轉(zhuǎn)爐干法除塵風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化應(yīng)用研究

劉彥兵，唐志云，孟 澤，趙 坤

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠，山西 太原 030003）

1 干法除塵系統(tǒng)工藝概述

如圖1 所示，轉(zhuǎn)爐吹煉過程中產(chǎn)生的含大量CO等煙塵的高溫?zé)煔猓s1 450 ℃），在ID 風(fēng)機(jī)抽引作用下，經(jīng)過活動(dòng)煙罩、固定煙罩、汽化冷卻煙道后，煙氣溫度降至800～1 000 ℃，然后進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，經(jīng)過雙相噴槍噴嘴冷卻后煙氣溫度降至180～200 ℃，同時(shí)約有30%左右的粗粉塵在蒸發(fā)冷卻器作用下被捕獲，粗粉塵通過鏈?zhǔn)捷敾覚C(jī)進(jìn)入粗粉塵倉。經(jīng)冷卻、粗除塵和調(diào)質(zhì)后的煙氣經(jīng)由數(shù)百米長的荒煤氣管道進(jìn)入圓形靜電除塵器，經(jīng)靜電除塵精除塵后，收集的細(xì)灰經(jīng)過扇形刮灰裝置、底部拉鏈機(jī)、集合刮板機(jī)和斗提機(jī)排到細(xì)粉塵倉。在切換站合格煙氣經(jīng)過煤氣冷卻器降溫到70 ℃后進(jìn)入煤氣柜進(jìn)行回收再利用，不合格煙氣通過放散塔點(diǎn)火裝置燃燒放散。

圖1 轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)工藝流程圖

2 ID 風(fēng)機(jī)功用及結(jié)構(gòu)

ID 風(fēng)機(jī)是干法除塵系統(tǒng)中非常重要的關(guān)鍵設(shè)備。它在從轉(zhuǎn)爐至風(fēng)機(jī)的荒煤氣煙道內(nèi)形成負(fù)壓，將轉(zhuǎn)爐內(nèi)的煙氣抽出，并進(jìn)行加壓，進(jìn)入氣柜以備使用。該風(fēng)機(jī)體積小、功率小、慣性力矩小，并且煙氣流在風(fēng)機(jī)處軸向流經(jīng)，當(dāng)靜電除塵器內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，可直接通過一部分爆炸氣體，對(duì)減輕電除塵的泄爆影響是有利的。在吹煉的過程中，轉(zhuǎn)爐煙氣量是不斷變化的，而子午加速軸流風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)爐口壓力狀況和轉(zhuǎn)爐煙氣量及時(shí)進(jìn)行變速調(diào)整，通過在短時(shí)間內(nèi)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整風(fēng)量，既適應(yīng)了轉(zhuǎn)爐不同冶煉狀態(tài)的風(fēng)量需要，也可以在回收時(shí)保持較高的壓頭與風(fēng)量以保證煤氣的順利回收。

ID 風(fēng)機(jī)屬子午加速軸流式通風(fēng)機(jī)，其葉輪輪轂為錐形，葉輪出口輪轂直徑大于進(jìn)口輪轂直徑，因此其葉輪流道的截面積沿流動(dòng)方向逐漸減少，氣流經(jīng)過葉輪子午面的分速度（子午速度）得到提高，故稱子午加速軸流式風(fēng)機(jī)，它主要由轉(zhuǎn)子組件、進(jìn)氣箱、殼體、擴(kuò)壓器及軸承箱、軸封、監(jiān)測(cè)部件等部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 ID 風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖（單位：mm）

3 ID 風(fēng)機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及國產(chǎn)化應(yīng)用分析

3.1 目前運(yùn)行情況

太鋼二煉鋼廠北區(qū)1 號(hào)、2 號(hào)轉(zhuǎn)爐于2006 年投產(chǎn)，干法除塵系統(tǒng)由德國魯奇公司設(shè)計(jì)提供，配套用ID 風(fēng)機(jī)采用的是進(jìn)口風(fēng)機(jī)，為德國TLT 品牌，運(yùn)行至今逐漸出現(xiàn)風(fēng)機(jī)殼體破損，風(fēng)機(jī)葉輪磨損，主軸變形等劣化趨勢(shì)。而且后期轉(zhuǎn)爐實(shí)際裝爐量大于設(shè)計(jì)裝爐量，風(fēng)機(jī)高負(fù)荷超頻運(yùn)行，但抽煙量低無法滿足實(shí)際運(yùn)行工況要求和環(huán)保需求。在煉鋼吹氧期間風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2 200 r/min，正常運(yùn)行振動(dòng)值基本在3 mm/s 左右，沒有低于1 mm/s 以下情況，軸承故障率高，嚴(yán)重制約轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)。為保證當(dāng)前嚴(yán)格的環(huán)保要求及轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)，ID 風(fēng)機(jī)需要擴(kuò)容改造。

3.2 國產(chǎn)化優(yōu)化改進(jìn)

經(jīng)考察，成套進(jìn)口德國TLT 風(fēng)機(jī)價(jià)格昂貴，一套進(jìn)口轉(zhuǎn)子組價(jià)格與一套成套國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)價(jià)格相當(dāng)，于是反復(fù)對(duì)比調(diào)研國內(nèi)其它鋼廠ID 風(fēng)機(jī)使用情況，篩選具備生產(chǎn)同類風(fēng)機(jī)產(chǎn)品優(yōu)良資質(zhì)廠家，經(jīng)過不斷技術(shù)交流業(yè)績?cè)俅_認(rèn)，最終選用業(yè)績多且產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定的國產(chǎn)風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)在原來風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行諸多優(yōu)化改進(jìn)，以更加符合國內(nèi)鋼廠現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況需求，具體如下：

3.2.1 風(fēng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)壓力核算結(jié)果和風(fēng)量風(fēng)壓匹配最優(yōu)化選型，北區(qū)1 號(hào)、2 號(hào)轉(zhuǎn)爐ID 風(fēng)機(jī)流量和壓力分別由原來的77 m3/s 和7 500 Pa 增加至104 m3/s和8 500 Pa，葉輪直徑由1 330 mm 增大至1 600 mm，在正常轉(zhuǎn)爐冶煉關(guān)鍵工況點(diǎn)有效規(guī)避風(fēng)機(jī)失速區(qū)。

圖3 是風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化前的性能曲線圖，從圖3 中可知實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)1 運(yùn)行在遠(yuǎn)離失速區(qū)，運(yùn)行穩(wěn)定，但風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)行到了最大值2 200 r/min。圖4是風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化后的性能曲線圖，此時(shí)在關(guān)鍵點(diǎn)（第1點(diǎn)）的轉(zhuǎn)速1 520 r/min，完全處于氣動(dòng)安全區(qū)域。在運(yùn)轉(zhuǎn)安全方面比較，改造前風(fēng)機(jī)軸承內(nèi)徑為120 mm 和90 mm，國產(chǎn)化后其軸承內(nèi)徑為170 mm 和170 mm，又配置有油站+高位油箱，所以后者的運(yùn)行安全性和軸承壽命將遠(yuǎn)大于前者。另外，國產(chǎn)化后風(fēng)機(jī)最大運(yùn)行點(diǎn)（第5 點(diǎn)）實(shí)際中不會(huì)用到，實(shí)際工況點(diǎn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不是太高，可極大降低風(fēng)機(jī)振動(dòng)類故障，確保風(fēng)機(jī)可長期高效穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 國產(chǎn)化前風(fēng)機(jī)的性能曲線圖

圖4 國產(chǎn)化后風(fēng)機(jī)的性能曲線圖

3.2.2 增設(shè)強(qiáng)制潤滑裝置—稀油站

國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)軸承座采用稀油站強(qiáng)制循環(huán)潤滑，原進(jìn)口風(fēng)機(jī)采用油池自潤滑，相比而言，采用稀油站潤滑可靠性更高，可有效降低軸承運(yùn)行溫度，使風(fēng)機(jī)保持在最佳狀態(tài)運(yùn)行，特別是在夏天比較明顯，夏天室外溫度整體高，采用油池自潤滑方式，自由端和固定端軸承溫度頻繁報(bào)警，在高報(bào)警的情況下，風(fēng)機(jī)就會(huì)跳閘，嚴(yán)重制約轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)。

3.2.3 增加應(yīng)急高位油箱

國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)新增高位油箱，在稀油站故障的情況下，高位油箱啟用，可保證軸承的潤滑，減少缺油導(dǎo)致燒毀軸承的故障率。而進(jìn)口風(fēng)機(jī)沒有高位油箱，在風(fēng)機(jī)軸承座缺油的情況下，軸承會(huì)嚴(yán)重?zé)龘p，甚至?xí)霈F(xiàn)軸承與風(fēng)機(jī)主軸抱死情況，損壞主軸，導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備故障事故。

3.2.4 空冷站增加備用裝置

自由端軸承冷卻靠空冷站，新風(fēng)機(jī)空冷站一用一備，可保證自由端軸承可靠冷卻，原進(jìn)口風(fēng)機(jī)空冷站只有1 臺(tái)風(fēng)機(jī)，在冷風(fēng)機(jī)發(fā)生故障的情況下，自由端軸承冷卻效果無法得到解決。因此，增加備用冷卻風(fēng)機(jī)后可有效減少該類故障。

3.2.5 葉輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)—防沾灰

原先進(jìn)口風(fēng)機(jī)在使用一段時(shí)間后，輪轂前后均會(huì)積灰，嚴(yán)重的情況下，轉(zhuǎn)子組動(dòng)平衡就會(huì)破壞，風(fēng)機(jī)振動(dòng)值就會(huì)增加，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。新風(fēng)機(jī)在葉輪處進(jìn)行改進(jìn)，在輪轂前后增加擋灰裝置，這樣葉輪就不會(huì)積灰，大大降低風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡類故障。

3.2.6 軸承座軸封改進(jìn)

舊風(fēng)機(jī)軸承座漏油故障率高，特別是固定端軸承座，每次大修更換轉(zhuǎn)子組后頻繁漏油。有時(shí)候漏油嚴(yán)重的情況下，每班需要一個(gè)人每隔1 h 就要進(jìn)行一次補(bǔ)油作業(yè)。新風(fēng)機(jī)軸承座軸封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)原來的迷宮式密封進(jìn)行優(yōu)化，減少漏油類故障同時(shí)減輕巡檢人員的作業(yè)強(qiáng)度。

3.2.7 軸承及軸承座尺寸優(yōu)化

舊風(fēng)機(jī)自由端和固定端軸承型號(hào)分別為C2218和22224E/C3，舊風(fēng)機(jī)自由端軸承選型較小，由于風(fēng)機(jī)長期運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速工況，振動(dòng)故障率較高，新風(fēng)機(jī)對(duì)自由端和固定端軸承重新放大選型，改為一樣的型號(hào)22234E/C3，同時(shí)改進(jìn)后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速較舊風(fēng)機(jī)低，可極大降低振動(dòng)故障率。目前，風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)爐正常冶煉的情況下，自由端和固定端振動(dòng)值均≤0.5 mm/s。

3.2.8 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)改進(jìn)

舊風(fēng)機(jī)采用輪胎式聯(lián)軸器，輪胎屬進(jìn)口件，價(jià)格昂貴，現(xiàn)將聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改為國產(chǎn)防爆無火花式膜片式聯(lián)軸器，在滿足現(xiàn)場實(shí)際工況使用要求的前提下，還可降低備件采購費(fèi)用。

3.2.9 散熱輪增加防護(hù)裝置

舊風(fēng)機(jī)固定端軸承座散熱輪沒有防護(hù)罩，特別是在軸承座打甘油作業(yè)時(shí)，存在較大安全隱患，現(xiàn)將散熱輪增設(shè)防護(hù)罩，可極大改善作業(yè)人員的作業(yè)環(huán)境，保障作業(yè)人員人身安全。

4 結(jié)論

ID 風(fēng)機(jī)作為轉(zhuǎn)爐干法除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，北區(qū)1 號(hào)、2 號(hào)轉(zhuǎn)爐風(fēng)機(jī)分別在2020 年7 月和9 月實(shí)施國產(chǎn)化擴(kuò)容改造，改進(jìn)優(yōu)化后極大提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)國產(chǎn)化后降低了備件采購費(fèi)用，減少庫占資金。轉(zhuǎn)爐正常投產(chǎn)后，在煉鋼期間設(shè)定轉(zhuǎn)速1 450 r/min 即可滿足工況運(yùn)行要求，前后軸承振動(dòng)值分別為0.4 mm/s，0.5 mm/s，風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，極大降低了風(fēng)機(jī)故障率，確保了干法除塵系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，滿足當(dāng)下環(huán)保發(fā)展要求，保證了轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)。