轉爐干法除塵風機國產化應用研究

劉彥兵，唐志云，孟 澤，趙 坤

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠，山西 太原 030003）

1 干法除塵系統工藝概述

如圖1 所示，轉爐吹煉過程中產生的含大量CO等煙塵的高溫煙氣（約1 450 ℃），在ID 風機抽引作用下，經過活動煙罩、固定煙罩、汽化冷卻煙道后，煙氣溫度降至800～1 000 ℃，然后進入蒸發冷卻器，經過雙相噴槍噴嘴冷卻后煙氣溫度降至180～200 ℃，同時約有30%左右的粗粉塵在蒸發冷卻器作用下被捕獲，粗粉塵通過鏈式輸灰機進入粗粉塵倉。經冷卻、粗除塵和調質后的煙氣經由數百米長的荒煤氣管道進入圓形靜電除塵器，經靜電除塵精除塵后，收集的細灰經過扇形刮灰裝置、底部拉鏈機、集合刮板機和斗提機排到細粉塵倉。在切換站合格煙氣經過煤氣冷卻器降溫到70 ℃后進入煤氣柜進行回收再利用，不合格煙氣通過放散塔點火裝置燃燒放散。

圖1 轉爐干法除塵系統工藝流程圖

2 ID 風機功用及結構

ID 風機是干法除塵系統中非常重要的關鍵設備。它在從轉爐至風機的荒煤氣煙道內形成負壓，將轉爐內的煙氣抽出，并進行加壓，進入氣柜以備使用。該風機體積小、功率小、慣性力矩小，并且煙氣流在風機處軸向流經，當靜電除塵器內發生爆炸時，可直接通過一部分爆炸氣體，對減輕電除塵的泄爆影響是有利的。在吹煉的過程中，轉爐煙氣量是不斷變化的，而子午加速軸流風機能夠根據爐口壓力狀況和轉爐煙氣量及時進行變速調整，通過在短時間內改變風機轉速調整風量，既適應了轉爐不同冶煉狀態的風量需要，也可以在回收時保持較高的壓頭與風量以保證煤氣的順利回收。

ID 風機屬子午加速軸流式通風機，其葉輪輪轂為錐形，葉輪出口輪轂直徑大于進口輪轂直徑，因此其葉輪流道的截面積沿流動方向逐漸減少，氣流經過葉輪子午面的分速度（子午速度）得到提高，故稱子午加速軸流式風機，它主要由轉子組件、進氣箱、殼體、擴壓器及軸承箱、軸封、監測部件等部分組成，其結構示意圖見圖2。

圖2 ID 風機的結構簡圖（單位：mm）

3 ID 風機運行現狀及國產化應用分析

3.1 目前運行情況

太鋼二煉鋼廠北區1 號、2 號轉爐于2006 年投產，干法除塵系統由德國魯奇公司設計提供，配套用ID 風機采用的是進口風機，為德國TLT 品牌，運行至今逐漸出現風機殼體破損，風機葉輪磨損，主軸變形等劣化趨勢。而且后期轉爐實際裝爐量大于設計裝爐量，風機高負荷超頻運行，但抽煙量低無法滿足實際運行工況要求和環保需求。在煉鋼吹氧期間風機轉速在2 200 r/min，正常運行振動值基本在3 mm/s 左右，沒有低于1 mm/s 以下情況，軸承故障率高，嚴重制約轉爐穩定生產。為保證當前嚴格的環保要求及轉爐穩定生產，ID 風機需要擴容改造。

3.2 國產化優化改進

經考察，成套進口德國TLT 風機價格昂貴，一套進口轉子組價格與一套成套國產化風機價格相當，于是反復對比調研國內其它鋼廠ID 風機使用情況，篩選具備生產同類風機產品優良資質廠家，經過不斷技術交流業績再確認，最終選用業績多且產品運行穩定的國產風機。該風機在原來風機基礎上進行諸多優化改進，以更加符合國內鋼廠現場實際運行工況需求，具體如下：

3.2.1 風機參數優化

根據轉爐一次除塵系統壓力核算結果和風量風壓匹配最優化選型，北區1 號、2 號轉爐ID 風機流量和壓力分別由原來的77 m3/s 和7 500 Pa 增加至104 m3/s和8 500 Pa，葉輪直徑由1 330 mm 增大至1 600 mm，在正常轉爐冶煉關鍵工況點有效規避風機失速區。

圖3 是風機國產化前的性能曲線圖，從圖3 中可知實際運行工況點1 運行在遠離失速區，運行穩定，但風機轉速較高，運行到了最大值2 200 r/min。圖4是風機國產化后的性能曲線圖，此時在關鍵點（第1點）的轉速1 520 r/min，完全處于氣動安全區域。在運轉安全方面比較，改造前風機軸承內徑為120 mm 和90 mm，國產化后其軸承內徑為170 mm 和170 mm，又配置有油站+高位油箱，所以后者的運行安全性和軸承壽命將遠大于前者。另外，國產化后風機最大運行點（第5 點）實際中不會用到，實際工況點風機轉速不是太高，可極大降低風機振動類故障，確保風機可長期高效穩定運行。

圖3 國產化前風機的性能曲線圖

圖4 國產化后風機的性能曲線圖

3.2.2 增設強制潤滑裝置—稀油站

國產化風機軸承座采用稀油站強制循環潤滑，原進口風機采用油池自潤滑，相比而言，采用稀油站潤滑可靠性更高，可有效降低軸承運行溫度，使風機保持在最佳狀態運行，特別是在夏天比較明顯，夏天室外溫度整體高，采用油池自潤滑方式，自由端和固定端軸承溫度頻繁報警，在高報警的情況下，風機就會跳閘，嚴重制約轉爐正常生產。

3.2.3 增加應急高位油箱

國產化風機新增高位油箱，在稀油站故障的情況下，高位油箱啟用，可保證軸承的潤滑，減少缺油導致燒毀軸承的故障率。而進口風機沒有高位油箱，在風機軸承座缺油的情況下，軸承會嚴重燒損，甚至會出現軸承與風機主軸抱死情況，損壞主軸，導致嚴重的設備故障事故。

3.2.4 空冷站增加備用裝置

自由端軸承冷卻靠空冷站，新風機空冷站一用一備，可保證自由端軸承可靠冷卻，原進口風機空冷站只有1 臺風機，在冷風機發生故障的情況下，自由端軸承冷卻效果無法得到解決。因此，增加備用冷卻風機后可有效減少該類故障。

3.2.5 葉輪結構改進—防沾灰

原先進口風機在使用一段時間后，輪轂前后均會積灰，嚴重的情況下，轉子組動平衡就會破壞，風機振動值就會增加，嚴重影響風機正常運行。新風機在葉輪處進行改進，在輪轂前后增加擋灰裝置，這樣葉輪就不會積灰，大大降低風機動平衡類故障。

3.2.6 軸承座軸封改進

舊風機軸承座漏油故障率高，特別是固定端軸承座，每次大修更換轉子組后頻繁漏油。有時候漏油嚴重的情況下，每班需要一個人每隔1 h 就要進行一次補油作業。新風機軸承座軸封結構進行改進，對原來的迷宮式密封進行優化，減少漏油類故障同時減輕巡檢人員的作業強度。

3.2.7 軸承及軸承座尺寸優化

舊風機自由端和固定端軸承型號分別為C2218和22224E/C3，舊風機自由端軸承選型較小，由于風機長期運行在高轉速工況，振動故障率較高，新風機對自由端和固定端軸承重新放大選型，改為一樣的型號22234E/C3，同時改進后的風機運行轉速較舊風機低，可極大降低振動故障率。目前，風機在轉爐正常冶煉的情況下，自由端和固定端振動值均≤0.5 mm/s。

3.2.8 聯軸器結構改進

舊風機采用輪胎式聯軸器，輪胎屬進口件，價格昂貴，現將聯軸器結構進行優化，改為國產防爆無火花式膜片式聯軸器，在滿足現場實際工況使用要求的前提下，還可降低備件采購費用。

3.2.9 散熱輪增加防護裝置

舊風機固定端軸承座散熱輪沒有防護罩，特別是在軸承座打甘油作業時，存在較大安全隱患，現將散熱輪增設防護罩，可極大改善作業人員的作業環境，保障作業人員人身安全。

4 結論

ID 風機作為轉爐干法除塵系統的關鍵設備，北區1 號、2 號轉爐風機分別在2020 年7 月和9 月實施國產化擴容改造，改進優化后極大提高了風機運行的穩定性，同時國產化后降低了備件采購費用，減少庫占資金。轉爐正常投產后，在煉鋼期間設定轉速1 450 r/min 即可滿足工況運行要求，前后軸承振動值分別為0.4 mm/s，0.5 mm/s，風機運行穩定，極大降低了風機故障率，確保了干法除塵系統穩定高效運行，滿足當下環保發展要求，保證了轉爐穩定生產。