性能曲線如圖1所示，通過對比煤氣鼓風(fēng)機(jī)85%與70%的性能曲線，初步分析可以把煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由11000 r/min降低至9200 r/min或9500 r/min。因此，先將2臺變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)速度設(shè)置為9200 r/min以及9500 r/min后進(jìn)行下一步試驗(yàn)，對比觀察選擇合適的改造方案。

將2#、5#變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為9200 r/min聯(lián)合運(yùn)行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 兩臺工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)表

表3 變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表

將2#、5#變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為9500 r/min聯(lián)合運(yùn)行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表

以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在保證煤氣出廠壓力≥7.0 kPa，出口閥內(nèi)側(cè)壓力≥15 kPa前提下，鼓風(fēng)機(jī)在11000 r/min時，煤氣溫升約為34.2℃，出口煤氣溫度在58.5℃左右（外界環(huán)境溫度也有一定的影響）；煤氣鼓風(fēng)機(jī)在9500 r/min時，煤氣溫升約為24.7℃，出口煤氣溫度在51.1℃左右；試驗(yàn)結(jié)果表明，煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從11000 r/min降至9500 r/min時，煤氣溫升下降明顯；將煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至9200 r/min時，煤氣溫升減少并不明顯。另外，鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在9200 r/min，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)的出口表壓達(dá)到24 kPa時，鼓風(fēng)機(jī)將進(jìn)入喘振區(qū)域；考慮到以后凈化系統(tǒng)可能會出現(xiàn)阻力增加的情況。因此，將工頻鼓風(fēng)機(jī)輸出速度降至9500 r/min。

3.3 方案實(shí)施

將3#煤氣鼓風(fēng)機(jī)的增速箱進(jìn)行改造，將其輸出轉(zhuǎn)速降低至9500 r/min，將其中一臺變頻風(fēng)機(jī)與改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行試驗(yàn)，2#變頻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為9100 r/min。3#工頻鼓風(fēng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)合變頻鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)表

將改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)與速度設(shè)定為9500 r/min的2#變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，能夠滿足生產(chǎn)要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

煤氣鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)改造后，根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù)，煤氣經(jīng)過橫管初冷器冷卻后溫度降至21.5℃，從橫管初冷器到鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口，由于受外界環(huán)境溫度影響，至鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣溫度升至26.4℃，若是高溫天氣，溫度將更高。下一步將考慮增設(shè)直冷塔（現(xiàn)場預(yù)留有位置及接頭），或同時在橫管初冷器至鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣管道增加保冷措施，以降低鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣溫度，間接降低煤氣出口溫度。

表6 3#工頻與2#變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表

4 結(jié)語

經(jīng)改造工頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，解決了工頻鼓風(fēng)機(jī)軸承溫度高、振動大的問題以及工頻鼓風(fēng)機(jī)的煤氣出口溫升大的問題。現(xiàn)場通過工頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)與變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)配合，實(shí)踐證明不僅能夠起到節(jié)能的效果同時也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省投資目標(biāo)，為其它煤氣精制廠提供參考。同時，煤氣鼓風(fēng)機(jī)從投用運(yùn)行到問題的發(fā)現(xiàn)，在分析問題的過程中，經(jīng)對運(yùn)行工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整到分析設(shè)備存在本身問題，最后到改造方案的討論以及試驗(yàn)的開展，多次進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)，為日后設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

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