球團耐熱風機性能優化改造研究

易林根

摘要：本文旨在探討鏈篦機-回轉窯球團生產線中耐熱風機的性能優化問題。通過對現有耐熱風機的工作原理、結構特點以及運行環境進行深入研究，提出了針對性的優化改造措施。實驗結果顯示，經過優化設計的風機在耐高溫性能、運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-回轉窯球團生產線耐熱風機的性能提升提供了理論依據和實踐指導。

關鍵詞：鏈篦機-回轉窯球團生產線；耐熱風機；性能優化；耐高溫性能；耐磨性能；運行效率；仿真計算。

1  研究背景

隨著鏈篦機-回轉窯球團生產線生產規模的不斷擴大，對生產設備的穩定性和性能要求越來越高。耐熱風機作為鏈篦機-回轉窯球團生產線的關鍵設備之一，其性能直接影響到生產線的連續性和產品質量。而且由于耐熱風機運行工況的特殊性：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的“雙碳”指標不斷縮緊，由此，對耐熱風機的可靠性及高效性要求也進一步加強。在整個風機的生命周期內，運行和維護成本占據全生命周期成本的85%以上，因此，研究并提升耐熱風機的可靠性和高效性具有重要的現實意義和應用價值。

2  研究目的

本研究旨在通過對耐熱風機的深入分析和安裝使用，找出影響其性能的關鍵因素，并提出有效的優化方案。通過優化設計，提高風機的耐高溫性能、耐磨性能、運行效率和關鍵部件的使用壽命，為鏈篦機-回轉窯球團生產線的生產提供更加穩定和高效的設備支持。

3  研究方法

本研究采用理論分析、性能檢測和數值模擬相結合的方法。首先，對耐熱風機的結構和工作原理進行深入研究，分析影響其性能的關鍵因素。然后，通過實驗研究和數值模擬，驗證理論分析的正確性，并找出優化設計的方向。

4  研究過程

在研究過程中，我們首先收集了大量關于耐熱風機的相關資料和文獻，對其進行了系統的整理和分析。然后，通過實際使用檢測和數值模擬，對風機的性能進行了全面的測試和評價。在實驗過程中，我們不斷調整和優化風機的結構和參數，以達到最佳的性能表現。

4.1數據采集與分析

4.1.1運行數據采集

按照GB/T10178《工業通風機現場性能試驗》對現場運行的風機工況參數進行專業標定，以確定其運行工況點及效率情況，以便進行針對性設計。本文以寶武集團新鋼公司煉鐵事業部120萬噸/年鏈篦機-回轉窯球團生產線二臺耐熱風機作為研究對象，2023年進行了性能優化改造。以下為耐熱風機改造前測試數據。

耐熱風機改前測試數據

4.1.2運行狀況采集及分析

1) 風機實際運行工況與設計值存在偏差，行業大部分風機的高效區窄，風機偏工況之后效率降低明顯；

2) 風機由于年限及設計能力問題，運行效率偏低；

3) 風機由于設計能力問題及工藝發生變化，風機的磨損較為嚴重，導致風機的檢修周期短，檢修成本高。

4.2風機設計

4.2.1耐熱性能提升                                                         

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

4.2.2耐磨性提升

1. 材料：

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

2) 耐磨復合材料是運用先進的材料制備技術將具有耐磨性質的材料組分與一般材料組合而成的新材料；

3) 特質耐磨復合板，金相組織中Cr7C3碳化物的體積分數達到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HRC63。在普通耐磨板的基礎上耐磨性能增加30%以上,耐溫最高可達450℃；

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

5) 表面采用特殊紋路設計，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. 設計優化：

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

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

3) 優化葉片進出口角度，使其出口角度＜45°，提高其耐磨及防積灰性能。

4.3優化設計

2023年，新鋼公司煉鐵事業部120萬噸/年鏈篦機-回轉窯球團生產線實施了煙氣超低排放改造，采用SNCR與SCR結合脫硝（前置）+石灰石-石膏雙塔雙循環濕法脫硫+濕式電除塵器的技術路線。從鏈篦機機頭透過球團出來的煙氣，先通過鏈篦機預熱段尾部SNCR脫硝，經多管除塵器后，進入SCR脫硝處理系統，通過耐熱風機后，再經鏈篦機抽風干燥段，進入主電除塵器，再經主抽風機及煙氣脫硫系統處理后排出。因增加了前置脫硝裝置，在超低排放時對二臺耐熱風機進行了更新改造，并對其進行了優化設計，優化設計改造前后設備技術參數、性能如下：

設備技術參數

4.3.1轉子強度分析

對葉輪進行仿真計算：

性能提升：

1) 采用先進三維分析軟件進行葉輪應力分析，保證安全余量＞2倍；

2) 進口加強圈、出口加強環設計，保證葉輪進出口具備較好的強度及剛性；

3) 采用三元設計理論，保證較好的進氣及氣體流動性能，提升葉輪效率。

一階臨界轉速安全系數＞1.55

1) 主軸采用橄欖軸設計，進氣效率高，均勻傳遞扭矩；

2) 一階臨界安全系數≥1.55，安全性高，主軸剛性更好；

3) 主軸采用高強度優質合金結構鋼42CrMoA，采用鍛造工藝、并進行調制處理，保證其機械性能；

4) 關鍵配合處采用拋光工藝，提升軸承等部件的運行壽命；

5) 考慮介質溫度較高，在停機狀態由于環境溫度高及轉子自重影響，風機設計輔傳裝置，在主電機停止工作之后，輔傳裝置電機自動給電，使風機轉子能夠勻速緩慢轉動，防止熱力變形。

4.3.2整機性能仿真模擬計算

壓力云圖                       速度云圖

4.4運行及跟蹤

4.4.1高效節能

按照GB/T10178《工業通風機現場運行試驗》規定要求進行現場性能測試，結果如下：

改后測試數據

耐熱風機優化設計改后，從測試結果可以看出，風機風量風壓相比改前有較大提升的同時，風機功率比改造前還有所下降，完美兼顧了性能提升與節能，做到了在系統進行脫硝優化的同時，系統能耗下降的目標，且風機還具備提產的性能儲備。

4.4.2耐磨性

持續運行3個半月之后檢查風機葉輪磨損情況如下：無明顯痕跡，耐磨性能優秀。

5  研究結論

經過優化設計的耐熱風機在耐高溫性能、運行效率和使用壽命方面均有了顯著提升。 測試結果顯示，優化后的風機在高溫環境下的運行穩定性明顯提高，且風量和風壓均有所增加，在保障前置脫硝系統的正常運轉的情況下，風機的風量、風壓運行參數與球團生產工藝匹配良好。同時，風機的使用壽命也得到了顯著延長，降低了企業的運營成本和維護成本。圖 1 為優化后的風機樣式，圖 2 為優化后的風機轉子樣式

圖1 

圖2

6  總結

本研究通過對耐熱風機的性能優化研究，提出了針對性的優化措施，并通過實際運行，驗證了其有效性。優化后的耐熱風機在耐高溫性能、運行效率和使用壽命方面均有了顯著提升，為球團的生產、前置脫硝提供了更加穩定和高效的設備支持。本研究為耐熱風機的性能優化提供了理論依據和實踐指導，對鏈篦機-回轉窯球團生產線的生產和發展具有重要的促進作用。

參考文獻

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[3]  商景泰. 通風機實用技術手冊. 機械工業出版社.2011.