淺談煤氣風(fēng)機(jī)選型中常見(jiàn)問(wèn)題

蘇 靜，蘇志強(qiáng)

(濟(jì)民可信(高安)清潔能源有限公司，江西 高安 330800)

煤氣風(fēng)機(jī)是我國(guó)鋼鐵、焦化、煤化工常壓氣化爐流程中的主要設(shè)備，煤氣風(fēng)機(jī)穩(wěn)定高效率運(yùn)行是常壓煤氣流程經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。合理選擇其型式是常壓煤氣流程中設(shè)計(jì)中關(guān)鍵內(nèi)容。對(duì)于煤氣風(fēng)機(jī)，可供選擇的型式有離心式風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)。常壓煤氣加壓流程這兩種型式風(fēng)機(jī)在以往的工程中都采用過(guò)，都有著穩(wěn)定運(yùn)行和檢修經(jīng)驗(yàn)。就煤氣風(fēng)機(jī)選型來(lái)說(shuō)，一般單臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大于60000 m3/h綜合性能考慮采用離心式風(fēng)機(jī)為主流。而離心式煤氣風(fēng)機(jī)在選型過(guò)程中葉輪級(jí)數(shù)、葉輪材質(zhì)、主軸材質(zhì)以及清灰具體措施與風(fēng)機(jī)在工藝流程中的位置、工藝條件、煤氣成分等有著密切的關(guān)系。本文從以上幾點(diǎn)出發(fā)，淺析離心式煤氣風(fēng)機(jī)的選型問(wèn)題。

1 煤氣風(fēng)機(jī)選型前工藝簡(jiǎn)介及選型工藝基礎(chǔ)確認(rèn)

1.1 概 述

煤氣風(fēng)機(jī)在工藝流程中位置分為兩種如圖1、圖2所示。

圖1 煤氣加壓風(fēng)機(jī)位于煤氣凈化流程后

圖2 煤氣加壓風(fēng)機(jī)位于煤氣凈化流程前

圖1為煤氣加壓風(fēng)機(jī)位于煤氣凈化流程后。圖2為煤氣加壓風(fēng)機(jī)位于煤氣凈化流程前。

1.2 煤氣風(fēng)機(jī)選型工藝條件氣體成份及選型條件

以圖2流程某種氣化爐空氣、蒸汽氣化出口氣體成份及選型條件為本次討論選型前提條件，氣體成份及選型條件見(jiàn)表1。

表1 氣體成份及選型條件

本工藝條件下煤氣才能在硫化氫、氨、灰塵、極端工況下含有微量焦油，煤氣離心風(fēng)機(jī)選型應(yīng)充分考慮上述因素對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的影響。

1.3 煤氣風(fēng)機(jī)選型流程與工藝條件確認(rèn)

圖2流程中煤氣加壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況較圖1流程更加惡化，選型時(shí)需要更加注重煤氣成分與風(fēng)機(jī)選型過(guò)程中葉輪材質(zhì)、主軸材質(zhì)以及清灰具體措施等問(wèn)題。本文以圖2流程、表1工藝條件為煤氣風(fēng)機(jī)選型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 煤氣風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)、主軸材質(zhì)、葉輪材質(zhì)等問(wèn)題

2.1 針對(duì)以上流程及工藝條件煤氣風(fēng)機(jī)葉輪級(jí)數(shù)選型

離心煤氣風(fēng)機(jī)工作原理：根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的原理，旋轉(zhuǎn)離心力的作用及工作輪中的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體的速度得到提高，隨后在擴(kuò)壓器中把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。

2.2 單級(jí)離心風(fēng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

單級(jí)離心風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，得到同樣的壓力能單級(jí)需要較高的轉(zhuǎn)速，這樣不僅會(huì)加重部件的磨損，而且還會(huì)形成較大的高頻噪音，高速時(shí)風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性也相對(duì)較差，與其匹配就需要精密的平衡裝備的要求。

單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)采用了單級(jí)葉輪，因此能有效克服多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)因葉輪級(jí)數(shù)多、流道長(zhǎng)、風(fēng)壓損失大的缺點(diǎn)，減少了泄露損失，使風(fēng)機(jī)的效率得以提高。風(fēng)機(jī)還具有風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍寬、外形尺寸小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)[1]。

單級(jí)離心風(fēng)機(jī)一般是依靠齒輪箱獲得高轉(zhuǎn)速，葉輪必須要比多級(jí)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高出很多，由于壓力的提供很大程度上依靠轉(zhuǎn)速的提高，由于轉(zhuǎn)速特別高，而轉(zhuǎn)速的提供受到平衡、潤(rùn)滑及材料性能等多方面的限制，所以風(fēng)機(jī)的控制和后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)有著要求嚴(yán)格。由于高轉(zhuǎn)速帶來(lái)諸多部件如葉片等磨損較大，所以單級(jí)離心風(fēng)機(jī)的壽命較多級(jí)離心風(fēng)機(jī)低。基于表1的工藝條件，單級(jí)高速的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約在8000～8500 RPM。

2.3 多級(jí)離心風(fēng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

多級(jí)離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子由多個(gè)葉輪、主軸、隔套及平衡盤(pán)組成。其中，每級(jí)葉輪按新的高效理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，出口為后向型，并且采用合理的葉片安裝角度，使葉輪的流道長(zhǎng)，穩(wěn)流區(qū)相對(duì)較長(zhǎng)；葉輪前盤(pán)為等強(qiáng)度錐弧狀，減少了進(jìn)氣形成的渦流和阻力；一般每級(jí)葉輪的外徑均相等；結(jié)合風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免軸向推力對(duì)軸承壽命的影響，風(fēng)機(jī)的高壓端轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)有平衡盤(pán)結(jié)構(gòu)，大大改善風(fēng)機(jī)軸承的運(yùn)行條件，延長(zhǎng)軸承使用壽命。

多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)缺點(diǎn)是：葉輪級(jí)數(shù)多、流道長(zhǎng)、風(fēng)壓損失大、泄漏點(diǎn)損失多。

基于表1的工藝條件，多級(jí)風(fēng)機(jī)的選型是采用3級(jí)葉輪，轉(zhuǎn)速在5000～5500 RPM。

2.4 本工藝條件下煤氣風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)的確認(rèn)

針對(duì)本項(xiàng)目工藝條件含有微量焦油及灰塵，結(jié)合單級(jí)風(fēng)機(jī)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速高、噪音大、維護(hù)難度高、加之風(fēng)機(jī)的部件磨損快，而且對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡更敏感、裝配要求極其嚴(yán)格的特點(diǎn)。

多級(jí)風(fēng)機(jī)在本工藝條件下中更具有優(yōu)勢(shì)，多級(jí)低速不僅可以延緩轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損情況，保持較長(zhǎng)的使用壽命，風(fēng)機(jī)在對(duì)抗轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)更穩(wěn)定，且對(duì)于設(shè)備的維護(hù)等各方面要求相對(duì)簡(jiǎn)單。鑒于上述特點(diǎn)，所以優(yōu)先選用多級(jí)中速離心風(fēng)機(jī)。

2.4.1 煤氣風(fēng)機(jī)主軸材質(zhì)選型

就本工藝前提煤氣風(fēng)機(jī)采用中速多級(jí)離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子較重，結(jié)合強(qiáng)度、韌性以及剛度，高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度等條件。常用材質(zhì)有42CrMo、40CrNiMo、40CrNiMo7、40CrNiMoA等。國(guó)標(biāo)牌號(hào)：40CrNiMoA對(duì)應(yīng)意大利牌號(hào)：40NiCrMo7。現(xiàn)將這幾種牌號(hào)材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分、力學(xué)性能、用途范圍進(jìn)行對(duì)比選型。

2.4.2 常用主軸鋼材性能對(duì)比表

表2 常用主軸鋼材性能對(duì)比表

續(xù)表2

2.4.3 本工藝條件下煤氣風(fēng)機(jī)主軸材質(zhì)選型

根據(jù)以上對(duì)比表可知，選擇主軸材質(zhì)為40CrNiMo7(國(guó)標(biāo)牌號(hào)：40CrNiMoA)安全、可靠程度、性能最佳。

2.4.4 煤氣風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)選型

就本工藝前提下針對(duì)硫化氫腐蝕、氫氰酸、煤焦油以及煤灰惡劣工況下可選用的常用葉輪材質(zhì)有：30CrMnSiA、35CrMnSi、35CrMo、FV520B等。

結(jié)合煤化工煤氣風(fēng)機(jī)常規(guī)選型常用材質(zhì)，綜合考慮腐蝕和磨蝕因素實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)等，選用煤氣風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)為：FV520B。

2.4.5 煤氣風(fēng)機(jī)葉輪防止腐蝕、結(jié)灰的一些探討

煤氣風(fēng)機(jī)產(chǎn)生腐蝕原因分為一下幾種形式：應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、微震腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕。煤氣風(fēng)機(jī)處在酸性介質(zhì)中，加之積灰運(yùn)行失去動(dòng)平衡，葉輪受力惡化最終導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕風(fēng)機(jī)葉輪損壞。

煤氣風(fēng)機(jī)腐蝕的主要機(jī)理是化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕，所以葉輪選材提前考慮運(yùn)行工藝條件至關(guān)重要[2]。

煤氣風(fēng)機(jī)結(jié)灰的原因：一定量的粉塵、水汽和酸性氣體，如SO2、HCl、CO2等。這些物質(zhì)進(jìn)入風(fēng)機(jī)后因膨脹做功，煤氣中的酸性氣體溶解在凝結(jié)水中，在葉片表面形成一層酸性水膜，對(duì)葉片表面造成腐蝕，使腐蝕后的金屬表面光滑度急劇下降，使其吸附力增強(qiáng)。煤氣中的水分使葉輪處于濕潤(rùn)狀態(tài)，附著在葉片上的沉積物中的鹽類溶于水膜中，對(duì)葉片表面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，并逐步向內(nèi)滲入，使葉片表面的蝕坑加深，沉積下來(lái)的灰垢更加牢固[3]。

具體防止積灰及延長(zhǎng)葉輪壽命措施有：

(1)從設(shè)計(jì)角度考慮葉片的出口安裝角，綜合考慮設(shè)計(jì)葉輪流道的長(zhǎng)短，減少積灰；

(2)分散劑噴加法清理、控制風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)灰；

(3)定期停車低壓蒸汽清理風(fēng)機(jī)葉輪；

(4)為了解決葉輪壽命問(wèn)題，葉輪葉片采用進(jìn)口厚板葉片與尾部薄板葉片焊接形式，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中即使葉輪受水蝕、水沖刷和灰塵磨損，當(dāng)進(jìn)口葉片磨薄至尾部薄板葉片厚度時(shí)，還可以經(jīng)堆焊修補(bǔ)延長(zhǎng)葉輪壽命[4]。

3 結(jié) 語(yǔ)

煤氣風(fēng)機(jī)在對(duì)應(yīng)煤氣工藝流程中穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的，直接影響煤氣進(jìn)入下道工序的穩(wěn)定。煤氣風(fēng)機(jī)選型除了結(jié)合工藝條件和系統(tǒng)對(duì)應(yīng)配置外，還應(yīng)該注意后續(xù)設(shè)計(jì)綜合考慮腐蝕和結(jié)灰問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。風(fēng)機(jī)選型中，除了滿足系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)壓要求外，盡可能選擇效率高的風(fēng)機(jī).這樣既能滿足使用要求，又能節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用[5]。另外，實(shí)際運(yùn)行中積灰的清理必須在保證葉輪不能失去動(dòng)平衡的前提下進(jìn)行。本文淺析煤氣風(fēng)機(jī)選型中的一些問(wèn)題，實(shí)際選型后制造過(guò)程中還得結(jié)合制造廠家綜合考慮其它因素。以達(dá)到煤氣風(fēng)機(jī)在工藝流程中穩(wěn)定運(yùn)行的目的。