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1 7 P S 转炉用送风机的选型及K K K 风机特点 沈强 金隆铜业有限公司，安徽铜陵2 4 4 0 2 1 摘要期述丁金睦锕业有限公司转炉送风机更新的原因，针对转炉送风机使用工况的特殊 性，提出了选型时的注意事项。分析了不同调节方式下的能耗情况．重点舟绍了德国K K K 公司转 炉送风机的控制特色及应用情况． 关键词转炉送风机防啃振；性能曲线；控制 金隆铜业有限公司原设计年产电解铜1 0 万t ，选用两台国产D 6 3 0 2 4 型单轴、双级 转炉送风机，设计排气量为3 6 0 0 0 m 3 ／h ．额定 排气压力为1 1 5 k P a ．为了节约转炉停风过 程中的运行能耗，该风机还配置了一套两台 共用的由美国罗宾康 R O B I C O N 公司制造 的交流高压变频器，并且各配套一台A B B 公 司生产的电机，转炉送风量可通过变频调速 实现． 由于该风机的工程成套者多从节能角度 考虑，而对国产D 6 3 0 2 4 型单轴、双缀风机 的调速性能，以及应用于大型P S 转炉送风 的变工况操作适应性等方面未作深人的探 讨，同时由于风机本身的性能问题，在投人 生产运行后，当风机吸气温度高于2 0 ℃以 后，实际排气量达不到要求的额定排气量， 较大程度地制约了转炉工序的生产．尤其在 试生产阶段产生大量固镀，急需加快处理的 情况下，由于转炉送风能力的限制，要想在 转炉中增大固铍的处理量，几乎是不可能 的．为此，被迫紧急上马了转炉富氧吹炼工 程．利用1 0 0 0 0 m a ／h 空分设备生产的部分剩 余氧气，实现了转炉的富氧吹炼，从而在短 期内缓解了转炉人炉总氧量不足的矛盾． 随着近年来金隆铜业铜产量的稳步增 长，转炉送风机供风量不足、风机运行点离 喘振点过近、炉期交换操作停风过程频繁发 生喘振等问题日益突出．另外还由于 D 6 3 0 2 4 型单轴两级风机的转子属挠性转 子，实际上不适合作跨越一阶临界转速的转 速调节，风机运行可靠性差，威胁正常生 产．同时，根据金隆铜业有限公司董事会的 决策，将于2 0 0 3 年以前，逐步达到年产电解 铜1 5 万t 的规模．因而，在冶炼过程中起承 上启下作用的转炉吹炼工序。成为了扩大生 产能力的“瓶颈”。 正是在这种情况下，金隆铜业有限公司 更新改造了原有的转炉送风机．第一台更新 后的风机投入运行后，大大改善了转炉吹炼 工序的作业状况。第二台转炉送风机的更新 改造计划于2 0 0 1 年完成． 1 新转炉送风机的选型 1 ．1 需重点考虑的事项根据金隆工程投 产以来国产转炉送风机存在问题的分析，对 新风机的选型起到了较好的指导作用。在 新风机的选型过程中，我们着重从以下方 面作了考虑及选型比较。 1 关于风机的性能曲线类型由于转 炉吹炼过程采用炉期交换作业方式，每天有 作者俺介沈强【，％l 一 ．浙江上虞人．北京科技大学学士。金隆公司高级工程师 万方数据 1 8 将近2 0 次的送停风过程操作，同时由于吹炼 过程中炉况的变化，送风机的送风压力及流 量始终处于波动状态．因而要求送风流量尽 可能根据设定值实现稳定控制，而送风压力 则能适应较大幅度的快速变化，同时希望送 风压力尽可能低，以远离喘振点，并可达到 节能的目的。 2 关于喘振边界线及防喘振转炉送 风机的防喘振是一个十分关键的问题，同时 又是一个技术难点．如果防喘振边界线离风 机的运行工况点过近，防喘振系统设计又不 完善。在转炉的送风、炉况不佳或停风过程 中。就很容易发生风机的喘振，严重时可导 致转炉堵风口事故．因此，在选择风机时， 既要保证防喘振边界线适当远离正常运行的 工况点，又要从经济性角度考虑，不能留有 太大的富裕量．同时防喘振控制不能简化为 国产风机过去延用设定压力的单一参数控 制，而必须考虑流量、人口导叶开度、在调速 情况下的转速变化等因素．另外，风机应以 夏季最高气温、最大湿度情况下作为设计工 况点，确保运行在最恶劣工况时仍能满足转 炉吹炼过程苛刻的要求． 3 关于流量调节的方式转炉正常吹 炼过程风量的变动范围通常在1 0 ％以内．因 此流量调节方式的确定，主要考虑的是转炉 炉期交换作业的间隙期内，风机到底采用哪 种调节方式较为经济，即究竟是采用降低风 机转速卸载调节，还是关闭风机人口导叶卸 载调节．这不仅要从风机的运行经济性考 虑，还应当从设备的一次性投资、运行的可 靠性及P S 转炉迸风的适应性等多方面综合 考虑．而转速的调节又有变频调速、液力偶 合器调速、风机人口可转动导向叶片调节三 种方式．如果单纯分析调节方式的经济性， 当然首推变频调速．但对于具体的情况，还 应当做具体的分析才能得出结论．在风机运 行轴功率为1 6 0 0 k W ，转炉送风时率在8 0 ％ 以上、不足2 0 ％时段内对风机进行卸载调 节并忽略转炉吹炼过程1 0 ％的风量变动情 况下，三种调节方式的节能效果比较见表1 ． 表l 三种调节方式比较 ※根据制造厂资料给出． 上表是在假设风机用于空气压缩的空气 动力学功耗相等的情况下得出的．可见，经 特殊设计的人口导叶调节的风机，其卸载能 耗可达到额定功率消耗的1 6 ％左右，在这种 情况下，用入口导叶调节的转炉送风机，其 全周期内平均的运行能耗，已明显好于用液 力偶合器调速的风机，但比变频调速的风机 高出能耗约3 ．4 2 ％。若考虑此部分节能效果 投资购买一台高压变频装置，则需1 7 年左右 才能收回投资．因此，新转炉风机的选定将 在变频调速及入口导叶调节这两种方案中作 出抉择，并且倾向于采用人口导叶调节。 1 ．2 新转炉风机的选定 第一台更新的转炉送风机，不仅要能适 应且前年产1 0 万t 电解铜生产的需要，还要 考虑到产量逐年增长，直至年产1 5 万t 电解 铜时，仍能满足生产需要。因此在选型时， 须留有适当的余量。主要选型参数如下 捧气量 干基 4 0 0 0 昕Ⅱ3 ，h 设计点掉气压力1 1 5 k P a 设计点吸气温度夏季3 5 ℃ 冬季- 8 ℃ 设计点吸气压力 已考虑过滤阻力 9 73 k P a 空气相对湿度鼬％ 根据上述选型参数，我们分别向三家外 国公司询价，并作了技术交流．经比较， 德国K K K 公司 K i i h h l eK o p p ＆K a u s c h 的 S F M G 5 ．6 型风机，因其工作区域范围大，小 流量下仍然具有较高的喘振压力，在配套 万方数据 1 9 2 0 0 0 k W 电机的情况下，排气量可由4 0 0 0 0 m 3 ／h ， 提高到接近4 5 0 0 0 m 3 ／h ，而且无须加大叶 轮，仅需要将人几导叶在4 0 0 0 0 m3 ／h 风量下 的最大限定开度7 5 。，打开至9 0 。即可。因 而更能适应金隆铜业逐年增产，直至年产1 5 万t 电解铜生产的需要，同时，K K K 公司提 供金隆铜业的S O ，风机已有很好的运行业 绩。鉴于上述情况，最终选定采用K K K 公 司的转炉送风机。 2S F M G 5 ．6 型风机的控制特点及 运行实践 2 ．1 转炉送风系统及控制方式该风机安 装在动力中心内，风量设定由转炉岗位人员 在转炉P L C 上完成，调节器输出4 ～2 0 m A 信号，远传至风机人口导叶，实现风量的调 节，风量的跟踪效果则通过P L C 中P I D 参 数整定，实现优化控制．此风机的流量测量 较为独特利用设置在空气过滤器净气室的 测点作为正压测点，风机人E l 导叶前压力测 点同时又作为流量测量的负压测点，根据该 两处的压差A P 值，再由制造厂测试工程师 在现场用皮托管流量计精确标定，并经温 度、压力补偿后，在现场盘上以标态流量显 示．此种流量测定法未增加系统的任何压 损． 风机现场盘内配有西门子公司S I M A T I C S 7 3 0 0 型P L C ，用于风机的联锁、控制，盘 面设置一台触屏式液晶显示P P C - 1 0 0 S T ／S 型盘装电脑，可方便地切换操作画面，以 便监视风机的所有运行参数及状态，该电脑 以W i n d o w s 9 5 作为操作平台。此风机的防 喘振控制系统，K K K 公司委托压缩机控制 专业公司美国C C C 公司 C o m p r e s s o r C o n t r o l sC o r p o r a t i o n 完成，选用了一台 H o n e y w e l l 公司的S e r i e s3p l u s 型控制器专 用于防喘振控制，安装于现场盘上．其防喘 振控制原理参见图1 ． 服务工程师现场测试风机的喘振边界线 ～R T L 。一i b ★矜j ， 腐 P L U W s c L 防喘振控制线 R T L 防喘振阶跃响应控制线 S L L 喘振边界线 D E V 防喘振控制线与工作点偏差值 图l 防喘振控制原理图 S L L ，输人防喘振控制器，在控制器中另设 置两条控制线 S C L 及R T L ，防喘振调节阀 即受S C L 线控制，防喘振裕量可通过调整 a 1 ／k f l 中的k 值实现，通常k 值设置为1 2 5 ， 最小为1 ．1 5 ；R T L 线用于发出防喘振阶跃信 号，快速打开放空阀，并可有多次阶跃响 应，即一旦风机工作点越过S C L 线，到达 R T L 线时，防喘振控制器将输出阶跃响应， 确保风机不进入喘振区。如果风机运行每发 生一次喘振，控制器均将自动增大k 值，即 减小Ⅸ角，加大防喘振裕量．直至人为复 位，k 值恢复至设定值。实际测定S L L 线可 有多个直线段组成，控制更为复杂，但其控 制原理还是一样的。防喘振控制器上还可显 示D E V 值，直观地反映出风机运行点离防 喘振控制线的偏差值．当D E V 为正值时， 表示风机运行在S C L 线右侧，防喘振调节阀 为全关位；D E V 为负值时，表示风机运行进 人S C L 线左侧，防喘振阀此时已处于调节放 空状态。 为了防止人转炉吹炼空气压力过高 当 转炉风1 3 状况不佳，或部分风口被堵塞时易 出现 。以致发生熔体喷溅现象，此风机还设 置了一条风压上限控制线 1 4 0 k P a ，一旦风 万方数据 机排压达到此值，将调节放空并维持压力 同时需对转炉风口作紧急处理。 2 ．2S F M G 5 ．6 型送风机运行实践 1 风机运行参数及性能测试结果见 表2 、表3 。 表2S F M G 5 ．6 型风机主要运行参数及性能测试数据 ①原变顿调建国产风机t 在接近此工况点的功率消耗．达到1 5 0 k k W ； a 此排气量是在空气吸 温度、压力分别为1 4 ．8 ℃．9 6 ．g k P a A 时测出的．如折算成风机考核状态吸人温度．压力分别为 3 5 ℃，9 73 I d e a 时，其捧气量为4 2 2 8 7 m ’／h ； b 性艟测试时的大气湿度为7 8 ％．如折算成千基的空气量为4 1 7 6 2 m ’／h ． 表3S n I G 5 ．6 型风机喘振点测试结果 入口导叶开度 1 5 。3 0 。4 5 。6 0 。 7 5 。9 0 。 啮振压力01 3 8n 1 6 0 0 ．1 8 00 ．1 9 3n 1 9 7 n 2 M 啪 l 测试时大气温度1 4 ．8 ℃ 2 实际测试结果．嗤振压力高于设计预定压力； 王当睚 空气温度低于或高于1 4 ．8 ℃时．晴撮压力将相应 变化． 2 投人生产运行后的效果 ①送风量加大，日增0 ．4 炉粗铜，相当于 日增产5 6 t ，而风机的能力还有很大的富裕 量． ②入口导叶控制的风机，送停风过程明 显比变频调速风机快，这有三方面的优越性 首先是炉期交换作业间隙缩短，转炉烟气低 空污染情况得以改观；二是冷风吹刷炉衬的 时间缩短，避免了炉衬的激冷，延长了炉 龄；再就是提高了转炉的送风时率，增加了 产量。 ③允许的送风压力提高，防喘振方案完 善，转炉捅风眼的次数比原来减少2 ／3 ，降低 了操作员工的劳动强度． 上接第2 3 页 5结语 铜电解生产中，当设计能力定形。基本条 件稳定时，在确保高产品质量的前提下，通 过稳步提高电流密度，提高并保持高电效、 协调工序作业、分散检修密度，降低种板槽 开动槽数等挖潜措施，可以实现一定规模的 产品增产．贵冶在扎实基础工作、严格标准 化作业的原则下进行了有益的生产实践，取 得了颇有规模的产品增产． 万方数据