球团耐热风机性能优化改造研究

易林根

摘要：本文旨在探讨链篦机-回转窑球团生产线中耐热风机的性能优化问题。通过对现有耐热风机的工作原理、结构特点以及运行环境进行深入研究，提出了针对性的优化改造措施。实验结果显示，经过优化设计的风机在耐高温性能、运行效率和使用寿命方面均有显著提升。本文的研究为链篦机-回转窑球团生产线耐热风机的性能提升提供了理论依据和实践指导。

关键词：链篦机-回转窑球团生产线；耐热风机；性能优化；耐高温性能；耐磨性能；运行效率；仿真计算。

1  研究背景

随着链篦机-回转窑球团生产线生产规模的不断扩大，对生产设备的稳定性和性能要求越来越高。耐热风机作为链篦机-回转窑球团生产线的关键设备之一，其性能直接影响到生产线的连续性和产品质量。而且由于耐热风机运行工况的特殊性：高温性（正常工况320~400℃，最高450℃），高含尘性（含尘量~2000mg/Nm³），并且随着国家对钢行业的“双碳”指标不断缩紧，由此，对耐热风机的可靠性及高效性要求也进一步加强。在整个风机的生命周期内，运行和维护成本占据全生命周期成本的85%以上，因此，研究并提升耐热风机的可靠性和高效性具有重要的现实意义和应用价值。

2  研究目的

本研究旨在通过对耐热风机的深入分析和安装使用，找出影响其性能的关键因素，并提出有效的优化方案。通过优化设计，提高风机的耐高温性能、耐磨性能、运行效率和关键部件的使用寿命，为链篦机-回转窑球团生产线的生产提供更加稳定和高效的设备支持。

3  研究方法

本研究采用理论分析、性能检测和数值模拟相结合的方法。首先，对耐热风机的结构和工作原理进行深入研究，分析影响其性能的关键因素。然后，通过实验研究和数值模拟，验证理论分析的正确性，并找出优化设计的方向。

4  研究过程

在研究过程中，我们首先收集了大量关于耐热风机的相关资料和文献，对其进行了系统的整理和分析。然后，通过实际使用检测和数值模拟，对风机的性能进行了全面的测试和评价。在实验过程中，我们不断调整和优化风机的结构和参数，以达到最佳的性能表现。

4.1数据采集与分析

4.1.1运行数据采集

按照GB/T10178《工业通风机现场性能试验》对现场运行的风机工况参数进行专业标定，以确定其运行工况点及效率情况，以便进行针对性设计。本文以宝武集团新钢公司炼铁事业部120万吨/年链篦机-回转窑球团生产线二台耐热风机作为研究对象，2023年进行了性能优化改造。以下为耐热风机改造前测试数据。

耐热风机改前测试数据

4.1.2运行状况采集及分析

1) 风机实际运行工况与设计值存在偏差，行业大部分风机的高效区窄，风机偏工况之后效率降低明显；

2) 风机由于年限及设计能力问题，运行效率偏低；

3) 风机由于设计能力问题及工艺发生变化，风机的磨损较为严重，导致风机的检修周期短，检修成本高。

4.2风机设计

4.2.1耐热性能提升                                                         

叶轮选用高强度耐热板HG785，主轴的刚性考虑温度因素影响，一阶临界转速系数＞1.5。

4.2.2耐磨性提升

1. 材料：

1) 硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金堆焊工艺制成的一种合金材料；

2) 耐磨复合材料是运用先进的材料制备技术将具有耐磨性质的材料组分与一般材料组合而成的新材料；

3) 特质耐磨复合板，金相组织中Cr7C3碳化物的体积分数达到50%以上，再加入Zr和Nb元素，以增加其耐磨、耐高温、耐腐性能，其表面硬度值可达HRC63。在普通耐磨板的基础上耐磨性能增加30%以上,耐温最高可达450℃；

4) 耐磨复合钢板的底层为低碳钢、低合金等韧性材料，体现双金属的优越性，耐磨层抵抗磨损介质的磨损，基板承受介质的载荷，因此有良好的耐冲击性；

5) 表面采用特殊纹路设计，防止气流对薄弱位置的冲击，造成磨损；

6) 通过试验研究高温耐磨板在实际使用1年后磨损厚度≤1mm。

2. 设计优化：

1) 叶轮采用高强度耐热板，整体型号，表面致密光滑，在易磨损部位再进行手工堆焊，二次加强；

2) 叶轮中盘易磨损部位贴敷耐磨复合板，提升耐磨性，相关焊缝位置表面增加耐磨焊条层；

3) 优化叶片进出口角度，使其出口角度＜45°，提高其耐磨及防积灰性能。

4.3优化设计

2023年，新钢公司炼铁事业部120万吨/年链篦机-回转窑球团生产线实施了烟气超低排放改造，采用SNCR与SCR结合脱硝（前置）+石灰石-石膏双塔双循环湿法脱硫+湿式电除尘器的技术路线。从链篦机机头透过球团出来的烟气，先通过链篦机预热段尾部SNCR脱硝，经多管除尘器后，进入SCR脱硝处理系统，通过耐热风机后，再经链篦机抽风干燥段，进入主电除尘器，再经主抽风机及烟气脱硫系统处理后排出。因增加了前置脱硝装置，在超低排放时对二台耐热风机进行了更新改造，并对其进行了优化设计，优化设计改造前后设备技术参数、性能如下：

设备技术参数

4.3.1转子强度分析

对叶轮进行仿真计算：

性能提升：

1) 采用先进三维分析软件进行叶轮应力分析，保证安全余量＞2倍；

2) 进口加强圈、出口加强环设计，保证叶轮进出口具备较好的强度及刚性；

3) 采用三元设计理论，保证较好的进气及气体流动性能，提升叶轮效率。

一阶临界转速安全系数＞1.55

1) 主轴采用橄榄轴设计，进气效率高，均匀传递扭矩；

2) 一阶临界安全系数≥1.55，安全性高，主轴刚性更好；

3) 主轴采用高强度优质合金结构钢42CrMoA，采用锻造工艺、并进行调制处理，保证其机械性能；

4) 关键配合处采用抛光工艺，提升轴承等部件的运行寿命；

5) 考虑介质温度较高，在停机状态由于环境温度高及转子自重影响，风机设计辅传装置，在主电机停止工作之后，辅传装置电机自动给电，使风机转子能够匀速缓慢转动，防止热力变形。

4.3.2整机性能仿真模拟计算

压力云图                       速度云图

4.4运行及跟踪

4.4.1高效节能

按照GB/T10178《工业通风机现场运行试验》规定要求进行现场性能测试，结果如下：

改后测试数据

耐热风机优化设计改后，从测试结果可以看出，风机风量风压相比改前有较大提升的同时，风机功率比改造前还有所下降，完美兼顾了性能提升与节能，做到了在系统进行脱硝优化的同时，系统能耗下降的目标，且风机还具备提产的性能储备。

4.4.2耐磨性

持续运行3个半月之后检查风机叶轮磨损情况如下：无明显痕迹，耐磨性能优秀。

5  研究结论

经过优化设计的耐热风机在耐高温性能、运行效率和使用寿命方面均有了显著提升。 测试结果显示，优化后的风机在高温环境下的运行稳定性明显提高，且风量和风压均有所增加，在保障前置脱硝系统的正常运转的情况下，风机的风量、风压运行参数与球团生产工艺匹配良好。同时，风机的使用寿命也得到了显著延长，降低了企业的运营成本和维护成本。图 1 为优化后的风机样式，图 2 为优化后的风机转子样式

图1 

图2

6  总结

本研究通过对耐热风机的性能优化研究，提出了针对性的优化措施，并通过实际运行，验证了其有效性。优化后的耐热风机在耐高温性能、运行效率和使用寿命方面均有了显著提升，为球团的生产、前置脱硝提供了更加稳定和高效的设备支持。本研究为耐热风机的性能优化提供了理论依据和实践指导，对链篦机-回转窑球团生产线的生产和发展具有重要的促进作用。

参考文献

[1]  成心德. 离心通风机. 化学工业出版社, 2007.

[2]  别萨拉步. 链篦机-回转窑球团生产线工艺设备设计与操作手册. 冶金工业部.

[3]  商景泰. 通风机实用技术手册. 机械工业出版社.2011.