轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足原因分析與改進(jìn)

王克生

（江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司，江蘇淮安 223002）

0 引言

轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)汽化冷卻煙道冷卻后，煙氣溫度降為900～1000℃，然后煙氣經(jīng)尾部煙道進(jìn)入蒸發(fā)塔降溫、除塵，經(jīng)過蒸發(fā)塔后的煙塵溫度可降到70℃左右，同時(shí)蒸發(fā)塔出部分干灰。蒸發(fā)塔冷卻后的煙氣經(jīng)噴淋洗滌塔進(jìn)行再次除塵、降溫，隨后煙氣進(jìn)入環(huán)縫文氏管調(diào)節(jié)重砣進(jìn)行最后的精除塵。出環(huán)縫后的煙氣經(jīng)脫水器、由管道進(jìn)入OG系統(tǒng)新增加的超低排放除塵器噴淋塔和脫水器進(jìn)行超低煙塵處理。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)整個(gè)除塵系統(tǒng)完成除塵、降溫、脫水等一系列程序后，通過一次除塵風(fēng)機(jī)把合格的煤氣進(jìn)行回收送到煤氣柜，不符合回收條件的煙氣經(jīng)三通閥送到煙囪點(diǎn)火放散。

上述煙氣經(jīng)降溫、除塵、脫水、回收（或排放）需要的全部動(dòng)力都來自于轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)不僅需要提供足夠的動(dòng)力讓煙氣克服系統(tǒng)所產(chǎn)生的所有阻力，還需要有足夠的風(fēng)量來把轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的煙塵全部吸走?；翠?00 t轉(zhuǎn)爐OG系統(tǒng)原配置的一次除塵風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量2000 m3/min，風(fēng)機(jī)全壓24.5 kPa，額定轉(zhuǎn)速2850 r/min。隨著設(shè)備的長期運(yùn)行以及OG系統(tǒng)除塵的提升改造，一次除塵風(fēng)機(jī)出現(xiàn)明顯的動(dòng)力不足問題。

風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足直接造成系統(tǒng)除塵壓差不足，除塵效果達(dá)不到超低排放要求。其次是爐口煙塵不能被完全吸走，轉(zhuǎn)爐冶煉吹氧反應(yīng)激烈期，煙氣彌漫在爐口遮擋住操作人員的視線影響生產(chǎn)操作，吹煉期外溢出來的煙氣含有高濃度的CO，對(duì)安全生產(chǎn)也產(chǎn)生較大隱患。轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足問題已嚴(yán)重制約轉(zhuǎn)爐的正常生產(chǎn)，需要盡快解決。轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)具體參數(shù)見表1。

表1 除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)

1 原因分析

1.1 系統(tǒng)損耗問題

針對(duì)一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足問題，首先排查OG系統(tǒng)運(yùn)行狀況?；翠撧D(zhuǎn)爐一次除塵OG系統(tǒng)原設(shè)計(jì)煙塵出口粉塵排放小于100 mg/Nm3，系統(tǒng)經(jīng)過提升改造后煙氣出口粉塵小于30 mg/Nm3。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)超低排放要求，爭取煙氣排放中的粉塵小于10 mg/Nm3，在原OG系統(tǒng)中增加了一套噴淋塔和脫水器，該超低排放除塵裝置從風(fēng)機(jī)入口前管道，通過2個(gè)90°DN1600的彎頭和管道連接到除塵器本體，煙氣經(jīng)過超低排放除塵器處理后再通過2個(gè)90°DN1600的彎頭和管道連接到風(fēng)機(jī)入口管道。煙氣經(jīng)過增加的超低排放除塵器后系統(tǒng)阻力明顯增大，經(jīng)儀表檢測，該新超低排放除塵裝置阻損約-2 kPa。原OG系統(tǒng)一次除塵風(fēng)機(jī)全壓為24.5 kPa，風(fēng)機(jī)入口前負(fù)壓額定最大-20 kPa，風(fēng)機(jī)出口需要2000 m3/min的煙氣送入煤氣柜，設(shè)計(jì)最大正壓4.5 kPa。在超低排放投運(yùn)前，淮鋼轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)入口前OG系統(tǒng)實(shí)際阻損在-19 kPa左右波動(dòng)，能夠滿足運(yùn)行需要。新超低排放除塵裝置使用后系統(tǒng)阻損增大，雖然可以通過環(huán)縫調(diào)節(jié)來適當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻損，若開大環(huán)縫文氏管重砣縫隙，系統(tǒng)阻損雖然可以減少1 kPa左右，但這樣會(huì)影響煙塵排放除塵效果，造成環(huán)保排放不達(dá)標(biāo)。

通過上述原因查找，發(fā)現(xiàn)新增加的超低排放除塵裝置增加了系統(tǒng)的阻損，系統(tǒng)總阻損已超出風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的最大極限，是造成轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足的一個(gè)主要原因。

1.2 內(nèi)生泄漏問題

針對(duì)一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足問題，我們又從風(fēng)機(jī)本體進(jìn)行排查，由于該風(fēng)機(jī)已使用10年以上，在使用過程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量有衰減現(xiàn)象，打開風(fēng)機(jī)殼體檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)氣腔（負(fù)壓區(qū)）和出氣腔（正壓區(qū)）的固定鋁質(zhì)密封環(huán)有氧化破損現(xiàn)象，部分區(qū)域的鋁質(zhì)密封環(huán)已腐蝕沒有，風(fēng)機(jī)進(jìn)氣腔和出氣腔最大縫隙達(dá)到15 mm（要求小于2 mm），同時(shí)風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流裝置縫隙也變大。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中主要做功方式是把機(jī)前負(fù)壓區(qū)的氣體加壓后變成正壓，再通過風(fēng)機(jī)出口的正壓區(qū)外送出風(fēng)機(jī)。由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的正負(fù)壓交界密封環(huán)出現(xiàn)腐蝕，密封間隙增大，造成風(fēng)機(jī)出口的正壓煙氣通過密封環(huán)的間隙又回流到負(fù)壓區(qū)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生內(nèi)泄漏，這也是造成轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足的一個(gè)主要原因。

1.3 磨損腐蝕問題

一次除塵風(fēng)機(jī)的核心功能區(qū)主要由風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子、風(fēng)機(jī)殼體、電機(jī)三大件組成，風(fēng)機(jī)使用的高壓電機(jī)只要能夠達(dá)到額定轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行不超電流、電機(jī)功率能夠滿足風(fēng)機(jī)運(yùn)行需要就可以滿足需求。上述通過檢查已發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)殼體密封環(huán)腐蝕產(chǎn)生內(nèi)泄漏，通過進(jìn)一步排查還發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)新轉(zhuǎn)子上線使用不到1年，轉(zhuǎn)子葉片就出現(xiàn)磨損和腐蝕，轉(zhuǎn)子前后盤也腐蝕變薄，新轉(zhuǎn)子葉片厚度12 mm，使用不到1年，檢查發(fā)現(xiàn)葉片相同部位厚度只有3-5 mm左右。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子上線使用不久由于腐蝕和磨損等原因，造成風(fēng)機(jī)壓力和流量都出現(xiàn)衰減達(dá)不到設(shè)計(jì)工況能力，這是造成轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足的一個(gè)原因。

2 改進(jìn)措施

根據(jù)上述排查結(jié)果，認(rèn)為新增加的OG系統(tǒng)超低排放除塵裝置增大了系統(tǒng)阻力。由于該設(shè)備是為了滿足新環(huán)保排放指標(biāo)要求而進(jìn)行的改造，系統(tǒng)阻力增大是必然的，只能通過提高風(fēng)機(jī)功能來解決系統(tǒng)阻力增大問題。為此主要通過一下3個(gè)方面來解決一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足問題。

2.1 更換風(fēng)機(jī)殼體

轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)部進(jìn)氣腔和出氣腔密封環(huán)氧化破損，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)內(nèi)泄漏，做功不足，需要更換密封環(huán)。在維修過程中發(fā)現(xiàn)殼體和密封環(huán)槽口腐蝕嚴(yán)重，現(xiàn)場缺少專用工具無法處理，只能把殼體運(yùn)送到風(fēng)機(jī)專業(yè)單位進(jìn)行維修處理，維修需要一周以上的時(shí)間。生產(chǎn)現(xiàn)場又不允許風(fēng)機(jī)長時(shí)間停機(jī)待修，為了不影響轉(zhuǎn)爐的正生產(chǎn)，采取購買一套風(fēng)機(jī)殼體進(jìn)行更換，然后把下線的風(fēng)機(jī)殼體再輪流進(jìn)行離線修復(fù)。風(fēng)機(jī)密封環(huán)出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)生內(nèi)泄露沒有及時(shí)維修，說明對(duì)OG系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備維修還存在欠缺，下一步需要對(duì)OG系統(tǒng)設(shè)備深入研究，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理OG系統(tǒng)設(shè)備存在的問題，確保設(shè)備始終滿足設(shè)計(jì)功能要求。風(fēng)機(jī)新殼體如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)新殼體

2.2 提升風(fēng)機(jī)全壓

提升風(fēng)機(jī)全壓是解決一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足的關(guān)鍵措施，為了盡可能減少改造費(fèi)用，力爭能夠利用現(xiàn)有一次除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)和風(fēng)機(jī)殼體，減少投資費(fèi)用。改造思路重點(diǎn)考慮對(duì)轉(zhuǎn)子相關(guān)尺寸進(jìn)行改造來提升風(fēng)機(jī)全壓，為此，我們先對(duì)OG系統(tǒng)進(jìn)行最大負(fù)壓測算，經(jīng)測算風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓只要滿足-22 kPa就完全可以滿足生產(chǎn)工藝要求。隨后測算風(fēng)機(jī)出口正壓，根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，得出風(fēng)機(jī)出口壓力只要大于4.0 kPa就可以滿足使用要求，這樣風(fēng)機(jī)全壓需要26 kPa，需要在之前風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上提升1.5 kPa，為了留有一定的余量，本次風(fēng)機(jī)全壓需要提升到27 kPa。按風(fēng)機(jī)全壓27 kPa進(jìn)行測算電機(jī)功率，發(fā)現(xiàn)電機(jī)功率已接近1250 kW，改造提升存在困難。

既要能提高風(fēng)機(jī)全壓又不能讓現(xiàn)有的電機(jī)超載，經(jīng)請(qǐng)武漢西北風(fēng)機(jī)公司技術(shù)專家指導(dǎo)，最終采用三元流+CFD流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，消除葉輪通流部分的渦流損失，并配套采用西北風(fēng)機(jī)公司專利技術(shù)設(shè)計(jì)的高效節(jié)能風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子直徑在殼體允許范圍內(nèi)適當(dāng)增大，風(fēng)機(jī)全壓提升到27 kPa，現(xiàn)有電機(jī)功率能夠滿足使用要求不超載，同時(shí)也不需要更改風(fēng)機(jī)殼體尺寸。

2.3 選用不銹鋼新材料制造風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子

在完成風(fēng)機(jī)全壓提升改造方案后，進(jìn)一步思考如何減緩風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的腐蝕，延長風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的使用壽命。轉(zhuǎn)爐煙氣中含有水蒸汽、CO2、CO、N2、SO2、NO2等物質(zhì)，其中SO2和水蒸汽的存在，其產(chǎn)生的酸性氣體對(duì)葉輪產(chǎn)生腐蝕。轉(zhuǎn)爐煙氣中還含有高硬度的AI2O3、SiO2等粉塵顆粒，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪磨損較大。原葉輪使用高強(qiáng)度合金鋼，其強(qiáng)度雖高，但卻不具備防腐功能。

為此選用一種專利技術(shù)，把轉(zhuǎn)子最易腐蝕的葉片材料進(jìn)行更換，由原來的高強(qiáng)度合金鋼改為沉淀硬化不銹鋼。該不銹鋼葉片工作表面能夠生成一種Cr2O3的保護(hù)膜，可以隔離鋼中鐵原子與腐蝕氣體的接觸，減緩葉片腐蝕。采用不銹鋼葉片材料后，發(fā)現(xiàn)不銹鋼與合金鋼材料相差較大，其焊接應(yīng)力不同，常規(guī)焊件極易變型或開裂，要實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)焊接效果，需要采用一種高防腐耐磨轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)葉輪的熱處理生產(chǎn)工藝專利技術(shù)，其不銹鋼與合金鋼焊接工藝方法，將待焊接的不銹鋼葉片與高溫防變型胎固定后，裝入專用熱處理工藝爐中，完成固溶和過時(shí)效處理，再進(jìn)行焊接，焊接后裝入熱處理爐進(jìn)行消除焊接應(yīng)力，采用此方法克服了不銹鋼和合金鋼不易焊接的難題。更換后的沉淀硬化不銹鋼轉(zhuǎn)子葉片，硬度和耐腐蝕性都明顯提高，可以延長風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子使用壽命一倍以上。

新材料不銹鋼轉(zhuǎn)子如圖2、圖3所示。從圖3中可以看出，采用沉淀硬化不銹鋼材料制作成的轉(zhuǎn)子，無論是表面光潔度、還是焊接質(zhì)量都能夠滿足工藝要求。

圖2 新材料不銹鋼轉(zhuǎn)子零件圖

圖3 新材料不銹鋼轉(zhuǎn)子

3 改進(jìn)效果

通過實(shí)施上述改造措施，轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)動(dòng)力不足問題得到徹底解決。采用高效節(jié)能風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子，使用后風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓可以達(dá)到-22.5 kPa，風(fēng)機(jī)全壓可以達(dá)到27 kPa，電機(jī)沒有出現(xiàn)超載現(xiàn)象，與改造前風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子相比用新轉(zhuǎn)子的風(fēng)機(jī)電耗并沒有增加。由于風(fēng)機(jī)內(nèi)泄漏問題得到解決，風(fēng)機(jī)有效風(fēng)量明顯提高，轉(zhuǎn)爐爐口煙塵能夠完全被吸走，滿足生產(chǎn)要求。同時(shí)，風(fēng)機(jī)壓力、風(fēng)量增加后，轉(zhuǎn)爐回收煤氣量也增大了2 m3/t鋼，僅增加煤氣回收一項(xiàng)，每年就可以增加效益50萬元，同時(shí)進(jìn)一步降低了碳排放量。