综述
SUMMARY

压缩空气设备钢铁行业应用探究

  钢铁行业是一个国家的支柱产业之一,它属于重工业,并且这些企业的规模都是非常之大,大型的钢铁企业一般都从矿石进厂开始,到冶炼出成型的钢锭和铁锭,或者进一步加工成钢板、钢丝或其它成型的钢材。在这些工艺流程当中,首先是对矿石进行烧结,然后将经过烧结的铁矿石输送到煤油铁高炉进行冶炼成铁水,然后浇铸成铁锭。要制成钢锭的话,就要将铁锭送到炼钢高炉中重新冶炼,从铁变成钢,主要是材料中的含碳量不一样,钢的含碳量比铁低。如果要得到其它的合金钢,就要在冶炼过程中加入适当的元素,就可以制成不同类型的合金钢。可以讲,钢铁企业每个工艺段都要用到空压机及透平压缩机。

  一.空压机的使用情况

  总体来讲,钢铁企业中压缩空气的用气量是非常大的,可以从几百立方米到上千立方米, 而且大多数是需要进行后处理工艺的设备。另外,一个大型的钢铁企业,烧结车间(或厂)、炼铁高炉、炼钢厂等等有很多,而且分布很广。所以,一般钢铁企业内可以设立很多空压站,以满足各个地方的用气需要。这样做,第一可以使每个空压站具有相对的独立性,便于今后空压的改造,第二便于对空压站进行管理, 第三可以针对不同的压缩空气的品质设立不同的空压站系统。第四便于今后企业的发展。对于钢铁企业压缩空气系统的布置如下:

01.JPG

  烧结工艺过程,其实是炼钢的前道工序,在冶炼之前要将铁矿石和其它几种矿石混合在一起进行燃烧处理,使它们烧结在一起,然后才能将它们送到高炉进行冶炼。在烧结车间里,有许多地方需要压缩空气,用气量也是很大的,但主要用途是一样的,就是用于动力执行机构,如卸灰装置的协力执行机构等。当然动力执行机构也可以用电来做动力源,但没有用压缩空气可靠、安全。这里的压缩空气所要求的压力一般为0.5MPa,对压缩空气的品质要求不高,一般采用喷油螺杆空气压缩机即可,而且不用配置后处理设备。

  在少量的地方如需要仪表空气,则在空气系统管路的支路上配置无热再生干燥器和除油过滤器,使压缩空气品质能满足仪表空气的要求。

  另外,还有压缩空气用在吹扫仪表方面,因为烧结车间里,周围环境较差,空气中有很多灰尘,时间长了,在一些仪表上会积满了灰尘,这就需要用压缩空气进行吹扫,在这里对压缩空气品质要求一般为3—6—3,即固体粒子3级,含水量6级,含油量3级。

  铁矿石在烧结工序完成后,被输送到炼铁高炉进行冶炼。冶炼高炉作为一个工程需要很多设备来配合工作。 而这些设备的工作一般都需要空气来做动力源。这些设备的执行机构,如气压缸,高炉的炉门的开启等待一系列动作都用压缩空气来完成的。

  这里对压缩空气的压力要求一般为0.5MPa,对压缩空气的质量品质要求也很低,一般为3—6—3即可,但用气量很大。

  例如,一台2500m3的炼铁高炉,需要4台40m3/min的螺杆空气压缩机,其中3台常开,一台作为备用机。除此以外,高炉燃烧所需喷入的煤灰,一般也是用压缩空气来输送的,但是这里的压缩空气的压力要求一般为1.2MPa,压缩空气的用量也是相当大的,对压缩空气的品质要求不高。此时的压缩机的排气压力至少要1.3MPa或以上。

  高炉的鼓风设备一般选用高压的风机及透平压缩机,通常压力为0.2MPa。以上这些压缩空气的用气量都是很大的,而且不需要任何后处理设备的配置。另外,还有一小部分的压缩空气需要通过后处理设备的处理,用于仪表用气系统和仪表的吹扫系统。这些压缩空气的质量品质等级与前面所叙述一样。

  二、透平压缩机及风机的使用情况

  钢铁企业从矿石到炼成钢要经过矿石烧结、炼铁和炼钢等主要冶炼过程,即钢铁冶炼的全部工艺流程中都需要风机及相关透平压缩机。 所用的透平机械设备种类尽管有许多种,但相对来讲有一定难度,能代表其设计制造水平的可分为3种,即轴流式压缩机、烧结引风机和高炉煤气余压回收透平发电装置。上述这3种风机,总体来讲国内产品及技术都是从国外引进,从跟随到目前已在钢铁厂取代进口品牌产品。

  1、轴流式压缩机

  轴流式压缩机具有效率高、容量大、性能调节范围宽等特点。目前国内外1000m3以上的高炉皆采用轴流压缩机。作为高炉鼓风用的轴流压缩机,其流量已达10000m3/min 以上,压力达0.69MPa,功率已达70000kW。

  国内外生产轴流压缩机的主要厂家有瑞士苏尔寿公司、德国MANGHH、日本三菱重工株式会社、川崎重工株式会社和美国爱利奥特公司、DRESER-RAND公司、陕鼓等企业。近些年,陕鼓所占份额逐步增大,优势越来越突显。

  轴流压缩机具有设计结构良好的气动性能(整机多变效率为87%~91%,最大流量和最小流量可调范围达1倍多),以及先进的高度三化水平和电子控制系统。其结构特点是:机壳为水平剖分型,由灰铸铁(或铸钢)制成,排气侧设计承压值可达0.7~1.2MPa,转子为等内径型,多级节盘式结构,动、静叶片皆采用先进叶型。采用全静叶可调结构比固定静叶型的压缩机,其流量范围可扩大1倍,这也使轴流-离心复合式等温压缩机的流量范围为1400~7500m3/min,压比为7~11。

  近年来,为了提高轴流压缩机的效率,相关企业采用混合反动度设计方法改善了级间匹配。减少动叶叶顶与机壳间间隙也能提高压缩机性能和效率。在降低轴流压缩机噪声方面,国外多放在隔声、消声上,其措施是:(1)采用加厚铸造机壳,减弱噪声散射;(2)采用隔声罩和消声器,减少噪声扩散。

  利用电子计算机作为调节的中枢指令系统,可实现轴流压缩机的调节自动化,运行可靠化。

  2、烧结引风机

  烧结引风机作为烧结机配套的主抽烟机,其耗电量大约占烧结厂总耗电量的50%以上。又因其输送的介质为烧结烟气,含尘量大,因此,提率,降低能耗,加强耐磨措施,提高使用寿命,仍是烧结引风机的主要技术课题。

  烧结引风机的风量取决于烧结机的烧结面积;压力取决于烧结料层的厚度。烧结机的大型化(已可生产1000m2的烧结机)和厚料层(已达700mm),促使烧结引风机向大风量、高负压方向发展。烧结引风机的最大流量为40000m3/min,最高压力为19620Pa,最大功率为14500kW。 由于制造工艺条件和运输条件等因素的限制,特大型烧结机配套的烧结引风机往往采用双机并联形式。

  烧结引风机的耐磨措施:

  (1)锯齿形中盘不仅可以改善叶轮出口气流分布和降低GD2,而且可避免烟气对中盘的冲刷;

  (2)叶片上装有可更换的耐磨衬板(衬板表面堆焊碳化钨);

  (3)由可更换的锥盘保护中盘不受磨损;

  (4)机壳装有涡形衬板和侧衬板;

  (5)表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆树酯、石英粉加水玻璃等涂料;

  (6)表面强化处理表面堆焊、热喷涂、渗硼、激光表面硬化和高频淬火等。

  目前,国内外企业烧结引风机气动设计计算的二相流(固体微粒和烧结烟气)的研究,试图从空气动力学方面来进一步解决烧结引风机的磨损问题。

  3、高炉煤气余压回收透平发电装置(TRT)

  高炉煤气余压回收透平发电装置(TopGasPressureRecoveryTurbine,简称TRT装置),是利用高炉炉顶煤气压力能经透平膨胀做功,驱动发电机发电的能量回收装置。TRT装置既回收了原减压阀泄放的能量(约占高炉鼓风机所需能量的30%),又净化了煤气,并且改善了高炉炉顶压力的控制品质。 随着高炉向大型化和高压炉顶方向发展,国内外TRT装置随之向干式、轴流型及静叶可调方向发展。国内最初从日本引进该项技术,已在钢铁企业得到大力发展,具有代表性的企业是陕鼓和成发。

  轴流型透平转子一般为2级或3级,多采用反动度为50%的叶型,动叶片采用抗腐蚀疲劳强度的SUS630不锈钢。机壳用钢板焊接而成,亦可用高强度铸铁制成,一般为径向进气,轴向排气(亦可下部径向排气)。轴封一般采用氮气密封,近来亦有采用非接触机械密封。

  国内外轴流型TRT装置,大多数采用静叶角度调节方式,以扩大工况范围,有利于减少噪声,提高膨胀透平的可靠性,并且不会影响高炉压力的波动。

  例如,国内某厂家生产的TP系列,性能范围:流量1360~1916m3/h,压力2.03~2.5kPa(进口),1.09~1.153kPa(出口),功率2770kW,转速3000r/min。

  下列产品为钢铁企业传统用风机及透平压缩机:

  1、烧结用风机

  冶炼用的矿石在冶炼之前对矿石要进行烧结,烧结要用烧结机,而烧结炉则需用烟气主抽风机和冷却通风机。例如某中型钢厂有两个矿石烧结车间,一个装有62.5m2烧结机5台的车间,共使用风机29台,其中用在烧结机上有18台;另一个装有75m2烧结机3台的车间,共使用风机90台,其中用在烧结机上有8台,其它风机用在通风、除尘、降温及冷却。

  风机行业生产的抽送烧结烟气的离心鼓风机有几十种型号规格,例如某厂家产品性能参数:抽送烧结烟气的离心鼓风机,是为18~24m2烧结机配套的设备。该类鼓风机为单级单吸入双支撑结构,用电动机直接驱动。铸铁机壳水平剖分为上下两半,下机壳安装左右铸铁底座上。转子由碳素钢主轴、低合金结构钢焊接叶轮及轴套等组成。轴承为滑动轴承。

  其离心鼓风机主要性能参数:流量为1600m3/min,进口压力89.73kPa,升压8.33kPa,转速1485r/min,功率334kW。 另一型号离心鼓风机主要性能参数:流量为6500m3/min,出口压力101.31kPa,进口压力89.05kPa,转速1475r/min,功率1640kW,适用于75~90m2烧结机配套。其结构特点为单级双吸入双支承结构,用弹性联轴器与电动机直联。机壳水平剖分为上下两半并轴向剖分为三段,左右段为两个进气管向上的结构对称的进气室,中段为下部有水平出气管的蜗壳,出气管口附加有锥形扩压管。

  该类型烧结鼓风机国内目前可以做到流量16000m3/min,功率达5000kW以上。

  2、焦炉煤气输送鼓风机

  焦炭是冶炼钢铁的主要燃料和还原剂,也是高炉中料粒的支撑剂和疏松剂,而炼焦炉内的煤气须经风机抽出后,一部分作为炼焦炉的燃料,一部分加压后送往钢厂作为燃料,另一部分用作生产其它副产品。

  焦炉煤气输送的典型代表产品是沈阳鼓风机厂生产的D1250-31型离心鼓风机。其主要结构特点是机组由电动机、齿轮增速机、离心鼓风机、润滑系统和仪控系统组成。机壳为水平剖分式结构,轴承箱下面有横纵向定位键槽,以保持机体的良好对中,并能适应机壳热膨胀;轴承箱与壳体铸成一体,增强刚度便于拆卸检修。

  转子由主轴、3个叶轮、隔套、平衡盘和半联轴器等组成;叶轮采用高强度合金钢焊接结构。 轴承分为支撑轴承和止推轴承两部分,支撑轴承为椭圆瓦滑动轴承,止推轴承为米切尔双面止推滑动轴承。 密封设在级间、叶轮进口、平衡盘外围及轴两端,均为迷宫式拉别令密封。 其主要性能参数:进口流量为1250m3/min,进口压力98.07kPa,出口压力313.82kPa,主轴转速4776r/min,功率3670kW。

  3、高炉鼓风机

  在生铁冶炼过程中,必须用高炉鼓风机向高炉输送一定量助燃的空气(或氧气)以提高炉内温度。此外,还需要将燃烧空气送到热风炉里的离心通风机。

  氧气对钢铁工业在于强化冶炼过程。在炼钢方面用于氧气顶吹转炉炼钢,氧气底吹转炉炼钢,平炉熔池吹氧炼钢,电炉氧气炼钢等多种。特别是氧气顶吹转炉炼钢已成为钢铁工业飞跃发展的一条主要途径。炼钢用氧量非常之大,它是使用空气分离设备从空气中采用深度冷冻法而取得。每套制氧机中必须使用空气压缩机、氧气压缩机、加热鼓风机和透平膨胀机,即一般所称的“制氧四大机”。

  高炉鼓风机的典型代表产品是陕的鼓轴流压缩机A系列(静叶不可调)和AV系列(静叶可调)。其主要性能参数:A40~A112,流量范围65~680(×103Nm3/h),压比2.9~7.7,转速3410~9549r/min,功率33~690(×102kW)。AV40~AV140,流量范围70~1050(×103Nm3/h),压比2.7~7.2,转速2524~8833r/min,功率34~900(×102kW)。

  4、转炉二次烟气除尘风机

  转炉二次烟气除尘系统是指转炉烟气净化回收以外的各扬尘点的烟气收集和除尘。其中包括转炉兑铁、转炉吹炼、吹氩站、铁水扒渣站及铁水倒罐站等的烟气除尘。

  烟气除尘所用的风机主要有4-73型、JY5-44型及5-51型。

  4-73型为通用型,从№8~28共12种规格。其性能范围:流量16156~680000m3/h,压力1400~5423Pa,功率18.5~1250kW,转速480~1450r/min。

  JY5-44型引风机从№16~31.5共12种规格,其性能范围:流量1893~397000m3/h,压力1922~10931Pa,功率75~1000kW,转速580~1450r/min。

  5-51型风机从№8~29.5共20种规格(包括引风机共40种规格)。该型风机的主要特点是具有可调节进风口、高强度耐磨叶轮、防漏油轴承箱及关节式轴向调节门等先进的技术。其性能范围:流量9900~583000m3/h,压力1468~10095Pa,功率15~1600kW,转速480~1450r/min。

  5、动力站用离心压缩机

  动力站用离心压缩机目前已采用多台套多级离心压缩机(单台流量110~550Nm3/min,压比2~17)代替过去双轴4级等温压缩机流量6000~58000Nm3/min,出口压力617~666.9kPa,功率650~5100kW,转速7784~18982r/min。

  多级离心压缩机主要特点是整体组装式结构,压缩机、齿轮箱、中间气体冷却器及润滑油系统用1个公用底座。进口设置有进口调节叶片,是优化压缩机非工况点运行性能的的方法。进口调节叶片根据现场实际运行情况自动调节,可以在气流变化中实现压缩机出口的定压输出。

02.JPG

  6、化铁炉用风机

  除钢铁冶炼工艺过程中需用风机外,一般机械铸造工厂常用的化铁炉(如冲天炉、油炉及煤粉炉等),都需用鼓风机(高压通风机或鼓风机)压送足够的空气加以助燃。

  其典型代表产品是H10-13及HTD系列化铁炉风机。

  H10-13是高压离心通风机,是为卡腰冲天炉所需性能而设计的,适用于化铁率5t/h以下的卡腰冲天炉鼓风。共有№6、№6.3、№6.9及№7.5共4种规格,其性能范围:流量1690~6980m3/h,压力8973~15103Pa,功率15~37kW,转速2940r/min。

  HTD系列离心鼓风机可配用0.5、1、2、3、5、7、10及15t/h常见的各种炉型的化铁炉。其性能范围:流量12~300m3/h,压力6860~27450Pa,功率5.5~185kW,转速2900~5750r/min。

03.JPG


微信小程序看杂志

  • 温馨提示:如果您喜欢本文,请与我们联系索取原文。
    E-mail: magazine@compressor.cn