冶煉風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)的優(yōu)化改造研究

摘 要：風(fēng)機(jī)是冶煉廠中常用的一項(xiàng)設(shè)備，其對(duì)冶煉廠的運(yùn)行、生產(chǎn)情況會(huì)造成直接影響。但是，從大量冶煉廠的運(yùn)行情況來看，多數(shù)冶煉廠中的風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中都存在壓力偏高、風(fēng)量不高等現(xiàn)象，這將會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，以及冶煉廠的生產(chǎn)造成不良影響，針對(duì)該現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)做好相應(yīng)的分析工作，對(duì)風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，從而使風(fēng)機(jī)的性能能夠滿足冶煉廠運(yùn)行與生產(chǎn)過程中具體需求。

關(guān)鍵詞：冶煉廠；風(fēng)機(jī)出樓；優(yōu)化改造

中圖分類號(hào)：TH43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）15-0305-02

前 言

某冶煉廠中的風(fēng)機(jī)在具體應(yīng)用過程中，長(zhǎng)期受風(fēng)量不足問題的影響，對(duì)冶煉廠的生產(chǎn)造成了不良影響。冶煉廠的工作人員與風(fēng)機(jī)供應(yīng)商進(jìn)行溝通，協(xié)調(diào)分析，最終決定優(yōu)化前后風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)的CFD流場(chǎng)模擬，通過分析優(yōu)化后的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后，出口阻力明顯減小，依據(jù)該優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)行改造，確保風(fēng)機(jī)在應(yīng)用過程中能夠發(fā)揮良好的作用。

1 分析風(fēng)機(jī)應(yīng)用過程中存在的問題

某冶煉廠中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)如下：體積流量大小為：345800m3/h，煙氣是氣體的介質(zhì)，全壓大小為98800Pa，進(jìn)氣的溫度約為99.8℃。

將風(fēng)機(jī)投入到冶煉廠中，通過一段時(shí)間的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，其在運(yùn)行過程中存在分量不夠，壓力偏高情況，這在一定程度上對(duì)冶煉廠運(yùn)行過程中的產(chǎn)能造成了較為嚴(yán)重的制約。通過對(duì)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)用情況進(jìn)行分析，最終認(rèn)定風(fēng)機(jī)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)問題的主要原因是，實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)點(diǎn)存在較大誤差。在具體分析過程中，為判斷該分析結(jié)果是否正確，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)量工作點(diǎn)狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)流量與進(jìn)出口的具體壓力差情況，通過測(cè)量如下：實(shí)際流量值與設(shè)計(jì)值相比，低了接近18.8%，而壓力則高出了約5.85%。

通過對(duì)冶煉廠中的風(fēng)機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)出口管路的直管段較短，這極有可能影響風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中的具體性能。正常來說，風(fēng)機(jī)出口段長(zhǎng)度不得小于100%有效管路長(zhǎng)度，在具體設(shè)計(jì)過程中，若直管段未達(dá)到該長(zhǎng)度，在問題分析期間，應(yīng)當(dāng)考慮由于直管段過短，從而導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生附加阻力，對(duì)風(fēng)機(jī)的性能造成不良影響[1]。

通過對(duì)冶煉廠中的該風(fēng)機(jī)進(jìn)行分析可以斷定，出口流速約為22.8m/s，100%有效管路長(zhǎng)度為3.8倍管徑長(zhǎng)度，而從實(shí)際情況來看，風(fēng)機(jī)出口直接管段長(zhǎng)度僅為主管直徑的1.45倍，僅為有效長(zhǎng)度的為38.16%，由此可見，風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，管路系統(tǒng)面臨著大量的附加阻力損失，這也就造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中，無法滿足冶煉廠的生產(chǎn)需求。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在問題分析過程中，如果僅對(duì)局部阻力和沿程阻力進(jìn)行計(jì)算，出口管路的實(shí)際損失為371.5Pa；但是，分析期間，如果考慮系統(tǒng)附加阻力，此時(shí)出口管的損失將會(huì)進(jìn)一步加大了，會(huì)達(dá)到671.8Pa。而如果在具體設(shè)計(jì)過程中，只對(duì)管道沿程阻力損失和局部阻力損失情況進(jìn)行考慮，忽視因?yàn)轱L(fēng)機(jī)出口直管過短，從而引起的附加阻力損失，這勢(shì)必會(huì)對(duì)冶廠中應(yīng)用的風(fēng)機(jī)的具體運(yùn)行造成不良影響[2]。

2 風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為了降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中附加阻力損失，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)出口管理的合理優(yōu)化，結(jié)合冶煉廠現(xiàn)場(chǎng)管路的具體布置情況，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)風(fēng)機(jī)出口直管段，最終使其能夠達(dá)到有效管路長(zhǎng)度的100%，完成該項(xiàng)操作后，在利用45°彎頭同后續(xù)管道進(jìn)行連接，完成對(duì)管路的合理優(yōu)化[3]。通過該方式完成相應(yīng)的優(yōu)化后，對(duì)出口管路損失進(jìn)行計(jì)算，最終可以確定，管理的損失僅為418.5Pa，與優(yōu)化前損失671.8Pa相比，改良效果十分明顯。

3 仿真分析

在實(shí)際分析過程中，通過對(duì)CFD計(jì)算軟件進(jìn)行應(yīng)用，完成對(duì)流程的仿真分析，通過該方式對(duì)出口管路的實(shí)際優(yōu)化效果進(jìn)行驗(yàn)證，將優(yōu)化前后的風(fēng)機(jī)出口管路與風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理連接，同時(shí)在該過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)機(jī)及出口管理系統(tǒng)進(jìn)行整體流場(chǎng)計(jì)算。

在問題具體分析過程中，為了確保最終分析結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)對(duì)三維建模軟件進(jìn)行應(yīng)用，從而完成對(duì)風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)出口管路的三維建模，建模期間應(yīng)當(dāng)分別構(gòu)建風(fēng)機(jī)模型、未優(yōu)化時(shí)的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模型，以及經(jīng)過優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)模型。

進(jìn)行計(jì)算網(wǎng)格時(shí)，對(duì)分塊四面體網(wǎng)格進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)管路以及分級(jí)進(jìn)行分別的網(wǎng)格劃分。針對(duì)近壁面處的網(wǎng)絡(luò)要采用加密處理，未進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，風(fēng)機(jī)出口管路網(wǎng)格的總數(shù)約為74800，而進(jìn)行優(yōu)化后，風(fēng)機(jī)出口管路網(wǎng)格的總數(shù)達(dá)到了約128800，風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的總數(shù)達(dá)到了約1109800。完成網(wǎng)格劃分后，應(yīng)當(dāng)將風(fēng)機(jī)網(wǎng)格與優(yōu)化前后的出口管路網(wǎng)格進(jìn)行合理連接，最終形成一個(gè)整體，完成完成優(yōu)化改造。

完成相應(yīng)的優(yōu)化操作后，對(duì)風(fēng)機(jī)中截面的總分布情況進(jìn)行對(duì)比分析，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后，變徑關(guān)內(nèi)的進(jìn)出口總壓的分布更加接近，同時(shí)風(fēng)機(jī)中的支管面的總壓的分布情況變得更加均勻合理，同時(shí)分離區(qū)也變的更小[4]。造成該項(xiàng)現(xiàn)象的主要原因是，通在對(duì)風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，出口管路中，變徑管后直管段將會(huì)變得更長(zhǎng)，此時(shí)變徑管出口出的氣流則可以有足長(zhǎng)的距離完成相應(yīng)的摻混操作，這樣就使氣流在進(jìn)入到支管前變得更加均勻，達(dá)到減小直觀內(nèi)分離的目的，從而降低風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中的流動(dòng)損失。

綜上所述，通過對(duì)優(yōu)化后的管路進(jìn)行應(yīng)用，能夠有效減少風(fēng)機(jī)出口路徑內(nèi)的流動(dòng)分離情況，最大程度低管路在實(shí)際運(yùn)行過程中遭受到的阻力損失，從而使風(fēng)機(jī)的性能能夠得到進(jìn)一步改善，使風(fēng)機(jī)的性能與系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況更加匹配，時(shí)運(yùn)行點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)更加接近，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的合理性[5]。

4 優(yōu)化后風(fēng)機(jī)在冶煉廠中的具體應(yīng)用效果

對(duì)出口管路優(yōu)化設(shè)計(jì)方案數(shù)值模擬和公式計(jì)算，最終結(jié)果都表明，通過相應(yīng)的優(yōu)化后，管路處遭受到阻力損失減少十分明顯，這對(duì)于提高風(fēng)機(jī)的在運(yùn)行過程中的舉流量來說有著重要意義。在該冶煉廠中，依據(jù)制定的優(yōu)化方案，對(duì)出口管理進(jìn)行優(yōu)化改造，完成相應(yīng)的改造后，對(duì)運(yùn)行工況下的風(fēng)機(jī)，進(jìn)行再一次的測(cè)試，通過測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，改造后與改造前進(jìn)行對(duì)比，風(fēng)機(jī)流量上升了約18.5%，基本處于設(shè)計(jì)點(diǎn)狀態(tài)，優(yōu)化風(fēng)機(jī)取得良好效果十分顯著，并且也解決了風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，風(fēng)量不足的情況[6]。通過優(yōu)化后，該冶煉廠的風(fēng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中并未出現(xiàn)問題，同時(shí)各類指標(biāo)參數(shù)也都達(dá)到了系統(tǒng)工藝在具體設(shè)計(jì)時(shí)的要求，為工藝系統(tǒng)運(yùn)行的的安全性與合理性提供了強(qiáng)有力的保障。

5 結(jié)束語

通過對(duì)煉廠風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，通過合理的方式，對(duì)風(fēng)機(jī)出口管路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，最終得到以下結(jié)論：

（1）風(fēng)機(jī)出口管路對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能會(huì)造成較大影響，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，風(fēng)機(jī)出口直管段長(zhǎng)度不得小于100%有效管路長(zhǎng)度，如果小于該值，則在分析過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)直管段過短引起的系統(tǒng)附加阻力進(jìn)行充分考慮。

（2）風(fēng)機(jī)在是運(yùn)行過程中，系統(tǒng)附加阻力損失，從實(shí)際上看，管路系統(tǒng)進(jìn)出口不均勻氣流遇到阻力后，由于氣流本身發(fā)生波動(dòng)，出現(xiàn)了不均勻情況，從而引起了不必要的損失。而在風(fēng)機(jī)中，可以通過延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口直管段的方式，能夠降低系統(tǒng)中存在的附加阻力，甚至可以將其完全消除。

（3）風(fēng)機(jī)出口管路過短，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)附加阻力，這將會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行造成不良影響，導(dǎo)致流量下降，造成產(chǎn)能不足。因此，通過管路優(yōu)化，消除系統(tǒng)附加阻力，并且依據(jù)優(yōu)化結(jié)果，解決風(fēng)機(jī)流量不足現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

[1]張永福，許懷鵬.超凈排脫硫改造風(fēng)機(jī)和煙道振動(dòng)分析及對(duì)策[J].冶金動(dòng)力，2018（05）：46～48.

[2]徐紅燦，滕予非，王曉茹.基于重復(fù)和準(zhǔn)比例諧振復(fù)合的直驅(qū)風(fēng)機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器控制策略[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018（4）：1～8.

[3]張 亮，席光耀，饒 杰，等.某冶煉廠硫酸系統(tǒng)風(fēng)機(jī)事故分析及改進(jìn)措施[J].通用機(jī)械，2015（10）：54～56.

[4]高 飛.冶煉煙氣制酸廠二氧化硫風(fēng)機(jī)的選用研究[J].有色設(shè)備，2013（03）：32～34.

[5]李占才.冶煉廠風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡工藝技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（25）：76～77.

[6]靳遵龍，李水云，雷珮云，等.矩形微道道內(nèi)單相液體湍流對(duì)流流動(dòng)與換熱數(shù)值研究[J].壓力容器，2013，30（5）：7～12，69.

收稿日期：2018-4-21

作者簡(jiǎn)介：李少全（1984-），男，助理工程師，大專，主要從事工程施工管理（設(shè)備、非標(biāo)制安）工作。