萬真武,陳長源
(1寶鋼湛江鋼鐵有限公司設(shè)備部;2寶鋼湛江鋼鐵有限公司煉鐵廠,廣東湛江 524072)
湛江鋼鐵煤氣精制系統(tǒng)配套年產(chǎn)337萬t焦炭的4×65孔7 m焦?fàn)t,設(shè)計能力為170000 m3/h,最大處理量為168303 m3/h,目前為國內(nèi)最大煤氣處理裝置。焦?fàn)t煤氣從各炭化室通過上升管,并在上升管被循環(huán)氨氣冷卻到約82℃,荒煤氣經(jīng)氣液分離器將焦油氨水分離,分離后煤氣再經(jīng)橫管初冷器冷卻至21℃左右。冷卻后的煤氣經(jīng)捕霧器進(jìn)入電捕焦油器,除掉其中夾帶的焦油霧后,經(jīng)煤氣鼓風(fēng)機(jī)送入后續(xù)煤氣凈化系統(tǒng),經(jīng)洗滌單元脫硫脫氨脫苯,提供優(yōu)質(zhì)焦?fàn)t煤氣給軋鋼等用戶使用。煤精項目共設(shè)置6臺焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī),由4臺為工頻與2臺變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)組成。項目采用金通靈雙吸雙支撐高速鼓風(fēng)機(jī),型號為D1020-1.3,設(shè)計標(biāo)況流量為51000 m3/h,設(shè)計進(jìn)口壓力為-5 kPa,出口壓力為25 kPa。
焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計為入口閥門全開,根據(jù)煤氣的發(fā)生量控制橫冷前翻板(蝶閥)實現(xiàn)煤氣鼓風(fēng)機(jī)出口閥門。湛江鋼鐵兩座焦?fàn)t投產(chǎn)時,系統(tǒng)煤氣流量在7萬~8萬 m3/h左右,根據(jù)設(shè)計2臺煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行能夠滿足生產(chǎn)要求。工頻焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時,由于轉(zhuǎn)速恒定進(jìn)口閥門全開,鼓風(fēng)機(jī)輸出能力大,受煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流、出口溫度等條件限制,只能通過旁通閥進(jìn)行調(diào)節(jié),造成系統(tǒng)可調(diào)范圍窄及操作難度大,導(dǎo)致焦?fàn)t系統(tǒng)運(yùn)行效率低。工頻焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)煤氣出口溫升高、存在橫管冷卻器前壓力高。工頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)軸承溫度高、振動值大等問題。另外,煤氣進(jìn)出口溫升大還會造成后續(xù)煤氣凈化系統(tǒng)出現(xiàn)系列問題。
針對煤氣精制生產(chǎn)系統(tǒng)以及鼓風(fēng)機(jī)本身出現(xiàn)的問題,為分析煤氣鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)問題的原因,從生產(chǎn)工藝以及設(shè)備本身兩方面著手進(jìn)行分析。本文先從生產(chǎn)工藝本身進(jìn)行試驗,分析工藝參數(shù)是否有問題,然后分析煤氣鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)是否符合現(xiàn)場生產(chǎn)條件。
2座焦?fàn)t同時工作時,煤氣流量在7萬~8萬m3/h左右。根據(jù)設(shè)計,2臺鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行能夠滿足生產(chǎn)的要求。因此,在進(jìn)行工藝試驗時分別采用,一臺工頻與一臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行和兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行分別進(jìn)行試驗。工頻與變頻并聯(lián)運(yùn)行時,由于工頻鼓風(fēng)機(jī)輸出能力強(qiáng),單獨(dú)調(diào)節(jié)變頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行,系統(tǒng)運(yùn)行偏流現(xiàn)象嚴(yán)重,造成變頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性差,實際運(yùn)行時變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速接近工頻,只能通過出口閥和回流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù);兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時,根據(jù)焦?fàn)t系統(tǒng)運(yùn)行變化,鼓風(fēng)機(jī)能完成轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié),橫冷前壓力以及鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流、軸承溫度、振動,出口溫度均在正常值范圍。
2臺焦?fàn)t同時工作時,正常煤氣鼓風(fēng)機(jī)的處理量在7萬~8萬 m3/h左右,單臺流量的設(shè)計值為5.1萬m3/h,正常運(yùn)行在設(shè)計點(diǎn)68.6%~78.4%左右的點(diǎn)運(yùn)行(設(shè)計時參數(shù)增加20%左右的余量)。另外,根據(jù)煤氣鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線如圖1所示,煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行能力為正公差,同時煤氣鼓風(fēng)機(jī)實際工況運(yùn)行點(diǎn)小于設(shè)計點(diǎn)的68.6%~78.4%。
圖1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)的性能曲線
綜合煤氣鼓風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)工藝試驗以及運(yùn)行性能分析結(jié)果,分析煤氣精制存在問題的原因如下。由于設(shè)計參數(shù)與實際運(yùn)行參數(shù)的偏差,工頻鼓風(fēng)機(jī)偏工況運(yùn)行,在滿足系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)要求下,導(dǎo)致工頻鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場實際運(yùn)行各項指標(biāo)在臨界點(diǎn)附近運(yùn)行,系統(tǒng)操作要求高,調(diào)整范圍窄,存在運(yùn)行與誤操作的風(fēng)險,不利于煤氣鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
由以上分析可知,湛江鋼鐵煤氣鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的問題是由于鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計能力遠(yuǎn)大于實際生產(chǎn)能力造成。對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造應(yīng)從降低其運(yùn)行能力著手,一般來說,降低鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能力有一下三種方式,對風(fēng)機(jī)的葉輪進(jìn)行改造;把工頻風(fēng)機(jī)改造成變頻;改變機(jī)組增速箱的傳動比,降低煤氣鼓風(fēng)機(jī)的輸出速度?;谠O(shè)計初期的理念,工頻與變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)配合生產(chǎn)能夠起到節(jié)能和投資成本的目的,決定通過改變機(jī)組增速箱的轉(zhuǎn)速比,降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能力,解決煤氣鼓風(fēng)機(jī)存在的問題。
通過改變增速箱的轉(zhuǎn)速比,降低鼓風(fēng)機(jī)的輸出速度既要滿足生產(chǎn)工藝的要求,包括煤氣處理量與進(jìn)出口壓升、溫升,同時也要滿足煤氣鼓風(fēng)機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的要求。為降低方案研究的成本問題,盡量利用現(xiàn)場條件進(jìn)行試驗。在系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的條件下,試驗方案分三步進(jìn)行。首先,同時運(yùn)行兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī),觀察記錄試驗相關(guān)數(shù)據(jù),然后根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對其中一臺鼓風(fēng)機(jī)的增速箱進(jìn)行改造,利用改造完成的工頻鼓風(fēng)機(jī)與變頻鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)調(diào)試驗,最后根據(jù)聯(lián)調(diào)的結(jié)果確定最終改造方案。
試驗條件:焦?fàn)t系統(tǒng)煤氣發(fā)生量為78.0~82.0 m3/h;6臺煤氣鼓風(fēng)機(jī)中,2#、5#為變頻鼓風(fēng)機(jī),其余為工頻鼓風(fēng)機(jī)。
試驗要求:如表1所示。
表1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)要求
試驗方案實施之前,為方便改造后進(jìn)行試驗效果對比,先對3#、6#兩臺工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行試驗,并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄,試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄如表2所示。
在系統(tǒng)運(yùn)行的試驗條件下,兩臺變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時,變頻鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)為9050 r/min時,煤氣的出口壓力以及溫升均能滿足生產(chǎn)工藝的要求??紤]焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)長時間運(yùn)行后,管道阻力會增大,為保證整套裝置的穩(wěn)定可靠運(yùn)行,根據(jù)煤氣鼓風(fēng)機(jī)流量-出口壓力性能曲線如圖1所示,通過對比煤氣鼓風(fēng)機(jī)85%與70%的性能曲線,初步分析可以把煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由11000 r/min降低至9200 r/min或9500 r/min。因此,先將2臺變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)速度設(shè)置為9200 r/min以及9500 r/min后進(jìn)行下一步試驗,對比觀察選擇合適的改造方案。
將2#、5#變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為9200 r/min聯(lián)合運(yùn)行。試驗數(shù)據(jù)如表3所示。
表2 兩臺工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)表
表3 變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表
將2#、5#變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為9500 r/min聯(lián)合運(yùn)行。試驗數(shù)據(jù)如表4所示。
表4 變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表
以上試驗數(shù)據(jù)顯示,在保證煤氣出廠壓力≥7.0 kPa,出口閥內(nèi)側(cè)壓力≥15 kPa前提下,鼓風(fēng)機(jī)在11000 r/min時,煤氣溫升約為34.2℃,出口煤氣溫度在58.5℃左右(外界環(huán)境溫度也有一定的影響);煤氣鼓風(fēng)機(jī)在9500 r/min時,煤氣溫升約為24.7℃,出口煤氣溫度在51.1℃左右;試驗結(jié)果表明,煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速從11000 r/min降至9500 r/min時,煤氣溫升下降明顯;將煤氣鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至9200 r/min時,煤氣溫升減少并不明顯。另外,鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在9200 r/min,當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)的出口表壓達(dá)到24 kPa時,鼓風(fēng)機(jī)將進(jìn)入喘振區(qū)域;考慮到以后凈化系統(tǒng)可能會出現(xiàn)阻力增加的情況。因此,將工頻鼓風(fēng)機(jī)輸出速度降至9500 r/min。
將3#煤氣鼓風(fēng)機(jī)的增速箱進(jìn)行改造,將其輸出轉(zhuǎn)速降低至9500 r/min,將其中一臺變頻風(fēng)機(jī)與改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行試驗,2#變頻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為9100 r/min。3#工頻鼓風(fēng)機(jī)試驗數(shù)據(jù)如表5所示。
表5 改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)合變頻鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)表
將改造后3#工頻鼓風(fēng)機(jī)與速度設(shè)定為9500 r/min的2#變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定,能夠滿足生產(chǎn)要求。試驗數(shù)據(jù)如表6所示。
煤氣鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)改造后,根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行數(shù)據(jù),煤氣經(jīng)過橫管初冷器冷卻后溫度降至21.5℃,從橫管初冷器到鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口,由于受外界環(huán)境溫度影響,至鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣溫度升至26.4℃,若是高溫天氣,溫度將更高。下一步將考慮增設(shè)直冷塔(現(xiàn)場預(yù)留有位置及接頭),或同時在橫管初冷器至鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣管道增加保冷措施,以降低鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口煤氣溫度,間接降低煤氣出口溫度。
表6 3#工頻與2#變頻鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)表
經(jīng)改造工頻鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,解決了工頻鼓風(fēng)機(jī)軸承溫度高、振動大的問題以及工頻鼓風(fēng)機(jī)的煤氣出口溫升大的問題?,F(xiàn)場通過工頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)與變頻煤氣鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)配合,實踐證明不僅能夠起到節(jié)能的效果同時也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省投資目標(biāo),為其它煤氣精制廠提供參考。同時,煤氣鼓風(fēng)機(jī)從投用運(yùn)行到問題的發(fā)現(xiàn),在分析問題的過程中,經(jīng)對運(yùn)行工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整到分析設(shè)備存在本身問題,最后到改造方案的討論以及試驗的開展,多次進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行聯(lián)合調(diào)試試驗,為日后設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供豐富的運(yùn)行經(jīng)驗。
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