球團(tuán)耐熱風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化改造研究

易林根

摘要：本文旨在探討鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線中耐熱風(fēng)機(jī)的性能優(yōu)化問題。通過對現(xiàn)有耐熱風(fēng)機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點以及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行深入研究，提出了針對性的優(yōu)化改造措施。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的風(fēng)機(jī)在耐高溫性能、運(yùn)行效率和使用壽命方面均有顯著提升。本文的研究為鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線耐熱風(fēng)機(jī)的性能提升提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線；耐熱風(fēng)機(jī)；性能優(yōu)化；耐高溫性能；耐磨性能；運(yùn)行效率；仿真計算。

1  研究背景

隨著鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性和性能要求越來越高。耐熱風(fēng)機(jī)作為鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能直接影響到生產(chǎn)線的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量。而且由于耐熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的特殊性：高溫性（正常工況320~400℃，最高450℃），高含塵性（含塵量~2000mg/Nm³），并且隨著國家對鋼行業(yè)的“雙碳”指標(biāo)不斷縮緊，由此，對耐熱風(fēng)機(jī)的可靠性及高效性要求也進(jìn)一步加強(qiáng)。在整個風(fēng)機(jī)的生命周期內(nèi)，運(yùn)行和維護(hù)成本占據(jù)全生命周期成本的85%以上，因此，研究并提升耐熱風(fēng)機(jī)的可靠性和高效性具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。

2  研究目的

本研究旨在通過對耐熱風(fēng)機(jī)的深入分析和安裝使用，找出影響其性能的關(guān)鍵因素，并提出有效的優(yōu)化方案。通過優(yōu)化設(shè)計，提高風(fēng)機(jī)的耐高溫性能、耐磨性能、運(yùn)行效率和關(guān)鍵部件的使用壽命，為鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線的生產(chǎn)提供更加穩(wěn)定和高效的設(shè)備支持。

3  研究方法

本研究采用理論分析、性能檢測和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。首先，對耐熱風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行深入研究，分析影響其性能的關(guān)鍵因素。然后，通過實驗研究和數(shù)值模擬，驗證理論分析的正確性，并找出優(yōu)化設(shè)計的方向。

4  研究過程

在研究過程中，我們首先收集了大量關(guān)于耐熱風(fēng)機(jī)的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對其進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和分析。然后，通過實際使用檢測和數(shù)值模擬，對風(fēng)機(jī)的性能進(jìn)行了全面的測試和評價。在實驗過程中，我們不斷調(diào)整和優(yōu)化風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。

4.1數(shù)據(jù)采集與分析

4.1.1運(yùn)行數(shù)據(jù)采集

按照GB/T10178《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場性能試驗》對現(xiàn)場運(yùn)行的風(fēng)機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行專業(yè)標(biāo)定，以確定其運(yùn)行工況點及效率情況，以便進(jìn)行針對性設(shè)計。本文以寶武集團(tuán)新鋼公司煉鐵事業(yè)部120萬噸/年鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線二臺耐熱風(fēng)機(jī)作為研究對象，2023年進(jìn)行了性能優(yōu)化改造。以下為耐熱風(fēng)機(jī)改造前測試數(shù)據(jù)。

耐熱風(fēng)機(jī)改前測試數(shù)據(jù)

4.1.2運(yùn)行狀況采集及分析

1) 風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行工況與設(shè)計值存在偏差，行業(yè)大部分風(fēng)機(jī)的高效區(qū)窄，風(fēng)機(jī)偏工況之后效率降低明顯；

2) 風(fēng)機(jī)由于年限及設(shè)計能力問題，運(yùn)行效率偏低；

3) 風(fēng)機(jī)由于設(shè)計能力問題及工藝發(fā)生變化，風(fēng)機(jī)的磨損較為嚴(yán)重，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的檢修周期短，檢修成本高。

4.2風(fēng)機(jī)設(shè)計

4.2.1耐熱性能提升                                                         

葉輪選用高強(qiáng)度耐熱板HG785，主軸的剛性考慮溫度因素影響，一階臨界轉(zhuǎn)速系數(shù)＞1.5。

4.2.2耐磨性提升

1. 材料：

1) 硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金堆焊工藝制成的一種合金材料；

2) 耐磨復(fù)合材料是運(yùn)用先進(jìn)的材料制備技術(shù)將具有耐磨性質(zhì)的材料組分與一般材料組合而成的新材料；

3) 特質(zhì)耐磨復(fù)合板，金相組織中Cr7C3碳化物的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%以上，再加入Zr和Nb元素，以增加其耐磨、耐高溫、耐腐性能，其表面硬度值可達(dá)HRC63。在普通耐磨板的基礎(chǔ)上耐磨性能增加30%以上,耐溫最高可達(dá)450℃；

4) 耐磨復(fù)合鋼板的底層為低碳鋼、低合金等韌性材料，體現(xiàn)雙金屬的優(yōu)越性，耐磨層抵抗磨損介質(zhì)的磨損，基板承受介質(zhì)的載荷，因此有良好的耐沖擊性；

5) 表面采用特殊紋路設(shè)計，防止氣流對薄弱位置的沖擊，造成磨損；

6) 通過試驗研究高溫耐磨板在實際使用1年后磨損厚度≤1mm。

2. 設(shè)計優(yōu)化：

1) 葉輪采用高強(qiáng)度耐熱板，整體型號，表面致密光滑，在易磨損部位再進(jìn)行手工堆焊，二次加強(qiáng)；

2) 葉輪中盤易磨損部位貼敷耐磨復(fù)合板，提升耐磨性，相關(guān)焊縫位置表面增加耐磨焊條層；

3) 優(yōu)化葉片進(jìn)出口角度，使其出口角度＜45°，提高其耐磨及防積灰性能。

4.3優(yōu)化設(shè)計

2023年，新鋼公司煉鐵事業(yè)部120萬噸/年鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線實施了煙氣超低排放改造，采用SNCR與SCR結(jié)合脫硝（前置）+石灰石-石膏雙塔雙循環(huán)濕法脫硫+濕式電除塵器的技術(shù)路線。從鏈篦機(jī)機(jī)頭透過球團(tuán)出來的煙氣，先通過鏈篦機(jī)預(yù)熱段尾部SNCR脫硝，經(jīng)多管除塵器后，進(jìn)入SCR脫硝處理系統(tǒng)，通過耐熱風(fēng)機(jī)后，再經(jīng)鏈篦機(jī)抽風(fēng)干燥段，進(jìn)入主電除塵器，再經(jīng)主抽風(fēng)機(jī)及煙氣脫硫系統(tǒng)處理后排出。因增加了前置脫硝裝置，在超低排放時對二臺耐熱風(fēng)機(jī)進(jìn)行了更新改造，并對其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計改造前后設(shè)備技術(shù)參數(shù)、性能如下：

設(shè)備技術(shù)參數(shù)

4.3.1轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析

對葉輪進(jìn)行仿真計算：

性能提升：

1) 采用先進(jìn)三維分析軟件進(jìn)行葉輪應(yīng)力分析，保證安全余量＞2倍；

2) 進(jìn)口加強(qiáng)圈、出口加強(qiáng)環(huán)設(shè)計，保證葉輪進(jìn)出口具備較好的強(qiáng)度及剛性；

3) 采用三元設(shè)計理論，保證較好的進(jìn)氣及氣體流動性能，提升葉輪效率。

一階臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù)＞1.55

1) 主軸采用橄欖軸設(shè)計，進(jìn)氣效率高，均勻傳遞扭矩；

2) 一階臨界安全系數(shù)≥1.55，安全性高，主軸剛性更好；

3) 主軸采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMoA，采用鍛造工藝、并進(jìn)行調(diào)制處理，保證其機(jī)械性能；

4) 關(guān)鍵配合處采用拋光工藝，提升軸承等部件的運(yùn)行壽命；

5) 考慮介質(zhì)溫度較高，在停機(jī)狀態(tài)由于環(huán)境溫度高及轉(zhuǎn)子自重影響，風(fēng)機(jī)設(shè)計輔傳裝置，在主電機(jī)停止工作之后，輔傳裝置電機(jī)自動給電，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子能夠勻速緩慢轉(zhuǎn)動，防止熱力變形。

4.3.2整機(jī)性能仿真模擬計算

壓力云圖                       速度云圖

4.4運(yùn)行及跟蹤

4.4.1高效節(jié)能

按照GB/T10178《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行試驗》規(guī)定要求進(jìn)行現(xiàn)場性能測試，結(jié)果如下：

改后測試數(shù)據(jù)

耐熱風(fēng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計改后，從測試結(jié)果可以看出，風(fēng)機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓相比改前有較大提升的同時，風(fēng)機(jī)功率比改造前還有所下降，完美兼顧了性能提升與節(jié)能，做到了在系統(tǒng)進(jìn)行脫硝優(yōu)化的同時，系統(tǒng)能耗下降的目標(biāo)，且風(fēng)機(jī)還具備提產(chǎn)的性能儲備。

4.4.2耐磨性

持續(xù)運(yùn)行3個半月之后檢查風(fēng)機(jī)葉輪磨損情況如下：無明顯痕跡，耐磨性能優(yōu)秀。

5  研究結(jié)論

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的耐熱風(fēng)機(jī)在耐高溫性能、運(yùn)行效率和使用壽命方面均有了顯著提升。 測試結(jié)果顯示，優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)在高溫環(huán)境下的運(yùn)行穩(wěn)定性明顯提高，且風(fēng)量和風(fēng)壓均有所增加，在保障前置脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓運(yùn)行參數(shù)與球團(tuán)生產(chǎn)工藝匹配良好。同時，風(fēng)機(jī)的使用壽命也得到了顯著延長，降低了企業(yè)的運(yùn)營成本和維護(hù)成本。圖 1 為優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)樣式，圖 2 為優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子樣式

圖1 

圖2

6  總結(jié)

本研究通過對耐熱風(fēng)機(jī)的性能優(yōu)化研究，提出了針對性的優(yōu)化措施，并通過實際運(yùn)行，驗證了其有效性。優(yōu)化后的耐熱風(fēng)機(jī)在耐高溫性能、運(yùn)行效率和使用壽命方面均有了顯著提升，為球團(tuán)的生產(chǎn)、前置脫硝提供了更加穩(wěn)定和高效的設(shè)備支持。本研究為耐熱風(fēng)機(jī)的性能優(yōu)化提供了理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)，對鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線的生產(chǎn)和發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。

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