二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)改造技術(shù)研究與應(yīng)用

王輝，劉晏軍，張述榮

（金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅 金昌 737100）

二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)是制酸系統(tǒng)的核心設(shè)備，其安全穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)硫酸系統(tǒng)甚至相配套的冶煉系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。金川集團(tuán)公司30萬(wàn)噸制酸系統(tǒng)SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)是德國(guó)KKK公司制造，設(shè)計(jì)處理風(fēng)量16.5萬(wàn)Nm3/h。該設(shè)備自2006年10月投用至今已有11年。經(jīng)過(guò)歷年的檢修和改造完善，性能沒(méi)有明顯劣化，反而得到較好的提升，設(shè)備狀況良好。

1 SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)概況

SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)系2006年隨冶煉系統(tǒng)改造，30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)建成投產(chǎn)而投用。設(shè)計(jì)風(fēng)量16.5萬(wàn)Nm3/h，配置5500KW同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，配有液力耦合器調(diào)速，但沒(méi)有配置前導(dǎo)向，電動(dòng)機(jī)繞組采用風(fēng)水冷冷卻方式進(jìn)行冷卻。

設(shè)備自2006年投用以來(lái)，隨著時(shí)間推移，運(yùn)行狀況不佳，性能逐年劣化，運(yùn)行穩(wěn)定性下降，運(yùn)行參數(shù)逐步下滑，存在諸多制約性問(wèn)題。通過(guò)對(duì)該設(shè)備各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面跟蹤檢測(cè)分析及對(duì)風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)的比對(duì)，其運(yùn)行工況點(diǎn)已低于額定運(yùn)行范圍，且該SO2風(fēng)機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)已接近允許范圍的高臨界點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)各部件進(jìn)行了全面的測(cè)量，該風(fēng)機(jī)已出現(xiàn)劣化現(xiàn)象。因此需要對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造、優(yōu)化完善，提高其各項(xiàng)性能，以滿(mǎn)足30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)的工藝需求。

2 存在的主要問(wèn)題

(1) SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)由于實(shí)際壓頭、流量均低于設(shè)計(jì)值，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在性能曲線(xiàn)以外運(yùn)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(dǎo)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(fù)荷增大，液力耦合器不能承擔(dān)所有的增加熱量，致使油溫過(guò)高；工作油溫高，而工作油與潤(rùn)滑油共用油箱，工作油溫高導(dǎo)致潤(rùn)滑油基礎(chǔ)溫度較高，顯得工作油和潤(rùn)滑油冷卻器能力不足，液力耦合器存在大馬拉小車(chē)的狀況，長(zhǎng)期工作油溫偏高（在120℃接近報(bào)警線(xiàn)運(yùn)行），致使工作油積碳、結(jié)膠，污染潤(rùn)滑油，阻塞過(guò)濾器甚至潤(rùn)滑油通道，曾多次出現(xiàn)油溫高及油壓低而造成聯(lián)鎖跳車(chē)。給硫酸系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的冶煉系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)造成極大的影響，為避免風(fēng)機(jī)因油溫高跳車(chē)，強(qiáng)行控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量，降低負(fù)荷，油溫最大可能控制在接近報(bào)警值運(yùn)行，尤其是夏季高溫季節(jié)，表現(xiàn)尤為突出，是制約風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷的一個(gè)主要因素。

(2)風(fēng)機(jī)操作范圍窄，經(jīng)常在性能曲線(xiàn)外運(yùn)行，調(diào)節(jié)困難，稍有不慎就會(huì)發(fā)生湍振甚至跳車(chē)事故。根據(jù)工藝要求，風(fēng)機(jī)在允許風(fēng)量范圍之間應(yīng)能連續(xù)調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)達(dá)到17.5%～100%，采用液力耦合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)范圍只能達(dá)到36%～100%.由于該型風(fēng)機(jī)的力學(xué)設(shè)計(jì)原因，轉(zhuǎn)軸選用柔性軸，臨界轉(zhuǎn)速1500rpm，因此風(fēng)機(jī)必須避開(kāi)轉(zhuǎn)速1200-1900rpm之間操作，以保證與臨界轉(zhuǎn)速保持安全間隔，避免調(diào)速至該諧振頻率時(shí)可能導(dǎo)致的機(jī)組損壞，因而耦合器的調(diào)節(jié)范圍變窄，只有47%～100%，為滿(mǎn)足調(diào)節(jié)范圍，對(duì)于低于1900 rpm轉(zhuǎn)速下風(fēng)量的連續(xù)調(diào)節(jié)，需改變調(diào)節(jié)方式滿(mǎn)足工藝需求（圖1）。

圖1 風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)圖

(3)液力耦合器長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，是造成油溫高的主要原因，特別是啟動(dòng)扭矩大，負(fù)荷重，啟動(dòng)困難，液力耦合器性能下降，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)困難，工作油溫高，曾多次在啟動(dòng)過(guò)程中由于工作油溫過(guò)高導(dǎo)致液耦易熔塞熔化，致使風(fēng)機(jī)不能啟動(dòng)或在啟動(dòng)過(guò)程中跳車(chē)情況發(fā)生。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中液力耦合器勺管開(kāi)度調(diào)節(jié)達(dá)不到風(fēng)量調(diào)節(jié)需求。

(4)電機(jī)繞組溫度較高。通過(guò)降低循環(huán)水溫度，提高循環(huán)水量，檢修疏通換熱器，拓寬通風(fēng)道等一系列措施，進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)整，但電機(jī)基本在接近繞組溫度報(bào)警值運(yùn)行，多次發(fā)生因電機(jī)繞組溫度過(guò)高聯(lián)鎖跳車(chē)。

(5)風(fēng)機(jī)葉輪腐蝕。由于煙氣來(lái)源較多，成分較為復(fù)雜，煙氣波動(dòng)范圍較大，再者在因干燥效果不佳，含水較高，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪腐蝕現(xiàn)象明顯，在葉輪迎風(fēng)面葉片尖部出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，破壞風(fēng)機(jī)動(dòng)平衡，影響轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度，而且有進(jìn)一步劣化趨勢(shì)，影響轉(zhuǎn)子運(yùn)行壽命和運(yùn)行效率，同時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)渦殼有點(diǎn)蝕現(xiàn)象。

3 SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)問(wèn)題研究與改造提升

鑒于SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)的不良狀況和存在問(wèn)題，風(fēng)機(jī)操作及負(fù)荷調(diào)整極其困難，操作壓力大，故障和隱患多，跳車(chē)頻次較高，對(duì)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行造成極大威脅。針對(duì)風(fēng)機(jī)存在問(wèn)題進(jìn)行跟蹤分析研究，并提出有效改進(jìn)措施并予以組織實(shí)施。

（1））風(fēng)機(jī)油溫高是長(zhǎng)期制約SFO14型SO2鼓風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的的主要因素。油溫高致使風(fēng)機(jī)操作風(fēng)險(xiǎn)較大，操作范圍較窄，調(diào)整困難，長(zhǎng)期油溫在一個(gè)較高情況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)油變質(zhì)，積碳，軸瓦油道阻塞，存在極大安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這種情況，分析原因，主要系液力耦合器配置較小或長(zhǎng)期運(yùn)行，磨損和間隙變化，性能下降，導(dǎo)致能力不足，致使工作油溫較高，工作油與潤(rùn)滑油共用一個(gè)油箱，因工作油溫高而引發(fā)潤(rùn)滑油溫升高。根據(jù)原因分析采取有效措施，一方面增設(shè)并聯(lián)一臺(tái)工作油冷卻器，改變外部條件提高工作油冷卻能力來(lái)控制和降低油溫；另一方面，也是主要措施就是對(duì)液力耦合器進(jìn)行大修，拆除清洗液耦各部件，更新或修復(fù)磨損的備件，更換或調(diào)整裝配間隙和油路密封等，恢復(fù)和提高液力耦合器性能，有效降低工作油溫，相應(yīng)降低潤(rùn)滑油溫，較好改善風(fēng)機(jī)運(yùn)行條件和運(yùn)行狀況。

（2））風(fēng)機(jī)操作范圍較窄，調(diào)整難度大，原風(fēng)機(jī)操作僅靠調(diào)節(jié)液力耦合器勺管開(kāi)度，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整。操作單一，精細(xì)操作較為困難，經(jīng)常在性能曲線(xiàn)外運(yùn)行，運(yùn)行效率和穩(wěn)定性較低，稍有不慎就會(huì)發(fā)生湍振甚至跳車(chē)。經(jīng)過(guò)研究比對(duì)其他硫酸系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況和配置，同時(shí)與廠(chǎng)家進(jìn)行技術(shù)交流，決定對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，在風(fēng)機(jī)入口加裝前導(dǎo)向，用前導(dǎo)向粗調(diào)，再用液力耦合器勺管開(kāi)度進(jìn)行微調(diào)，通過(guò)前導(dǎo)向和液力耦合器緊密配合操作調(diào)整，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)負(fù)荷精細(xì)化調(diào)節(jié)，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。

（3）風(fēng)機(jī)電機(jī)繞組溫度高，究其原因，冷卻方式不合理，采用風(fēng)水冷這種冷卻方式，即通過(guò)板式換熱器，用循環(huán)冷卻水冷卻進(jìn)入繞組的空氣，冷卻效率低，風(fēng)道較小，通風(fēng)不暢，冷卻效果差，制約風(fēng)機(jī)負(fù)荷的提升，風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期在120℃-130℃繞組溫度下運(yùn)行，對(duì)電機(jī)繞組絕緣等壽命造成一定影響。針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行跟蹤研究，摸索嘗試多種方法進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，雖收到一些效果，溫度基本能夠控制在90℃左右運(yùn)行，但仍不能夠從根本上解決問(wèn)題，依然在一個(gè)較高溫度下運(yùn)行。經(jīng)過(guò)查閱資料，與電機(jī)廠(chǎng)家溝通，確定對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行改造，拆除并拚棄下風(fēng)道冷卻板式換熱器，對(duì)電機(jī)返廠(chǎng)進(jìn)行改造，在電機(jī)頂部配置安裝水冷卻器，該項(xiàng)改造成功解決了電機(jī)繞組溫度高的問(wèn)題，改造后電機(jī)繞組溫度基本保持在60℃左右，運(yùn)行狀況良好。

（4）風(fēng)機(jī)葉輪經(jīng)過(guò)十多年的運(yùn)行，出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)葉輪葉片端面，及迎風(fēng)面處出現(xiàn)明顯腐蝕，葉片端面出現(xiàn)坑洞和麻點(diǎn)，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(xiàn)系煙氣沖刷腐蝕。原因分析準(zhǔn)確，確定一方面首先對(duì)已腐蝕的葉輪進(jìn)行修復(fù)，葉片端面腐蝕點(diǎn)進(jìn)行打磨處理，并作動(dòng)平衡校驗(yàn)；另一方面加裝前導(dǎo)向，改變煙氣流向，減弱煙氣對(duì)葉輪端面的直接沖刷腐蝕。風(fēng)機(jī)前導(dǎo)葉IGV的配置，改變了風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)整方式，使風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整更便捷可靠，再者就是改變了進(jìn)入風(fēng)機(jī)煙氣流向，很好的保護(hù)了葉輪不受煙氣直接沖刷，改善了葉輪使用條件，延長(zhǎng)了葉輪使用壽命。

4 SO2風(fēng)機(jī)優(yōu)化主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)在大修改造過(guò)程中，從運(yùn)行狀況和存在問(wèn)題細(xì)致研究分析，廣泛征求各專(zhuān)業(yè)和廠(chǎng)家意見(jiàn)建議，提出可行性方案對(duì)SO2風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行改造優(yōu)化。

（1）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)。對(duì)轉(zhuǎn)子腐蝕的葉片端面部位進(jìn)行打磨涂層，作動(dòng)平衡，較好的遏制了進(jìn)一步腐蝕，延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)子使用壽命。

（2）油路系統(tǒng)改造。油冷卻器移位，重新配置油路，通過(guò)液壓傳動(dòng)原理的模擬和計(jì)算，油路系統(tǒng)中增加原設(shè)計(jì)缺失的調(diào)節(jié)閥、熱力膨脹閥，組成電機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)口節(jié)流回路及潤(rùn)滑油冷卻器溫度控制旁路，使油路系統(tǒng)可調(diào)節(jié)程度增加，降低油路損耗的同時(shí)使油路系統(tǒng)更穩(wěn)定，并聯(lián)一臺(tái)工作油冷卻器，提高工作油冷卻效率，收到了預(yù)想的效果。

（3）加裝前導(dǎo)向閥。借鑒成功經(jīng)驗(yàn)，該風(fēng)機(jī)增設(shè)前導(dǎo)向閥，改變了風(fēng)機(jī)負(fù)荷調(diào)整方式，使風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)整和負(fù)荷調(diào)節(jié)更快捷便利，更加精準(zhǔn)，為風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定操作創(chuàng)造條件，可有效控制和降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行電量，為生產(chǎn)成本的控制起到積極作用。

（4）電機(jī)冷卻器改造。鑒于電機(jī)繞組溫度持續(xù)偏高的問(wèn)題，認(rèn)真分析，將原設(shè)計(jì)冷卻板換拆除，在風(fēng)機(jī)頂部增設(shè)效率更高的內(nèi)置式列管換熱器。很好的解決了長(zhǎng)期制約系統(tǒng)的瓶頸問(wèn)題，效果顯著。

5 SFO14型SO2風(fēng)機(jī)改造優(yōu)化效果

30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)風(fēng)機(jī)改造后，運(yùn)行穩(wěn)定狀況良好，指標(biāo)較優(yōu)，效果極為理想，很好的解決了長(zhǎng)期存在并困擾著系統(tǒng)瓶頸型的問(wèn)題。

圖2 改造前后后風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線(xiàn)

從SO2風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)圖中看，SO2風(fēng)機(jī)改進(jìn)前風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)雖然在性能曲線(xiàn)范圍內(nèi)運(yùn)行，但從曲線(xiàn)看，工況點(diǎn)已經(jīng)接近風(fēng)機(jī)性能曲線(xiàn)范圍邊緣；而風(fēng)機(jī)改進(jìn)后工況點(diǎn)不僅在性能曲線(xiàn)范圍內(nèi)運(yùn)行改進(jìn)后的工況點(diǎn)已經(jīng)非常接近風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行區(qū)。

改進(jìn)后，SO2風(fēng)機(jī)在接近高效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保證，提高了SO2風(fēng)機(jī)的效率。雖然多變效率并不能完全代表SO2風(fēng)機(jī)總效率的變化，但是在此次改進(jìn)過(guò)程中，SO2風(fēng)機(jī)的總效率的變化主要體現(xiàn)在其多變效率的變化，改進(jìn)后SO2風(fēng)機(jī)的總效率隨之而大幅度的提高。

從SO2風(fēng)機(jī)運(yùn)行效果來(lái)看，SO2風(fēng)機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)及效率均有所改進(jìn)，且經(jīng)過(guò)本次對(duì)該SO2風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)優(yōu)化，延長(zhǎng)了該風(fēng)機(jī)的使用壽命，簡(jiǎn)化了啟動(dòng)操作，優(yōu)化了控制操作，同時(shí)降低了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電耗，達(dá)到了SO2風(fēng)機(jī)整體性能提升的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

30萬(wàn)噸硫酸系統(tǒng)SO2風(fēng)機(jī)性能的提升，有效提高了風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的匹配性，從各專(zhuān)業(yè)角度分析了影響SO2風(fēng)機(jī)性能的因素，并利用國(guó)內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)水平，提升了SO2風(fēng)機(jī)的性能，硫酸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。本項(xiàng)目是多年設(shè)備維護(hù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)的集中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大型設(shè)備自主檢修改造，推動(dòng)了公司專(zhuān)業(yè)設(shè)備管理技術(shù)水平的提升。同時(shí)，也逐步形成了一套完善的設(shè)備優(yōu)化程序及方案，該方案目前已成功應(yīng)用其他冶煉煙氣制酸系統(tǒng)中，收到了良好的效果，并將逐步運(yùn)用于其它設(shè)備的優(yōu)化中，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。