二氧化硫鼓風機改造技術研究與應用

王輝，劉晏軍，張述榮

（金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737100）

二氧化硫鼓風機是制酸系統的核心設備，其安全穩定性直接影響到整個硫酸系統甚至相配套的冶煉系統的正常生產。金川集團公司30萬噸制酸系統SFO14型SO2鼓風機是德國KKK公司制造，設計處理風量16.5萬Nm3/h。該設備自2006年10月投用至今已有11年。經過歷年的檢修和改造完善，性能沒有明顯劣化，反而得到較好的提升，設備狀況良好。

1 SFO14型SO2鼓風機概況

SFO14型SO2鼓風機系2006年隨冶煉系統改造，30萬噸硫酸系統建成投產而投用。設計風量16.5萬Nm3/h，配置5500KW同步電動機驅動，配有液力耦合器調速，但沒有配置前導向，電動機繞組采用風水冷冷卻方式進行冷卻。

設備自2006年投用以來，隨著時間推移，運行狀況不佳，性能逐年劣化，運行穩定性下降，運行參數逐步下滑，存在諸多制約性問題。通過對該設備各項性能指標進行全面跟蹤檢測分析及對風機性能曲線的比對，其運行工況點已低于額定運行范圍，且該SO2風機各項性能指標已接近允許范圍的高臨界點。同時，對風機各部件進行了全面的測量，該風機已出現劣化現象。因此需要對該風機進行改造、優化完善，提高其各項性能，以滿足30萬噸硫酸系統的工藝需求。

2 存在的主要問題

(1) SFO14型SO2鼓風機由于實際壓頭、流量均低于設計值，風機長期在性能曲線以外運行，在特定的速度要求下，需要更高的能耗，液力耦合器承載了更大的扭矩，液力耦合器速度滑差的增大，導致工作油回路更大的壓力損失；由于壓力損失的增大使工作油回路熱負荷增大，液力耦合器不能承擔所有的增加熱量，致使油溫過高；工作油溫高，而工作油與潤滑油共用油箱，工作油溫高導致潤滑油基礎溫度較高，顯得工作油和潤滑油冷卻器能力不足，液力耦合器存在大馬拉小車的狀況，長期工作油溫偏高（在120℃接近報警線運行），致使工作油積碳、結膠，污染潤滑油，阻塞過濾器甚至潤滑油通道，曾多次出現油溫高及油壓低而造成聯鎖跳車。給硫酸系統和對應的冶煉系統連續穩定生產造成極大的影響，為避免風機因油溫高跳車，強行控制風機風量，降低負荷，油溫最大可能控制在接近報警值運行，尤其是夏季高溫季節，表現尤為突出，是制約風機運行負荷的一個主要因素。

(2)風機操作范圍窄，經常在性能曲線外運行，調節困難，稍有不慎就會發生湍振甚至跳車事故。根據工藝要求，風機在允許風量范圍之間應能連續調節，風機的調節范圍應達到17.5%～100%，采用液力耦合器調節轉速的方式調節范圍只能達到36%～100%.由于該型風機的力學設計原因，轉軸選用柔性軸，臨界轉速1500rpm，因此風機必須避開轉速1200-1900rpm之間操作，以保證與臨界轉速保持安全間隔，避免調速至該諧振頻率時可能導致的機組損壞，因而耦合器的調節范圍變窄，只有47%～100%，為滿足調節范圍，對于低于1900 rpm轉速下風量的連續調節，需改變調節方式滿足工藝需求（圖1）。

圖1 風機性能曲線圖

(3)液力耦合器長期超負荷運行，是造成油溫高的主要原因，特別是啟動扭矩大，負荷重，啟動困難，液力耦合器性能下降，風機啟動困難，工作油溫高，曾多次在啟動過程中由于工作油溫過高導致液耦易熔塞熔化，致使風機不能啟動或在啟動過程中跳車情況發生。在風機運行過程中液力耦合器勺管開度調節達不到風量調節需求。

(4)電機繞組溫度較高。通過降低循環水溫度，提高循環水量，檢修疏通換熱器，拓寬通風道等一系列措施，進行適當的控制和調整，但電機基本在接近繞組溫度報警值運行，多次發生因電機繞組溫度過高聯鎖跳車。

(5)風機葉輪腐蝕。由于煙氣來源較多，成分較為復雜，煙氣波動范圍較大，再者在因干燥效果不佳，含水較高，導致風機葉輪腐蝕現象明顯，在葉輪迎風面葉片尖部出現點蝕現象，破壞風機動平衡，影響轉子的強度，而且有進一步劣化趨勢，影響轉子運行壽命和運行效率，同時發現風機渦殼有點蝕現象。

3 SFO14型SO2鼓風機問題研究與改造提升

鑒于SFO14型SO2鼓風機的不良狀況和存在問題，風機操作及負荷調整極其困難，操作壓力大，故障和隱患多，跳車頻次較高，對系統連續穩定運行造成極大威脅。針對風機存在問題進行跟蹤分析研究，并提出有效改進措施并予以組織實施。

（1））風機油溫高是長期制約SFO14型SO2鼓風機安全穩定運行的的主要因素。油溫高致使風機操作風險較大，操作范圍較窄，調整困難，長期油溫在一個較高情況下運行，風機油變質，積碳，軸瓦油道阻塞，存在極大安全風險。針對這種情況，分析原因，主要系液力耦合器配置較小或長期運行，磨損和間隙變化，性能下降，導致能力不足，致使工作油溫較高，工作油與潤滑油共用一個油箱，因工作油溫高而引發潤滑油溫升高。根據原因分析采取有效措施，一方面增設并聯一臺工作油冷卻器，改變外部條件提高工作油冷卻能力來控制和降低油溫；另一方面，也是主要措施就是對液力耦合器進行大修，拆除清洗液耦各部件，更新或修復磨損的備件，更換或調整裝配間隙和油路密封等，恢復和提高液力耦合器性能，有效降低工作油溫，相應降低潤滑油溫，較好改善風機運行條件和運行狀況。

（2））風機操作范圍較窄，調整難度大，原風機操作僅靠調節液力耦合器勺管開度，來調節風機轉速實現風量調整。操作單一，精細操作較為困難，經常在性能曲線外運行，運行效率和穩定性較低，稍有不慎就會發生湍振甚至跳車。經過研究比對其他硫酸系統風機運行狀況和配置，同時與廠家進行技術交流，決定對該風機進行改造，在風機入口加裝前導向，用前導向粗調，再用液力耦合器勺管開度進行微調，通過前導向和液力耦合器緊密配合操作調整，實現風機負荷精細化調節，提高風機運行效率。

（3）風機電機繞組溫度高，究其原因，冷卻方式不合理，采用風水冷這種冷卻方式，即通過板式換熱器，用循環冷卻水冷卻進入繞組的空氣，冷卻效率低，風道較小，通風不暢，冷卻效果差，制約風機負荷的提升，風機長期在120℃-130℃繞組溫度下運行，對電機繞組絕緣等壽命造成一定影響。針對這一問題進行跟蹤研究，摸索嘗試多種方法進行調節和控制，雖收到一些效果，溫度基本能夠控制在90℃左右運行，但仍不能夠從根本上解決問題，依然在一個較高溫度下運行。經過查閱資料，與電機廠家溝通，確定對風機電機進行改造，拆除并拚棄下風道冷卻板式換熱器，對電機返廠進行改造，在電機頂部配置安裝水冷卻器，該項改造成功解決了電機繞組溫度高的問題，改造后電機繞組溫度基本保持在60℃左右，運行狀況良好。

（4）風機葉輪經過十多年的運行，出現腐蝕現象，主要表現在風機葉輪葉片端面，及迎風面處出現明顯腐蝕，葉片端面出現坑洞和麻點，分析判斷，一則是煙氣工藝腐蝕，煙氣含水較高；二則主要表像顯現系煙氣沖刷腐蝕。原因分析準確，確定一方面首先對已腐蝕的葉輪進行修復，葉片端面腐蝕點進行打磨處理，并作動平衡校驗；另一方面加裝前導向，改變煙氣流向，減弱煙氣對葉輪端面的直接沖刷腐蝕。風機前導葉IGV的配置，改變了風機負荷調整方式，使風機風量調整更便捷可靠，再者就是改變了進入風機煙氣流向，很好的保護了葉輪不受煙氣直接沖刷，改善了葉輪使用條件，延長了葉輪使用壽命。

4 SO2風機優化主要技術創新點

30萬噸硫酸系統SO2風機在大修改造過程中，從運行狀況和存在問題細致研究分析，廣泛征求各專業和廠家意見建議，提出可行性方案對SO2風機的性能進行改造優化。

（1）風機轉子修復。對轉子腐蝕的葉片端面部位進行打磨涂層，作動平衡，較好的遏制了進一步腐蝕，延長了轉子使用壽命。

（2）油路系統改造。油冷卻器移位，重新配置油路，通過液壓傳動原理的模擬和計算，油路系統中增加原設計缺失的調節閥、熱力膨脹閥，組成電機潤滑油進口節流回路及潤滑油冷卻器溫度控制旁路，使油路系統可調節程度增加，降低油路損耗的同時使油路系統更穩定，并聯一臺工作油冷卻器，提高工作油冷卻效率，收到了預想的效果。

（3）加裝前導向閥。借鑒成功經驗，該風機增設前導向閥，改變了風機負荷調整方式，使風機風量調整和負荷調節更快捷便利，更加精準，為風機安全穩定操作創造條件，可有效控制和降低風機運行電量，為生產成本的控制起到積極作用。

（4）電機冷卻器改造。鑒于電機繞組溫度持續偏高的問題，認真分析，將原設計冷卻板換拆除，在風機頂部增設效率更高的內置式列管換熱器。很好的解決了長期制約系統的瓶頸問題，效果顯著。

5 SFO14型SO2風機改造優化效果

30萬噸硫酸系統風機改造后，運行穩定狀況良好，指標較優，效果極為理想，很好的解決了長期存在并困擾著系統瓶頸型的問題。

圖2 改造前后后風機運行曲線

從SO2風機性能曲線圖中看，SO2風機改進前風機運行工況點雖然在性能曲線范圍內運行，但從曲線看，工況點已經接近風機性能曲線范圍邊緣；而風機改進后工況點不僅在性能曲線范圍內運行改進后的工況點已經非常接近風機高效運行區。

改進后，SO2風機在接近高效區域內運行，對設備的長期穩定運行提供了可靠的保證，提高了SO2風機的效率。雖然多變效率并不能完全代表SO2風機總效率的變化，但是在此次改進過程中，SO2風機的總效率的變化主要體現在其多變效率的變化，改進后SO2風機的總效率隨之而大幅度的提高。

從SO2風機運行效果來看，SO2風機各項指標及效率均有所改進，且經過本次對該SO2風機的系統優化，延長了該風機的使用壽命，簡化了啟動操作，優化了控制操作，同時降低了電機啟動時的電耗，達到了SO2風機整體性能提升的目的。

6 結語

30萬噸硫酸系統SO2風機性能的提升，有效提高了風機的穩定性和系統的匹配性，從各專業角度分析了影響SO2風機性能的因素，并利用國內的先進技術水平，提升了SO2風機的性能，硫酸系統的穩定運行提供了保障。本項目是多年設備維護專業技術的集中應用，實現了大型設備自主檢修改造，推動了公司專業設備管理技術水平的提升。同時，也逐步形成了一套完善的設備優化程序及方案，該方案目前已成功應用其他冶煉煙氣制酸系統中，收到了良好的效果，并將逐步運用于其它設備的優化中，具有廣泛的推廣應用價值。