焦爐煤氣鼓風機問題及改進措施探討

萬真武，陳長源

（1寶鋼湛江鋼鐵有限公司設備部；2寶鋼湛江鋼鐵有限公司煉鐵廠，廣東湛江 524072）

引言

湛江鋼鐵煤氣精制系統配套年產337萬t焦炭的4×65孔7 m焦爐，設計能力為170000 m3/h，最大處理量為168303 m3/h，目前為國內最大煤氣處理裝置。焦爐煤氣從各炭化室通過上升管，并在上升管被循環氨氣冷卻到約82℃，荒煤氣經氣液分離器將焦油氨水分離，分離后煤氣再經橫管初冷器冷卻至21℃左右。冷卻后的煤氣經捕霧器進入電捕焦油器，除掉其中夾帶的焦油霧后，經煤氣鼓風機送入后續煤氣凈化系統，經洗滌單元脫硫脫氨脫苯，提供優質焦爐煤氣給軋鋼等用戶使用。煤精項目共設置6臺焦爐煤氣鼓風機，由4臺為工頻與2臺變頻煤氣鼓風機并聯組成。項目采用金通靈雙吸雙支撐高速鼓風機，型號為D1020-1.3，設計標況流量為51000 m3/h，設計進口壓力為-5 kPa，出口壓力為25 kPa。

1 煤氣鼓風機運行中出現的問題

焦爐煤氣鼓風機設計為入口閥門全開，根據煤氣的發生量控制橫冷前翻板（蝶閥）實現煤氣鼓風機出口閥門。湛江鋼鐵兩座焦爐投產時，系統煤氣流量在7萬～8萬 m3/h左右，根據設計2臺煤氣鼓風機并聯運行能夠滿足生產要求。工頻焦爐煤氣鼓風機在運行時，由于轉速恒定進口閥門全開，鼓風機輸出能力大，受煤氣鼓風機運行電流、出口溫度等條件限制，只能通過旁通閥進行調節，造成系統可調范圍窄及操作難度大，導致焦爐系統運行效率低。工頻焦爐煤氣鼓風機煤氣出口溫升高、存在橫管冷卻器前壓力高。工頻煤氣鼓風機出現軸承溫度高、振動值大等問題。另外，煤氣進出口溫升大還會造成后續煤氣凈化系統出現系列問題。

2 問題原因分析

針對煤氣精制生產系統以及鼓風機本身出現的問題，為分析煤氣鼓風機系統出現問題的原因，從生產工藝以及設備本身兩方面著手進行分析。本文先從生產工藝本身進行試驗，分析工藝參數是否有問題，然后分析煤氣鼓風機性能參數是否符合現場生產條件。

2.1 運行工藝試驗

2座焦爐同時工作時，煤氣流量在7萬～8萬m3/h左右。根據設計，2臺鼓風機并聯運行能夠滿足生產的要求。因此，在進行工藝試驗時分別采用，一臺工頻與一臺變頻鼓風機并聯運行和兩臺變頻鼓風機并聯運行分別進行試驗。工頻與變頻并聯運行時，由于工頻鼓風機輸出能力強，單獨調節變頻鼓風機運行，系統運行偏流現象嚴重，造成變頻鼓風機運行穩定性差，實際運行時變頻電機轉速接近工頻，只能通過出口閥和回流閥調節系統參數；兩臺變頻鼓風機并聯運行時，根據焦爐系統運行變化，鼓風機能完成轉速的自動調節，橫冷前壓力以及鼓風機運行電流、軸承溫度、振動，出口溫度均在正常值范圍。

2.2 煤氣鼓風機運行性能分析

2臺焦爐同時工作時，正常煤氣鼓風機的處理量在7萬～8萬 m3/h左右，單臺流量的設計值為5.1萬m3/h，正常運行在設計點68.6%～78.4%左右的點運行（設計時參數增加20%左右的余量）。另外，根據煤氣鼓風機的性能曲線如圖1所示，煤氣鼓風機運行能力為正公差，同時煤氣鼓風機實際工況運行點小于設計點的68.6%～78.4%。

圖1 煤氣鼓風機的性能曲線

綜合煤氣鼓風機的生產工藝試驗以及運行性能分析結果，分析煤氣精制存在問題的原因如下。由于設計參數與實際運行參數的偏差，工頻鼓風機偏工況運行，在滿足系統運行調節要求下，導致工頻鼓風機現場實際運行各項指標在臨界點附近運行，系統操作要求高，調整范圍窄，存在運行與誤操作的風險，不利于煤氣鼓風機的穩定運行。

3 改進措施探討

由以上分析可知，湛江鋼鐵煤氣鼓風機出現的問題是由于鼓風機的設計能力遠大于實際生產能力造成。對鼓風機進行改造應從降低其運行能力著手，一般來說，降低鼓風機的運行能力有一下三種方式，對風機的葉輪進行改造；把工頻風機改造成變頻；改變機組增速箱的傳動比，降低煤氣鼓風機的輸出速度。基于設計初期的理念，工頻與變頻煤氣鼓風機配合生產能夠起到節能和投資成本的目的，決定通過改變機組增速箱的轉速比，降低風機的運行能力，解決煤氣鼓風機存在的問題。

3.1 方案研究

通過改變增速箱的轉速比，降低鼓風機的輸出速度既要滿足生產工藝的要求，包括煤氣處理量與進出口壓升、溫升，同時也要滿足煤氣鼓風機機械運轉參數的要求。為降低方案研究的成本問題，盡量利用現場條件進行試驗。在系統運行參數的條件下，試驗方案分三步進行。首先，同時運行兩臺變頻鼓風機，觀察記錄試驗相關數據，然后根據試驗數據對其中一臺鼓風機的增速箱進行改造，利用改造完成的工頻鼓風機與變頻鼓風機進行聯調試驗，最后根據聯調的結果確定最終改造方案。

3.2 方案試驗

試驗條件：焦爐系統煤氣發生量為78.0～82.0 m3/h；6臺煤氣鼓風機中，2#、5#為變頻鼓風機，其余為工頻鼓風機。

試驗要求：如表1所示。

表1 煤氣鼓風機運行相關參數要求

試驗方案實施之前，為方便改造后進行試驗效果對比，先對3#、6#兩臺工頻鼓風機并聯運行試驗，并對相關參數進行記錄，試驗數據進行記錄如表2所示。

在系統運行的試驗條件下，兩臺變頻鼓風機并聯運行時，變頻鼓風機的轉速設為9050 r/min時，煤氣的出口壓力以及溫升均能滿足生產工藝的要求。考慮焦爐煤氣凈化系統長時間運行后，管道阻力會增大，為保證整套裝置的穩定可靠運行，根據煤氣鼓風機流量-出口壓力性能曲線如圖1所示，通過對比煤氣鼓風機85%與70%的性能曲線，初步分析可以把煤氣鼓風機的轉速由11000 r/min降低至9200 r/min或9500 r/min。因此，先將2臺變頻煤氣鼓風機速度設置為9200 r/min以及9500 r/min后進行下一步試驗，對比觀察選擇合適的改造方案。

將2#、5#變頻煤氣鼓風機的轉速設置為9200 r/min聯合運行。試驗數據如表3所示。

表2 兩臺工頻鼓風機并聯運行相關參數表

表3 變頻煤氣鼓風機并聯運行參數表

將2#、5#變頻煤氣鼓風機的轉速設置為9500 r/min聯合運行。試驗數據如表4所示。

表4 變頻煤氣鼓風機并聯運行參數表

以上試驗數據顯示，在保證煤氣出廠壓力≥7.0 kPa，出口閥內側壓力≥15 kPa前提下，鼓風機在11000 r/min時，煤氣溫升約為34.2℃，出口煤氣溫度在58.5℃左右（外界環境溫度也有一定的影響）；煤氣鼓風機在9500 r/min時，煤氣溫升約為24.7℃，出口煤氣溫度在51.1℃左右；試驗結果表明，煤氣鼓風機轉速從11000 r/min降至9500 r/min時，煤氣溫升下降明顯；將煤氣鼓風機轉速降至9200 r/min時，煤氣溫升減少并不明顯。另外，鼓風機轉速在9200 r/min，當鼓風機的出口表壓達到24 kPa時，鼓風機將進入喘振區域；考慮到以后凈化系統可能會出現阻力增加的情況。因此，將工頻鼓風機輸出速度降至9500 r/min。

3.3 方案實施

將3#煤氣鼓風機的增速箱進行改造，將其輸出轉速降低至9500 r/min，將其中一臺變頻風機與改造后3#工頻鼓風機并聯運行進行試驗，2#變頻風機轉速為9100 r/min。3#工頻鼓風機試驗數據如表5所示。

表5 改造后3#工頻鼓風機聯合變頻鼓風機的運行參數表

將改造后3#工頻鼓風機與速度設定為9500 r/min的2#變頻鼓風機并聯運行，煤氣鼓風機運行狀態穩定，能夠滿足生產要求。試驗數據如表6所示。

煤氣鼓風機經改造后，根據當前的運行數據，煤氣經過橫管初冷器冷卻后溫度降至21.5℃，從橫管初冷器到鼓風機進口，由于受外界環境溫度影響，至鼓風機進口煤氣溫度升至26.4℃，若是高溫天氣，溫度將更高。下一步將考慮增設直冷塔（現場預留有位置及接頭），或同時在橫管初冷器至鼓風機進口煤氣管道增加保冷措施，以降低鼓風機進口煤氣溫度，間接降低煤氣出口溫度。

表6 3#工頻與2#變頻鼓風機并聯運行參數表

4 結語

經改造工頻鼓風機運行穩定，解決了工頻鼓風機軸承溫度高、振動大的問題以及工頻鼓風機的煤氣出口溫升大的問題。現場通過工頻煤氣鼓風機與變頻煤氣鼓風機進行生產配合，實踐證明不僅能夠起到節能的效果同時也能夠實現節省投資目標，為其它煤氣精制廠提供參考。同時，煤氣鼓風機從投用運行到問題的發現，在分析問題的過程中，經對運行工藝參數進行調整到分析設備存在本身問題，最后到改造方案的討論以及試驗的開展，多次進行生產運行聯合調試試驗，為日后設備系統的穩定生產提供豐富的運行經驗。

[1]張良橋,李善寧.煤氣鼓風機轉速調節改進[J].冶金動力，2016(04):61～64.

[2]高忠仁.焦爐集氣管壓力與鼓風機綜合控制系統[J].冶金自動化，2009(06):7～12.