攀鋼釩新3號燒結機主抽風機高效節能改造方案及效果分析
為了解決老燒結系統SO2和粉塵超標排放污染環境的問題，滿足600萬噸/年生鐵產能的需要，提高燒結礦質量和燒結機整體裝備水平，提升可持續發展能力，2012年攀鋼釩完成了關停拆除原3號、4號、5號3臺130m2燒結機和原地改建一臺260m2燒結機（簡稱新3號燒結機）的任務。新3號燒結機在燒結工藝、節能減排、設備選擇、自動控制等方面廣泛應用新技術、新設備，使得其工藝、技術、裝備和自動化水平達到了當前國內外領先水平，但在投產使用過程中，也暴露出主抽風機運行不穩、電耗指標高的問題。
存在的問題
新3號燒結機于2012年8月30日建成投產，主要設備參數見表1。其主抽風系統采用兩臺5600kW、10kV高壓電機，分別拖動兩臺SJ14300-0.89/0.72型主抽風機。該風機主要參數見表2。
新3號燒結機采用單煙道雙主抽風機生產，煙氣由分配室分流經電除塵后進入主抽風機。因受場地限制，燒結機主煙道與主抽風機進氣煙道成90°布局。系統設置有2臺SJ14300型主抽風機，轉子為普通二維葉輪轉子。主抽風機在生產運行過程中存在兩個問題：一是煙氣經分配室進入主抽風機流量不均衡，存在“搶風”現象，即一臺風機風量大而另一臺風機風量小，導致兩臺風機電機的電流差異大；一臺閥門開度可到90%，另一臺閥門開度不到30%，如果強行將風門開大則振動加劇，風機喘氣頻繁，工況不穩定，影響設備安全，給正常生產造成影響。二是風機裝機容量偏大，造成燒結礦動力能耗高，但是如果運行單臺風機生產，又無法滿足生產要求。因此，必須對燒結主抽風機進行改造，以實現燒結機穩定正常的生產。
風機改造可行性
單臺抽煙機運行實驗。
一般大型燒結機均為2臺抽煙機同時運轉，為了搞清楚原因，從2014年11月到2015年4月，攀鋼釩煉鐵廠利用限產、燒結礦槽存較多等機會進行了多次單臺抽煙機運行試驗，試驗最短時間為4.5小時，最長時間為7天。
試驗情況如下：燒結負壓比正常降低1kPa~2kPa，燒結礦產量降低10%左右；機頭電除塵灰量減少15%左右；脫硫裝置運行未見異常，脫硫效果沒有明顯變化；電機電流與雙抽時的最大電流一致。
三元流節能轉子節能效果。
三元流葉輪使空氣進行三維立體式流動，降低葉輪對其做功時的損耗，有效降低軸功率，運行效率顯著提高，具有明顯的節能效果。該廠應用先進的三元流技術開發設計了新型大流量、低壓比離心燒結鼓風機葉輪，流量達到8000m3/min~25000m3/min，與傳統二元葉輪比較，流動效率提高3.8%，葉輪效率提高10%左右，整機效率提高到10%以上。
近幾年來，國內一些鋼廠將三元流技術應用于燒結風機等大流量通風機改造上，在不改變電機、機殼的情況下，電流比之前下降了10%以上，風量比之前提高10%以上。
風機三元流改造可行性。
一方面，根據單抽試驗，燒結機單抽工作時，其燒結礦產量降低10%左右，就是風量比正常風量低了差不多10%左右；另一方面，經過三元流技術改造一臺主抽風機后，在電機、機殼等不變的情況下，其抽風量將增加10%左右。這樣，使用三元流技術改造的主抽風機，可以彌補原單抽時的產量損失，燒結礦產量并不明顯降低，這樣就達到目的，即可以停用一臺抽煙機而只運行經三元流技術改造后的這一臺風機，更換下來的轉子還可以作為另一臺風機的備品使用。
因此，改造可行性結論如下：使用三元流技術改造的主抽風機增加的風量正好可以彌補原單抽運行的不足風量。利用三元流技術改造主抽風機是可靠的。單抽對機頭電除塵的除塵效果有一定影響，但影響不大。如將機頭電除塵電源改為高頻電源，可提高除塵效率，可抵消單抽對除塵效果的影響。脫硫負荷不會增加。
改造方案
燒結主抽風機改造前提是電機不動，機殼、基礎不做改造，將新設計、制造的風機轉子安裝在原風機機殼內。因為燒結鼓風機的原生產廠家和改造廠家不同，軸端密封和進風口的安裝部位結構形式和幾何尺寸有所不同，所以軸端密封和進風口的安裝部位尺寸待實地測量后決定是否改變。改造分為以下3個部分：
主抽風機葉輪改造。
葉輪采用國際先進軟件平臺進行設計。葉輪改造主要是將葉輪內部的三元立體空間無限地分割，通過對葉輪流道內各工作點的分析，建立起完整、真實的葉輪內流體流動的數學模型，依據三元流動理論設計出來的葉片形狀為不規則曲面形狀，葉輪葉片的結構可適應流體的真實流態，能夠有效控制葉輪內部流體質點的速度分布，同時在改善了葉輪流道氣流的均勻性后也可減少雜質堆積，能夠很好地改善轉子的運行平穩性。
高效節能風機轉子與普通風機轉子相比，增加了導流套，葉輪應用了三元流動技術，具有倒流、通流效率高等優勢，相較普通風機葉輪，單輪效率提高10%左右（前后數據要一致）。
兩種葉輪的幾何形狀差異很大，為使兩種不同幾何形狀的葉輪滿足完全相同的安裝條件，在設計上是存在很大難度的。因此，該廠在設計過程中采用了多種設計方法進行比較，對葉輪內流動優化及強度計算進行復合性設計，在基本設計定型后再運用計算流體動力學技術以及葉片優化平臺進行了系統優化，優化所提高的整機效率達到4.2%～4.8%。
離心鼓風機葉輪設計根據所選用的材料進行強度校核是必須進行的程序。該葉輪的強度校核所采用的方法，是將雙吸離心葉輪整體作為計算幾何模型進行有限元網格剖分，同時為保證結構離散化的計算精度和內存空間的有效利用，運用軟件進行10節點的四面體單元網格剖分從而進行強度效核，校核的結果是該SJ16000三元流葉輪有足夠的強度滿足運行要求。
進口導流裝置改造。
傳統燒結風機的軸盤端面與主軸過渡部分總有較大臺階，氣流通過時會產生氣旋及湍流現象從而降低效率，此次改造利用原風機主軸進行設計改造并加裝了導流套和密封套，導流套使氣流與主軸圓滑過渡，軸槽與軸端密封嚴密，減小了軸端泄漏，相對原來的結構提高了氣流流動效率。該廠采用分流器合理分流有雜質的煙氣，減輕葉片頭和后盤部位的磨損，改善了葉輪流道氣流的均勻性，減少雜質堆積，能夠很好地改善轉子的穩定運轉精度。
高效節能風機導流器與普通風機導流器相比，具有通流效率高、氣流分流均勻等優勢，效率提高約2%。
密封系統改造。
該廠設計新型燒結鼓風機密封系統取代原有密封，減少燒結鼓風機漏風量75%以上。該廠根據燒結鼓風機高端化設計的整體思路，對燒結鼓風機轉子流道中的各個部件進行了整體優化設計。燒結鼓風機密封系統的設計，運用壓縮機密封技術，采用新式燒結鼓風機口圈密封和軸端密封系統，大幅減少了燒結鼓風機內部泄露，提高了整機效率。
實施及效果
2016年1月27日~30日，新3號燒結機A抽風機轉子換裝成三元流轉子。按照改造技術方案，施工中軸承座、主油泵、機殼保持不變，該廠只對轉子、風口進行了更換，且對B抽風門進行密封處理及B除塵前風管進行了插盲板封堵，最大限度減少A抽風機風量損失。
自2016年1月30日將A抽風機轉子更換為三元流轉子后，新3號燒結機一直都用新更換后的風機單獨運行（停運B抽風機），并將B抽風機電除塵器進風口及風機出口進行封閉。經過一年多運行，結果表明：用改造后單臺風機可以代替原來2臺風機，燒結機產量不變，技術參數負壓不變（詳見表3），保障了新3號燒結機正常運行。
從表4可知，新3號燒結機主抽風機改為三元流轉子單抽運行后，2016年1月~12月份累計節電918萬千瓦時，創節電效益536萬元。
從表5可知，2017年1月~12月份，新3號燒結機主抽風機累計節電987萬千瓦時，創節電效益493萬元。
該項目從風機轉子改造到2017年底，累計節電1906萬千瓦時，創節電效益1030萬元；3個月收回全部投資，在滿足生產的情況下開展了節能改造攻關，實現了項目預期目標，該項目的改造是成功的。
結語
新3號燒結機經過高效節能改造，經過一年多的運行，用一臺主抽風機代替原來2臺風機運行，在確保生產正常運行前提下，節約了較多用電，表明用三元流技術改造風機是成功的。2018年，攀鋼釩煉鐵廠在嘗到新3號燒結機改造甜頭的基礎上，在新2號燒結機開展主抽風機2臺以及3號環冷機風機、4號環冷機風機、配料除塵風機、機尾除塵風機共計6臺風機及配套輔助設施的節能改造推廣工作。
相信，在經過一系列其他燒結機風機節能改造后，攀鋼釩燒結機風機應用將達到新的水平，在優化生產技術指標的前提下，進一步提高燒結設備保障能力。
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