陈 斌 陈小苓
山东晨阳新型碳材料股份有限公司
摘要：罐式煅烧炉引风机是铝用碳阳极在煅烧工序必备的重要设备,以目前184罐炉型为例,其配套风机一般选择机壳耐温400℃以上、风量不低于200000 m3/ h,风压一般在5000Pa左右。随着煅烧炉使用年限的增加,其风机受烟气化学成分、温度波动、选型匹配等因素的影响,叶轮会产生不同程度的变形和损伤,最终因动平衡超标而失去运行性能。本文主要对煅烧炉FLWY-2100风机叶轮的变形原因分析及校正方面的问题进行了阐述。
关键词:罐式煅烧炉 引风机叶轮 变形 校正
随着国内经济的不断发展,铝用碳阳极市场需求的不断扩大,罐式煅烧炉由建国初期的单台4组16罐发展为10组40罐以上,并采用多台并联设计,这就为煅烧炉引风机的配套提出更
高要求,为减少设备配置数量及投资成本,往往煅烧车间设计为两套风机,满足一用一备要求。但随之而来的问题是,引风机规格性能也随着煅烧炉的不断扩大,逐步的在大型化、耐温、耐腐材质和寿命上提出了更高要求。使用年限、使用环境等原因造成的叶轮故障极为常见。
一·叶轮变形原因分析
根据行业总结,煅烧炉风机故障种类很多,但最为主要的当属风机振动超标、轴承温度异常增高、风机叶轮变形等几方面。其中涉及面最广、关联性最强、维修难度最大的当属风机叶轮变形故障。为了防止该类故障的发生,防患于未然,首先从故障原因上对其进行分析。
1·风机选型因素
罐式煅烧炉规模是风机选型参照的重要依据,煅烧炉罐数越多、罐体越大,其烟气温度、烟气量相对较高,对风机选型的要求就越高,其型号是否匹配,严重影响风机的使用寿命。较低的型号设计标准,容易形成小马拉大车的超负荷运行,也是造成叶轮变形的重要原因。以当前国内工艺比较常见的1480罐体184罐煅烧炉配备余热利用、脱硫、脱硝、湿电的系统为例,其烟气温度应在250℃左右,风量在200000 m3/ h,风压在6300Pa,以此作为风机选型的参照标准。
在以往的风机选型中,因忽略煅烧炉规模增大带来烟气温度和烟气量的同比增加因素,通常采用传统小风量普通风机,短期内虽表现不出异常,往往在使用一年后,因烟道不畅,风机风量不足、风压欠缺,造成烟道内烟气流速不足,高温烟气在管道内停留时间过长,导致风机发生变形,振动大、叶轮变形严重的故障。所以,目前煅烧炉风机选型的规则遵循就大不就小的原则，适当选大一型号的风机,配合变频器的控制,可以有效缓解电能的过渡增加。
2·风机材质、厚度因素
根据当前国内铝用炭阳极迅猛发展的趋势,煅烧炉的规模逐日增加,风机选型虽然随着烟气量、风压的增加做了同比增大，风机完好率方面虽比以往采用普通机型有了显著提高,但其运行寿命周期并没有实现理想的目标要求。究其原因,是风机材质所致。普通引风机机壳和叶轮材质多为Q235B碳钢材料,厚度在6mm-8mm左右。然而其长期高温稳定性远远不如316L和2205双向不锈钢材质。尤其2205材料不仅在强度、韧性方面有良好性能,特别在-10℃-320℃温度范围内特别适用。所以,当前煅烧炉风机多采用316L材料制作机壳,2205材料制作叶轮,并配以10mm以上的叶轮厚度,可以很大程度消除叶轮变形故障的发生。
3·烟气介质化学成分的因素
碳素煅烧炉其煅烧原料为石油焦,主要组分是碳氢化合物,含碳90-97%,含氢1.5-8%,还含有氮、氯、硫及重金属化合物。石油焦是延迟焦化装置的原料油在高温下裂解生产轻质油品时的副产物。石油焦的产量约为原料油的25-30%。其低位发热量约为煤的1.5-2倍,灰分含量不大于0.5%,挥发分约为11%左右，品质接近于无烟煤。
石油焦在煅烧炉内经1300℃以上高温密封煅烧,烟气中除燃料燃烧产物之外,还有焦油粒子,烃类、C02、H20、S20、3,4-苯并芘等复杂成分。该复杂成分经烟道通过引风机输送至烟气净化系统,经脱硫、脱硝、除尘等流程达到国家排放要求后排出。在此过程中,引风机叶轮的使用寿命,与其输送的烟气成分有很大关系,石油焦中的硫及其它腐蚀性物质的存在,是造成叶轮腐蚀变形甚至报废的重要因素。传统普通的Q235B材质风机已不能满足当前煅烧炉发展的需要。广泛推行2205双相不锈钢材料的采用,是当前煅烧风机发展的趋势。
二·叶轮变形校正
通过以上对煅烧风机叶轮变形故障的分析,我们了解了造成其变形的主要原因,经过逐步改进,在很大程度上缓解了叶轮变形故障的发生。但受其当前行业生产现状制约,还不能完全杜绝此类故障,所以根据我公司对煅烧炉FLWY-2100风机叶轮变形的校正,做出如下总结：
1·叶轮变形故障表现
我公司煅烧炉配置的FLWY-2100型风机,其流量为22235m3/h,风压4010Pa,转速960r/min,配套电机400kw。在正常使用两年后,于一年前风机因运行振动剧烈，进行了轴承更换,由于受维修工装及停机时间所限,未能对其进行动平衡检测。维修6个月后该风机再次发生振动超标,噪音大的情况,并导致风机基础局部震裂,且故障周期缩短,变频器不能设定至最大负荷运行,只能维持在30HZ左右,严重影响煅烧炉排料量。给正常生产带来极大的不便,造成巨大的直接及间接经济损失。究其设备大修经历,该故障已不是单单依靠更换轴承能够解决,必须对叶轮进行动平衡测试,并进行适当校正来恢复其使用性能。
2·动平衡检测校正维修过程
对准备维修风机停水、断电后,逐步有序开展以下工作:
①、拆卸风机底座螺丝,联轴器螺丝,风机叶轮护壳,用吊车把风机叶轮连同轴承座一起吊装,由运输车辆运至风机动平衡检测处。
②、拆卸风机轴承座,查看叶轮主轴、轴承座受损情况。经检测,轴承游隙过大,滚珠表面出现麻面,主轴及轴承座均未受损,需更换22332轴承两盘。
③、将叶轮主轴用压力机压出,清除叶轮污物及焊接配重衬板后，先对变形的叶轮进行初步整形。整个叶轮主板的焊接是由12道材质为316L的筋板加固而成,筋板厚度不小于12mm。将叶轮整形完毕后,采用YFW-3000型平衡机进行动平衡检测和校正。其检测和校正结果:整个叶轮重量1325kg,正常运行叶轮转速1450r/min,做动平衡时转速300r/min,叶轮检测值左残余不平衡量930克,右残量2400克,残余角度左16°,右178°,判定结果不合格。根据检测结果增加配重后进行检测,左残余不平衡量4克,右5克(允许值≤10克)。残余量角度左28°,右207°,检测合格。
④、对叶轮进行动平衡校正后,安装叶轮主轴、轴承、轴承座及联轴器
⑤、采用运输车辆运至煅烧车间安装现场,进行吊装安装。
⑥、机体安装完毕后,接通冷却循环水,送电开机运行,变频器逐步调至40H的生产正常要求后,采用希玛AR-63A测振仪测得震动位移量约0.10mm(维修前为0.50mm左右),设备运行
良好,无异常振动噪音,圆满实现本次大修的目的。
以上是针对铝用炭阳极煅烧炉风机在使用过程中,发生的叶轮变形损坏故障的原因分析,并结合我公司对FLWY-2100风机叶轮的动平衡校正维修实例进行了系统的总结。以此促进碳素设备维修质量的提高,推动维修管理工作不断发展,实现设备长期良好运行。
参考文献:
[1] 刘冰.风机运行中常见故障原因及其处理方法研究[J].中国科技投资,2017,(18):256.doi:10.3969/j.issn.1673-5811.2017.18.242.
[2] 董斌.风机运行中常见故障及处理措施分析[J].科技创新与应用,2019,(26):115-116.