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1 问题的提出
济南钢铁集团总公司第一烧结厂（简称济钢第一烧结厂）2×90m2烧结机设计年产烧结矿194万t，配套烧结主抽风机为SJ9000-1.033/0.893离心式鼓风机。随着烧结工艺、设备的不断改造和厚料层、高负压烧结工艺的应用，2×90m2烧结机料层厚度已达650mm，具备了年产250万t烧结矿的生产能力。烧结风机的风量已明显不足，对烧结矿的产量、质量均产生了一定负面影响。
烧结机利用系数与抽过烧结台车的风量有直接关系。风量小、负压低，烧结过程中垂直燃烧速度慢，烧结矿产量低，烧结机利用系数低，同时，由于固体燃料不能充分燃烧，造成各类消耗(特别是固体燃料消耗)升高，致使烧结矿生产成本提高。2003年济钢新建1750m3高炉投产后,对炼铁原料提出了更高的要求, 济钢第一烧结厂2×90m2烧结机于2002年底实施生产工艺优化及自动化改造，新的智能化烧结机有效烧结面积扩大到2×120m2。烧结风机风量不足的矛盾更加突出，所以实施SJ9000风机扩容改造，提高风机风量、负压势在必行。
2 风机扩容改造的设计与试验
2.1 技术参数的确定
烧结生产所需风量取决于有效烧结面积。根据国内同类型烧结厂的经验，典型130m2烧结机配用风机风量为12000m3/min。同比折算120m2烧结机所需风机风量为11076.9m3/min,单位时间、面积需配置烧结风量为85～100m3/( m2.min)[1]。由此计算120m2烧结机所需风机风量为10200～12000m3/min。经多次技术论证，确定济钢SJ9000风机改造后风量为11000m3/min、静压升14.5kPa,型号为SJ11000-1.033/0.885离心式鼓风机。
改造前后主要技术参数对比如表1所示。
表1 改造前后风机主要技术参数对比
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项 目
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风量
/m3.min-1
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进口压力/kPa
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出口压力/kPa
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风机静压升/kPa
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风机转速
/r.min-1
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电机功率/kw
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配用同步
电动机
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改造前
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9000
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87.5
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101.2
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13.7
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1500
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3200
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T3200-4/1430
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改造后
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11000
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86.7
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101.2
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14.5
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1500
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4000
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T4000-4/1430
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2.2 风机扩容改造内容
济钢4座350m3高炉及1750m3高炉均由2×120m2烧结机供应烧结矿，原料供应紧张。因此，烧结风机扩容改造要求停机时间短、改造效果可靠。
如果对SJ11000风机按常规重新设计，势必造成风机、电机的基础改变，基础的变动将给改造施工带来大的土建工作量及长的施工周期。为缩短施工周期、减少投资，经论证，本次风机扩容改造利用原有风机、电机基础，风机、电机地脚螺栓利用原有预埋地脚螺栓，风机机壳、两侧进气室、调节门外形尺寸不变，风机支撑轴瓦、止推轴瓦不变。按相关风机设计要求，利用原有风机旧轴进行转子优化设计，通过加大叶轮直径、宽度，加大两侧进风口以及出口扩压管尺寸，达到风机扩容改造的目的。主要改造内容包括：叶轮轮盘直径缩小至φ1000mm；叶轮直径加大至φ2410mm；叶轮宽度加大至500mm；叶轮叶片加厚至14mm；叶轮两侧盖盘加厚至14mm；进风口尺寸加大为φ1380mm。
2.3 工业模型验证
为验证SJ11000-1.033/0.885离心鼓风机能否满足各项技术要求，并提高可靠度，进行了工业模型验证。按JB/T3165-1999《离心和轴流鼓风机和压缩机热力性能试验》标准对扩容改造后的风机进行了模型化。同比缩小了该SJ11000-1.033/0.885离心鼓风机，模型机的设计效率高、满足使用和安装要求。主要技术参数为：配用电机Y160L-4，功率15kW；风筒内径0.45m；风机出口面积0.129m2；进口面积0.159m2；试验叶轮直径0.71m；整流风筒内径0.45m；设计转速1500r/min；机械平衡重140g；测压点间距1.68m；平衡力臂长0.515m；试验气体常数289.58J/（kg.K）；设计进气总压 86800Pa；设计进气密度 0.9kg/m3；设计进气温度 358.16K；设计叶轮直径 2.41m；设计静压升14.5kPa。
在模型工业试验过程中，通过在风机管道入口设置不同面积的金属网罩，设置不同的管道抽风阻力，从而改变模型机运行各项技术参数。实验采集多个不同的工况点技术参数，其中7个工矿点的技术参数如表2所示（大气压力为95300Pa）。
将上述参数依据JB/T3165-1999进行计算，可依次计算出每个工矿点的技术数据。
2.4 风机性能曲线
表2 离心鼓风机开式进气性能试验测试数据
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集流器压差/Pa
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进口表压/Pa
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大气温度/℃
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进口温度/℃
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出口温度/℃
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试验转速
/r. min-1
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平衡荷重/kg
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-344.6
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-590.9
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26.5
|
26.5
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27.3
|
1496
|
7.14
|
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-281.5
|
-942.4
|
26.6
|
26.6
|
27.5
|
1499
|
7.14
|
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-226.0
|
-1202.8
|
25.9
|
26.6
|
27.6
|
1501
|
6.92
|
|
-181.8
|
-1383.9
|
26.4
|
26.6
|
27.8
|
1501
|
6.72
|
|
-138.8
|
-1585.2
|
26.2
|
26.2
|
27.9
|
1500
|
6.42
|
|
-90.5
|
-1793.1
|
26.2
|
26.2
|
28.1
|
1500
|
5.85
|
|
-62.4
|
-1897.6
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26.3
|
26.3
|
28.2
|
1501
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5.32
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由模型机试验结果及系统计算数据可以做出SJ11000-1.033/0.885离心鼓风机性能曲线,如图1所示。进口介质为烧结烟气，进口压力86.8kPa，进口密度0.9kg/m3 ；进口温度85℃；工作转速1500r/min。
图1 离心鼓风机性能曲线
3 改造效果及效益分析
3.1 改造效果
扩容改造后风机具有以下特点：（1）风机效率高（不低于83%），使改造后烧结矿单位能耗大幅降低。（2）风机叶片加厚，并堆焊碳化钨合金，转子寿命延长。（3）风机风量及负压的提高，满足了烧结工艺厚料层、高负压的要求，提高了烧结机利用系数并优化其它烧结工艺技术经济指标。烧结矿产量大幅度提高，两台烧结机每天可增产烧结矿1000t。同时，由于风量充足，燃料燃烧充分，各类消耗降低，特别是固体燃料消耗，优化了烧结过程，使烧结矿含粉率明显降低。设备运行可靠，各种轴承的振动均小于2.6mm/s,提高了设备作业率。风机扩容改造前后主要烧结工艺、设备技术指标对比如表3所示。
表3 改造前后主要技术指标对比
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项 目
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年产量
/万t
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利用系数
/t.m-2.h-1
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燃耗
/kg.t-1
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转鼓
/%
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筛分含粉/%
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运行电流/A
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风机振动
/mm.s-1
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作业率/%
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改造前
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280
|
1.55
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52.17
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73
|
8.8
|
320
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4.0～6.5
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95
|
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改造后
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315
|
2.25
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50.00
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76
|
6.5
|
280
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≤2.6
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97
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对 比
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+35
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+0.7
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-2.17
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+3
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-2.3
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-40
|
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+2
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3.2 效益分析
风机扩容改造后，所取得的主要经济效益如下：
两台烧结主抽风机如果直接购置新设备，需资金240万元，土建工程改造施工需30万元，而本次风机扩容改造共投资190万元，节约投资80万元。
风机扩容改造后,两台烧结机利用系数提高0.7t/（m2.h）。经计算，每年增产烧结矿所创造的效益达1000万元以上。
风机扩容改造后,烧结固体燃料单耗降低。经对比，固体燃料(焦粉或无烟煤) 单耗降低1kg/t,两台烧结机按年产320万t烧结矿计算,则每年可以节约固体燃料费用160万元。
由此可见，风机扩容改造后总效益达1200万元以上。
4 结 语
济钢第一烧结厂在不改变原SJ9000风机基础的前提下，通过优化改造风机转子及进风口尺寸，使主抽风机扩容改造为SJ11000风机。整机性能优良，安全可靠，在小流量区域不喘振,取得了良好的使用效果。风机扩容改造于2003年7月竣工，通过4个月的实际运行，风机性能稳定,达到预期效果。该改造方案节省投资，改造施工周期短，为同类型烧结风机改造提供了经验。
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