燒結(jié)機尾除塵風(fēng)機性能偏差原因分析及改進*

趙平崇 石利德 王炯/上海金藝檢測技術(shù)有限公司

陳雪江/西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院

燒結(jié)機尾除塵風(fēng)機性能偏差原因分析及改進*

趙平崇 石利德 王炯/上海金藝檢測技術(shù)有限公司

陳雪江/西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院

本文從系統(tǒng)狀態(tài)及風(fēng)機本體性能兩個方面對現(xiàn)役燒結(jié)機尾除塵風(fēng)機（EP風(fēng)機）的性能偏差進行了詳細(xì)的綜合分析，并指出了該風(fēng)機不足之處。通過對風(fēng)機進氣箱、蝸殼結(jié)構(gòu)、蝸舌間隙及蝸殼出口擴壓部分等部件進行了局部改造，提高了風(fēng)機性能，并總結(jié)出風(fēng)機改造中需要注意的三點相關(guān)問題。

除塵風(fēng)機；風(fēng)機性能；綜合分析

0 引言

在我國鋼鐵生產(chǎn)流程中，燒結(jié)生產(chǎn)排放的廢氣污染物占整個流程的43％以上[1-2]，解決燒結(jié)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢氣污染問題，對徹底治理鋼鐵企業(yè)的污染具有重要意義。除塵系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)中影響環(huán)境質(zhì)量的重要系統(tǒng)，除塵風(fēng)機則是除塵系統(tǒng)的主要動力設(shè)備，其運行性能直接關(guān)系到除塵能力和崗位粉塵濃度及電耗的大小。

某鋼鐵企業(yè)煉鐵廠對燒結(jié)機尾除塵系統(tǒng)進行了電除塵器改脈沖袋式除塵器的技術(shù)改造[3]，并相應(yīng)地改造風(fēng)機和提高了風(fēng)機能力。改造后發(fā)現(xiàn)風(fēng)機性能偏低，達不到設(shè)計及運行要求。本文以該廠燒結(jié)機尾除塵系統(tǒng)為例，對改造后除塵風(fēng)機性能低下的原因從系統(tǒng)狀態(tài)及風(fēng)機本體性能方面[4]進行綜合研究和分析，并提出相應(yīng)的改善措施。

1 系統(tǒng)狀態(tài)的分析

系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，主要指的是系統(tǒng)運行工況參數(shù)是否與設(shè)計值符合，阻力是否過大，風(fēng)機進出口管道結(jié)構(gòu)和布置是否影響風(fēng)機性能，產(chǎn)生附加阻力損失和進口旋渦。采用的風(fēng)機型號為Y4-2x73-14No.25F（平板型），流量為110×104m3/h，全壓升為5 000Pa，溫度為100℃，進口密度為0.904kg/m3，轉(zhuǎn)速為980r/min，軸功率為1 867kW。

首先對除塵系統(tǒng)的運行工況進行了現(xiàn)場測量，實測風(fēng)機進口處的系統(tǒng)流量為88× 104m3/h，溫度為57℃，系統(tǒng)阻力為3 765Pa。

根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)阻力特性曲線[5-6]p=kpQ2

其中k為阻力系數(shù)，在目前的進口條件下，可計算出系統(tǒng)阻力p2（設(shè)計值）為

偏差=（實測值-設(shè)計值）/設(shè)計值=（3 765-3 621）/3 621=3.98％

考慮到實測位置并未嚴(yán)格符合測試標(biāo)準(zhǔn)，存在測量誤差，可以認(rèn)為系統(tǒng)的實際阻力在設(shè)計允許范圍內(nèi)。根據(jù)出口管路和進口管路條件，定性分析進出口管網(wǎng)對風(fēng)機性能的影響[7]。風(fēng)機進口管網(wǎng)的彎道離風(fēng)機進氣箱進口距離較遠（間隔4m）,可以忽略進口彎道產(chǎn)生的旋渦對風(fēng)機性能的影響。但從風(fēng)機進口管道與進氣箱的連接看，氣流的流向依次為：遠離機殼、平行機殼、遠離機殼、靠近機殼。風(fēng)機進口管道的最大偏向角為37°，進口管道與進氣箱的最大偏向角為27°。同時進口管道的截面積比進氣箱小4％，這種多次折向、偏向角大、非收斂的高速氣流容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的不均勻氣流和較大的附加阻力損失。因此，降低流速，減少氣流折向，確保氣流平穩(wěn)地進入進氣箱，減少附加阻力損失是進口管道改進的方向。出口管網(wǎng)只有連接管和消聲器及煙囪等，連接管的上擴張角比較大，存在一定的附加阻力損失。但由于這部分流速低，阻力損失比較小，對風(fēng)機性能影響較小。

2 風(fēng)機本體性能的分析

該風(fēng)機是通過原有的模型風(fēng)機進行幾何相似來設(shè)計的[8]，但是由于在安裝過程中對風(fēng)機進行了調(diào)整和布置，造成性能方面存在偏差，其主要原因是：模型風(fēng)機的進出口結(jié)構(gòu)簡單，流量小，流速低，各種渦流等不利情況可忽略不計，而實際運行的風(fēng)機要綜合考慮現(xiàn)場設(shè)備布置、設(shè)備的強度和剛度等因素，可能對風(fēng)機性能有較大的影響。

從風(fēng)機的選型看，選用Y4-2x73-14No.25F[7]，轉(zhuǎn)速960r/min即可滿足設(shè)計工況的要求，而風(fēng)機實際轉(zhuǎn)速為990r/min，存在一定的設(shè)計余量。同時風(fēng)機所有主要部件的尺寸（如葉輪、機殼、進風(fēng)口和進氣箱等）是通過?；O(shè)計的，只在管道連接處做了一定的調(diào)整?，F(xiàn)對風(fēng)機的結(jié)構(gòu)情況進行詳細(xì)分析。

1）進口擋板

進口擋板用于調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，其通流部分的尺寸和進口管道的相同，見圖1。擋板調(diào)節(jié)門的實測阻力為143Pa，理論設(shè)計值為135.5Pa，考慮到進口的氣流波動及測試誤差，阻力損失在正常范圍內(nèi)，因此進口擋板無需改進。

圖1 風(fēng)機總布置圖

2）進氣箱

本風(fēng)機的進氣箱部分包括進口接管和進氣箱兩個部分，其中進口接管用于連接進氣箱和進口擋板。由于受進口管道尺寸和位置限制，進氣箱尺寸進行了調(diào)整，進口接管的進出口尺寸變化較大，正如前面進口管道的分析，氣流阻力損失大，渦流嚴(yán)重。通過測量，目前風(fēng)機的進口流速達到32m/s，損失達到了約500Pa，進氣箱設(shè)計阻力損失為356Pa，超出設(shè)計值的40％。因此進氣箱結(jié)構(gòu)存在較大的改進空間。

3）進風(fēng)口

風(fēng)機進風(fēng)口與葉輪配合間隙直接關(guān)系到內(nèi)泄漏的大小，進而影響到風(fēng)機性能。根據(jù)相關(guān)研究，進風(fēng)口末端伸進葉輪的深度誤差不超過設(shè)計要求的50％時，性能偏差可忽略不計，徑向間隙不超過設(shè)計要求的10％，性能下降不超過2.5％。根據(jù)風(fēng)機模型[7]的設(shè)計要求，其單側(cè)徑向間隙設(shè)計值為6～9mm，軸向的深度為25mm，實際間隙為徑向單側(cè)8～9mm，軸向深度為22～25mm，實際間隙都在設(shè)計允許的偏差范圍內(nèi)，因此沒有改進的空間。

4）葉輪

葉輪是影響風(fēng)機性能的最關(guān)鍵部件，其形狀和尺寸的精確將直接關(guān)系到風(fēng)機的性能優(yōu)劣。對于本風(fēng)機葉輪，為了滿足剛度的要求，采用平板型葉片，同時在葉片的中間增加了一圈加強環(huán)，加強環(huán)會干擾葉片流道內(nèi)的流動，影響風(fēng)機效率。同時根據(jù)經(jīng)驗，平板型葉片的葉輪在效率方面要比機翼型葉片的葉輪低約3％～5％。因此葉輪具有一定的改進空間，但只有在保證安全可靠的前提下才能實施。

5）蝸殼

影響蝸殼性能的關(guān)鍵是蝸舌與葉輪的間隙、蝸殼型線及殼體內(nèi)的阻塞情況，其中蝸殼型線影響最大，阻塞情況影響次之，蝸舌間隙影響最小。為了與出口接管連接需要，對蝸殼出口擴壓部分的尺寸進行了調(diào)整，見圖2，為了增加殼體剛度，在殼體內(nèi)增加了5根撐管。

圖2 蝸殼型線的標(biāo)準(zhǔn)形狀和實際形狀的比較圖

撐管的存在，使得撐管后形成真空，變相地減少了蝸殼內(nèi)的通流面積，并且阻擋的氣流干擾了周邊的氣流流向和葉輪出口的高速氣流，增加了阻力損失。因此，撐管在流道截面內(nèi)的占比面積越大，離葉輪出口和蝸舌越近，其造成的損失越大。根據(jù)試驗經(jīng)驗，靠近蝸舌處單根撐管的壓力損失達到設(shè)計壓力的6％，而在蝸殼出口外的撐管壓力損失基本沒有。目前，蝸殼內(nèi)有5根￠95mm的撐管，撐管位置為半徑1 500mm，葉輪直徑為2 500mm，離葉輪較近，降低了風(fēng)機性能。蝸舌與葉輪的間隙越小，性能越好，但噪聲增大[9-11]，所以間隙的范圍一般為（5％～10％）D。目前該風(fēng)機的蝸舌與葉輪的間隙為12.1％D，從提升性能的需求看，這方面還是存在一定的改善空間。

該風(fēng)機蝸殼出口的擴張方向遠離葉輪，同時其擴張角是19°，對風(fēng)機性能是不利的[5]，按照國內(nèi)風(fēng)機的設(shè)計，擴張角最好控制在15°內(nèi)。蝸殼出口擴壓部分存在一定的改善空間。

3 改進措施和結(jié)果分析

綜合以上情況分析，風(fēng)機本體和管道有進一步的改造空間。這種改造必須考慮到現(xiàn)場運行的實際需求和改造條件的限制，遵循以最小的代價和時間提高風(fēng)機性能滿足除塵要求的改造原則。由于風(fēng)機葉輪和進口管道的改造涉及面大，時間長，費用高，故目前改造只考慮進氣箱和蝸殼的局部改進，見圖3。

圖3 改進后的風(fēng)機總圖

1）在進氣箱前部增加導(dǎo)流板，在尾部增加擾流板。進氣箱的外形無法改變，因此通過增加導(dǎo)流板來減少渦流。進氣箱前部增加3塊導(dǎo)流板，起點為進口接管的進口法蘭，3塊導(dǎo)流板將進口界面等分成4份，終點離進風(fēng)口越近越好，為了避開人孔門，距離中心線1 500mm的位置。中間導(dǎo)流板正對中心，兩側(cè)導(dǎo)流板將中間導(dǎo)流板隔離出的截面等分。進氣箱底部中間增加整流板，防止氣流進入進風(fēng)口時產(chǎn)生有害旋流。導(dǎo)流板的設(shè)置不僅減少了損失，也提高了進氣箱和機殼的剛度。

2）蝸殼內(nèi)去除撐管，減少蝸舌間隙，增加出口導(dǎo)流。機殼內(nèi)的撐管嚴(yán)重降低了風(fēng)機性能，因此取消殼體內(nèi)的所有撐管，而機殼的剛度通過進氣箱內(nèi)的導(dǎo)流板保障。在減少間隙時，相應(yīng)地增加了擴張角，因此要調(diào)增蝸舌與葉輪的間隙，必須要考慮到出口擴張角度的大小。為了控制擴張角在15°內(nèi)，蝸舌與葉輪的間隙只能減少到7.5％D（即187.5mm）。按原來的弧線延長蝸舌部分的蝸殼板，直到與葉輪外徑間隔187.5mm的位置，然后將此處與蝸殼出口法蘭用鋼板連接。在蝸殼底部增加2塊導(dǎo)流板，減少反向擴張角和流量，減少損失。下面的導(dǎo)流板水平放置，位置高度為按標(biāo)準(zhǔn)?；O(shè)計的底部尺寸（距離中心線2 816mm），上面的導(dǎo)流板將隔離出的空間等分，2塊導(dǎo)流板一側(cè)與蝸舌對齊，另一側(cè)與法蘭對齊。

通過以上改進，我們對該風(fēng)機的性能再次進行了實測，具體數(shù)據(jù)如表1。從表中數(shù)據(jù)可知，風(fēng)機改造后，性能有了明顯提升，風(fēng)機內(nèi)部損失減少，流量提高了13.6％，運行效率從52.3％提高到66.4％。

表1 改進前后風(fēng)機性能實測對比表

4 結(jié)論與建議

本文對某EP風(fēng)機系統(tǒng)的運行性能的影響因素作了綜合分析，并提出了相應(yīng)的改進措施，通過局部改造提升了風(fēng)機性能，說明風(fēng)機各部件的細(xì)節(jié)設(shè)計對風(fēng)機性能有著重要的影響。

建議在風(fēng)機改造中，必須要綜合考慮系統(tǒng)布置、風(fēng)機及兩者之間的匹配性，確保實際的風(fēng)機性能滿足要求：

1）合理選擇風(fēng)機型號，使風(fēng)機進出口位置和尺寸跟原有的接近。

2）根據(jù)風(fēng)機進出口位置和尺寸，合理調(diào)整風(fēng)機進出口接管布置，防止出現(xiàn)尺寸的急劇變化，減少系統(tǒng)管道對風(fēng)機性能的影響。

3）在風(fēng)機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡可能降低影響風(fēng)機性能的關(guān)鍵部件的損失，控制在合理的范圍內(nèi)，滿足預(yù)期的氣動性能。

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Cause Analysis and Improvement of UnderperformingforSintering Machine's Tail Dust Blower

Zhao Ping-chong,Shi Li-de,Wang Jiong/ Shanghai Jinyi Inspection Technology Co., LTD.
Chen Xue-jiang/School of Energy and Power Engineering,Xi'anJiaotongUniversity

Low performance of the sintering machine's tail dust blower(EP blower) intake system and the blower itself were analyzed comprehensively before,deficiency and reform plan for the EP blower was proposed.Through partial modification of theinletbox,volutestructure,tongue clearanceandoutletdiffuser,thefan performance was enhanced.Based on the results,some related problems,which had been noticed during the fan modification, were resolved.

dust blower;fan performance; comprehensive analysis

TH432;TK05

A

1006-8155（2016）02-0087-04

10.16492/j.fjjs.2016.02.0151

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目（2012CB026001）

2015-07-20上海市201900