攀钢钒新3号烧结机主抽风机高效节能改造方案及效果分析
为了解决老烧结系统SO2和粉尘超标排放污染环境的问题，满足600万吨/年生铁产能的需要，提高烧结矿质量和烧结机整体装备水平，提升可持续发展能力，2012年攀钢钒完成了关停拆除原3号、4号、5号3台130m2烧结机和原地改建一台260m2烧结机（简称新3号烧结机）的任务。新3号烧结机在烧结工艺、节能减排、设备选择、自动控制等方面广泛应用新技术、新设备，使得其工艺、技术、装备和自动化水平达到了当前国内外领先水平，但在投产使用过程中，也暴露出主抽风机运行不稳、电耗指标高的问题。
存在的问题
新3号烧结机于2012年8月30日建成投产，主要设备参数见表1。其主抽风系统采用两台5600kW、10kV高压电机，分别拖动两台SJ14300-0.89/0.72型主抽风机。该风机主要参数见表2。
新3号烧结机采用单烟道双主抽风机生产，烟气由分配室分流经电除尘后进入主抽风机。因受场地限制，烧结机主烟道与主抽风机进气烟道成90°布局。系统设置有2台SJ14300型主抽风机，转子为普通二维叶轮转子。主抽风机在生产运行过程中存在两个问题：一是烟气经分配室进入主抽风机流量不均衡，存在“抢风”现象，即一台风机风量大而另一台风机风量小，导致两台风机电机的电流差异大；一台阀门开度可到90%，另一台阀门开度不到30%，如果强行将风门开大则振动加剧，风机喘气频繁，工况不稳定，影响设备安全，给正常生产造成影响。二是风机装机容量偏大，造成烧结矿动力能耗高，但是如果运行单台风机生产，又无法满足生产要求。因此，必须对烧结主抽风机进行改造，以实现烧结机稳定正常的生产。
风机改造可行性
单台抽烟机运行实验。
一般大型烧结机均为2台抽烟机同时运转，为了搞清楚原因，从2014年11月到2015年4月，攀钢钒炼铁厂利用限产、烧结矿槽存较多等机会进行了多次单台抽烟机运行试验，试验最短时间为4.5小时，最长时间为7天。
试验情况如下：烧结负压比正常降低1kPa~2kPa，烧结矿产量降低10%左右；机头电除尘灰量减少15%左右；脱硫装置运行未见异常，脱硫效果没有明显变化；电机电流与双抽时的最大电流一致。
三元流节能转子节能效果。
三元流叶轮使空气进行三维立体式流动，降低叶轮对其做功时的损耗，有效降低轴功率，运行效率显著提高，具有明显的节能效果。该厂应用先进的三元流技术开发设计了新型大流量、低压比离心烧结鼓风机叶轮，流量达到8000m3/min~25000m3/min，与传统二元叶轮比较，流动效率提高3.8%，叶轮效率提高10%左右，整机效率提高到10%以上。
近几年来，国内一些钢厂将三元流技术应用于烧结风机等大流量通风机改造上，在不改变电机、机壳的情况下，电流比之前下降了10%以上，风量比之前提高10%以上。
风机三元流改造可行性。
一方面，根据单抽试验，烧结机单抽工作时，其烧结矿产量降低10%左右，就是风量比正常风量低了差不多10%左右；另一方面，经过三元流技术改造一台主抽风机后，在电机、机壳等不变的情况下，其抽风量将增加10%左右。这样，使用三元流技术改造的主抽风机，可以弥补原单抽时的产量损失，烧结矿产量并不明显降低，这样就达到目的，即可以停用一台抽烟机而只运行经三元流技术改造后的这一台风机，更换下来的转子还可以作为另一台风机的备品使用。
因此，改造可行性结论如下：使用三元流技术改造的主抽风机增加的风量正好可以弥补原单抽运行的不足风量。利用三元流技术改造主抽风机是可靠的。单抽对机头电除尘的除尘效果有一定影响，但影响不大。如将机头电除尘电源改为高频电源，可提高除尘效率，可抵消单抽对除尘效果的影响。脱硫负荷不会增加。
改造方案
烧结主抽风机改造前提是电机不动，机壳、基础不做改造，将新设计、制造的风机转子安装在原风机机壳内。因为烧结鼓风机的原生产厂家和改造厂家不同，轴端密封和进风口的安装部位结构形式和几何尺寸有所不同，所以轴端密封和进风口的安装部位尺寸待实地测量后决定是否改变。改造分为以下3个部分：
主抽风机叶轮改造。
叶轮采用国际先进软件平台进行设计。叶轮改造主要是将叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型，依据三元流动理论设计出来的叶片形状为不规则曲面形状，叶轮叶片的结构可适应流体的真实流态，能够有效控制叶轮内部流体质点的速度分布，同时在改善了叶轮流道气流的均匀性后也可减少杂质堆积，能够很好地改善转子的运行平稳性。
高效节能风机转子与普通风机转子相比，增加了导流套，叶轮应用了三元流动技术，具有倒流、通流效率高等优势，相较普通风机叶轮，单轮效率提高10%左右（前后数据要一致）。
两种叶轮的几何形状差异很大，为使两种不同几何形状的叶轮满足完全相同的安装条件，在设计上是存在很大难度的。因此，该厂在设计过程中采用了多种设计方法进行比较，对叶轮内流动优化及强度计算进行复合性设计，在基本设计定型后再运用计算流体动力学技术以及叶片优化平台进行了系统优化，优化所提高的整机效率达到4.2%～4.8%。
离心鼓风机叶轮设计根据所选用的材料进行强度校核是必须进行的程序。该叶轮的强度校核所采用的方法，是将双吸离心叶轮整体作为计算几何模型进行有限元网格剖分，同时为保证结构离散化的计算精度和内存空间的有效利用，运用软件进行10节点的四面体单元网格剖分从而进行强度效核，校核的结果是该SJ16000三元流叶轮有足够的强度满足运行要求。
进口导流装置改造。
传统烧结风机的轴盘端面与主轴过渡部分总有较大台阶，气流通过时会产生气旋及湍流现象从而降低效率，此次改造利用原风机主轴进行设计改造并加装了导流套和密封套，导流套使气流与主轴圆滑过渡，轴槽与轴端密封严密，减小了轴端泄漏，相对原来的结构提高了气流流动效率。该厂采用分流器合理分流有杂质的烟气，减轻叶片头和后盘部位的磨损，改善了叶轮流道气流的均匀性，减少杂质堆积，能够很好地改善转子的稳定运转精度。
高效节能风机导流器与普通风机导流器相比，具有通流效率高、气流分流均匀等优势，效率提高约2%。
密封系统改造。
该厂设计新型烧结鼓风机密封系统取代原有密封，减少烧结鼓风机漏风量75%以上。该厂根据烧结鼓风机高端化设计的整体思路，对烧结鼓风机转子流道中的各个部件进行了整体优化设计。烧结鼓风机密封系统的设计，运用压缩机密封技术，采用新式烧结鼓风机口圈密封和轴端密封系统，大幅减少了烧结鼓风机内部泄露，提高了整机效率。
实施及效果
2016年1月27日~30日，新3号烧结机A抽风机转子换装成三元流转子。按照改造技术方案，施工中轴承座、主油泵、机壳保持不变，该厂只对转子、风口进行了更换，且对B抽风门进行密封处理及B除尘前风管进行了插盲板封堵，最大限度减少A抽风机风量损失。
自2016年1月30日将A抽风机转子更换为三元流转子后，新3号烧结机一直都用新更换后的风机单独运行（停运B抽风机），并将B抽风机电除尘器进风口及风机出口进行封闭。经过一年多运行，结果表明：用改造后单台风机可以代替原来2台风机，烧结机产量不变，技术参数负压不变（详见表3），保障了新3号烧结机正常运行。
从表4可知，新3号烧结机主抽风机改为三元流转子单抽运行后，2016年1月~12月份累计节电918万千瓦时，创节电效益536万元。
从表5可知，2017年1月~12月份，新3号烧结机主抽风机累计节电987万千瓦时，创节电效益493万元。
该项目从风机转子改造到2017年底，累计节电1906万千瓦时，创节电效益1030万元；3个月收回全部投资，在满足生产的情况下开展了节能改造攻关，实现了项目预期目标，该项目的改造是成功的。
结语
新3号烧结机经过高效节能改造，经过一年多的运行，用一台主抽风机代替原来2台风机运行，在确保生产正常运行前提下，节约了较多用电，表明用三元流技术改造风机是成功的。2018年，攀钢钒炼铁厂在尝到新3号烧结机改造甜头的基础上，在新2号烧结机开展主抽风机2台以及3号环冷机风机、4号环冷机风机、配料除尘风机、机尾除尘风机共计6台风机及配套辅助设施的节能改造推广工作。
相信，在经过一系列其他烧结机风机节能改造后，攀钢钒烧结机风机应用将达到新的水平，在优化生产技术指标的前提下，进一步提高烧结设备保障能力。
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