焦炉煤气鼓风机的选择

焦炉煤气鼓风机的选择

张宴欣刘维民（中冶焦耐工程技术有限公司，鞍山114002)

孙宝东（南京钢铁联合有限公司炼铁新厂，南京210035)

煤气鼓风机是焦化厂输送煤气的重要设备。鼓风机的操作是否稳定，调节是否灵活，是否高效节能，是否能适合焦炉煤气量的周期性波动，并可实现鼓风机前吸煤气管道压力自动调节，对于煤气净化系统的稳定生产至关重要。煤气鼓风机的选择应遵循国家相关的节能减排和循环经济政策，选择性价比高的技术和设备，以达到技术先进、节能降耗、清洁生产的目的。

1 煤气鼓风机叶轮设计制造的特点

焦炉煤气的特点是密度小、难压缩、易燃、易爆、流量变动频繁、含有焦油等杂质，并有一定的腐蚀性。根据焦炉煤气的上述特点，煤气鼓风机叶轮的设计采用了不同的气体动力学方法与制造方式。

1.1 常规叶轮风机

主流机型为常规叶轮两级压缩，其设计的效率取值较低。制造方式为控制叶轮直径以及转速（线速度），叶片采用板材压制单圆弧叶片，控制叶片进口角度以及出口角度，与叶盘叶盖组焊而成。优点是制造简单，成本比较低；缺点是技术落后，效率低，能耗高；制造精度难控制，造成能耗进一步增大。叶轮流道内存在较大的涡流损失，而且由于介质流动不顺畅，容易造成介质中的焦油附着沉积在叶轮流道内，容易造成叶轮失去平衡，需要蒸汽吹扫，使机组不能长时间连续工作，同时增加了工人劳动强度。

考虑到介质具有腐蚀性，叶轮材质一般选用不锈钢；同时考虑到大量的焊接，所以要求材料强度高、含碳量低。材料主要以2Cr13、X12Cr13、FV520(B）为主，近年多用FV520(B)超低碳沉淀硬化不锈钢。

1.2 直线元素三元叶轮风机

德国KKK和日本荏原公司的主流机型为半开式直线元素三元叶轮单级高速。设计效率取值比较高，多变效率可以达到80%～82%，制造方式多为钛合金精密铸造叶轮。优点是单级压缩结构相对简单，效率比较高，制造成本适中，加工制造比较精细。缺点是工作转速比较高，叶轮线速度较高，要求材料强度高，售价昂贵。

综合介质的腐蚀性、线速度要求高的问题，叶轮材料多选用钛合金材料。考虑到钛合金材料昂贵和机械加工难度大，通常采用精密铸造工艺，故只能采用半开式叶轮，并采用模型级铸造叶轮车削外圆和叶片高度来靠近气体动力学计算的方法制造，对风机的效率造成一定影响。

1.3 “全可控涡”三元叶轮风机

主流机型为“全可控涡”三元叶轮两级压缩。其设计的效率取值较高，多变效率可达到86%。制造方式为：按照气体流动的最佳轨迹，采用整体锻件在五坐标加工中心上，将三元叶片直接铣制在叶轮轮盘上。优点是叶轮加工精度高，效率高，节能，且风机可靠性高。缺点是叶轮材料利用率低，加工成本高。叶轮材质选用FV520 (B)超低碳沉淀硬化不锈钢。

2 技术来源

2.1 常规叶轮风机

技术含量低，在设计上采用传统的二元设计，设计制造均处于较低水平。主要制造厂商为沈阳鼓风机厂和陕西鼓风机厂。

2.2 直线元素三元叶轮风机

设计方式是采用NREC三元叶轮设计商务软件，煤气鼓风机比较具有代表性的是德国KKK和日本荏原公司。

2.3 “全可控涡”三元叶轮风机

由上海赛尔机泵成套设备有限公司自主创新和集成，并拥有全部知识产权，其设计方法与加工方法都拥有国家专利，处于国际领先水平。主要制造厂商为上海赛尔机泵成套设备有限公司。

3 煤气鼓风机的调节方式及技术特性

为适应煤气流量的变化，并保持焦炉集气管内煤气的压力稳定（其波动范围为±10Pa 左右），应根据煤气鼓风机特性曲线，对煤气鼓风机进行必要的调节，使煤气鼓风机处于稳定工作区，以满足生产正常的要求，以下为目前普遍采用的几种形式。

3.1 液力偶合器

液力偶合器是以液体为工作介质来传递功率的传动装置，通过改变偶合器工作腔内液体的充满度来改变在输入轴转速不变时输出轴的转速。煤气鼓风机转子与液力偶合器输出轴相联，在煤气鼓风机原动机转速不变时，通过液力偶合器来改变煤气鼓风机转子的转速，从而实现煤气鼓风机的调节。液力偶合器属耗能性调速方法，调速范围窄、控制精度差、延迟性较明显、存在机械损耗和转差损耗、效率低，但一次性投资小，操作费用低。

3.2 前导向调节

前导向调节装置是一种由若干个前导向叶片通过机械连杆相连，并置于煤气鼓风机进口侧，通过调节叶片角度来改变煤气鼓风机煤气输送量，其作用同进口调节方法。

3.3 调速电机

当煤气鼓风机原动机为电动机时，通过改变电动机转速，即调速电机，来改变煤气鼓风机转子的转速，实现煤气鼓风机的调节。

表1 焦炉煤气鼓风机的各项指标比较

项目国内常规叶轮进口直线元素

三元叶轮全可控涡

三元叶轮

叶轮形式焊接叶轮半开式铸造叶轮整体铣制叶轮

风机内功率估算，kW 744 650 620

偶合器调速机组轴功率估算，kW 826 706 674

偶合器调速配置电机功率，kW 1000 800 800

变频电机调速轴功率估算，kW 791 677 646

变频电机功率，kW 900 800 710

两种方式轴功率差，kW 35 29 28

鼓风机本体估价，万元／台120 800 280

鼓风机组成套估价，万元／套200

（配套国内设备）800

（配套进口设备）430（配套国内一流设备）

年耗电量（偶合器调速机组轴功率估算／变频电机调速轴功率估算），万kWh/万kWh 723.6/692.9

618.5/593.1

590.4/565.9

年电费，万元（以0.6元/kWh计）434.16/415.74 371.10/355.86 354.24/339.54

单台年节约电费，万元0 63.06/59.88 79.92/76.2

设备检修周期(包括配套设备)，年＜1 2 ＞2

采用调速电机方法，不仅能够实现软启动，而且调速范围宽、调速均匀，节能明显，效率高。但电动机的调速装置一次性投资大，操作费用高。

4 各种形式煤气鼓风机的比较

按单台煤气鼓风机年工作时间8760 h计算，各种形式煤气鼓风机的比较结果见表1。流量5万m3/h，进口压力－5kPa，进口温度30℃，出口压力30kPa。

5 各种调速形式节能分析

1) 采用变频调速是最节能的方式，可以降低能耗28～35kW，每年节电可达16.8万元。但是高压变频器非常昂贵，单台价格约200万元，经济效益并不好。

2) 采用进口导叶调节工况，本身也是一个节能方式。但是介质中含有焦油，容易粘附导叶以及执行机构，影响调节效果。德国KKK公司虽有导叶调整的焦炉煤气鼓风机机组，但其导叶机构远离叶轮，实际只能起到截流调节效果。

3) 采用进口阀截流调节的能耗很大。工况变动频繁，回流的机会远大于变转速调节方式，能耗大。

6 可靠性

对国内焦化厂使用上述三种叶轮的风机统计，常规叶轮风机一般每年至少开盖检修1次；直线元素三元叶轮风机一般为2年1次；“全可控涡”三元叶轮风机在2年以上。南京钢铁联合有限公司炼铁新厂焦化分厂(2×55孔6m焦炉）采用的是上海赛尔机泵成套设备有限公司生产的“全可控涡”三元叶轮风机（配套800kW的电机），从2004年4月28日投产运行至今，鼓风机本体尚未打开检修过，这表明国内设计和制造及智能维护在可靠性上达到了一个全新的高度。

7 结论

经过上述分析比较，从能耗、投资、国产化水平等方面考虑，焦化厂煤气鼓风机宜积极采用具有全部自主知识产权、自主创新和集成的“全可控涡”三元叶轮煤气鼓风机，调速方式为偶合器调速或变频调速，最大程度上实现进口替代，缩短供货周期，减少建设投资，降低能耗和运行成本。