冶金工業(yè)所用的風(fēng)機種類有很多,但相對來講有一定難度,能代表風(fēng)機設(shè)計制造水平的可分為 3 種,即軸流式壓縮機、燒結(jié)引風(fēng)機和高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置。下面以這 3 種風(fēng)機為例探討其未來的發(fā)展趨勢。總體來講,國外的技術(shù)水平高于國內(nèi),國外的先進技術(shù)水平就是國內(nèi)應(yīng)積極努力的未來發(fā)展趨勢。
1、軸流式壓縮機
軸流式壓縮機具有效率高、容量大、性能調(diào)節(jié)范圍寬等特點。目前國外 1000m3 以上的高爐皆采用軸流壓縮機。作為高爐鼓風(fēng)用的軸流壓縮機,其流量已達 10000m3/min,壓力達 0.69MPa,功率已達 70000kW。
軸流壓縮機具有獨特的設(shè)計結(jié)構(gòu)和良好的氣動性能(整機多變效率為 87%~91%,更大流量和最小流量可調(diào)范圍達 1 倍多),以及先進的高度三化水平和電子控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)特點是:機殼為水平剖分型,由灰鑄鐵(或鑄鋼)制成,排氣側(cè)設(shè)計承壓值可達 0.7~1.2MPa,轉(zhuǎn)子為等內(nèi)徑型,多級節(jié)盤式結(jié)構(gòu),動、靜葉片皆采用修正了的美國 NACA 原始葉型。采用全靜葉可調(diào)結(jié)構(gòu)比固定靜葉型的壓縮機,流量范圍可擴大 1 倍。該公司生產(chǎn)的 ARI 系列軸流 - 離心復(fù)合式等溫壓縮機的流量范圍為 1400~7500m3/min,壓比為 7~11。該產(chǎn)品具有較高的技術(shù)水平。
近年來,為了提高軸流壓縮機的效率,蘇爾壽公司采用混合反動度設(shè)計方法改善了級間匹配。減少動葉葉頂與機殼間間隙也能提高壓縮機性能和效率。在降低軸流壓縮機噪聲方面,國外多放在隔聲、消聲上,其措施是:
(1)采用加厚鑄造機殼,減弱噪聲散射;
(2)采用隔聲罩和消聲器,減少噪聲擴散。
利用電子計算機作為調(diào)節(jié)的中樞指令系統(tǒng),實現(xiàn)軸流壓縮機的調(diào)節(jié)自動化,運行更佳化。
2、燒結(jié)引風(fēng)機
燒結(jié)引風(fēng)機作為燒結(jié)機配套的主抽煙機,其耗電量大約占燒結(jié)廠總耗電量的 50% 以上。又因其輸送的介質(zhì)為燒結(jié)煙氣,含塵量大,因此,提高效率,降低能耗,加強耐磨措施,提高使用壽命,仍是燒結(jié)引風(fēng)機的主要技術(shù)課題。
燒結(jié)引風(fēng)機的風(fēng)量取決于燒結(jié)機的燒結(jié)面積;壓力取決于燒結(jié)料層的厚度。
燒結(jié)機的大型化(已可生產(chǎn) 1000㎡的燒結(jié)機)和厚料層(已達 700mm),促使燒結(jié)引風(fēng)機向大風(fēng)量、高負(fù)壓方向發(fā)展。燒結(jié)引風(fēng)機的更大流量為 40000m3/min,更高壓力為 19620Pa,更大功率為 14500kW。
由于制造工藝條件和運輸條件等因素的限制,特大型燒結(jié)機配套的燒結(jié)引風(fēng)機往往采用雙機并聯(lián)形式。
燒結(jié)引風(fēng)機的耐磨措施:
(1)鋸齒形中盤不僅可以改善葉輪出口氣流分布和降低 GD2,而且可避免煙氣對中盤的沖刷;
(2)葉片上裝有可更換的耐磨襯板(襯板表面堆焊碳化鎢);
(3)由可更換的錐盤保護中盤不受磨損;
(4)機殼裝有渦形襯板和側(cè)襯板;
(5)表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆樹酯、石英粉加水玻璃等涂料;
(6)表面強化處理表面堆焊、熱噴涂、滲硼、激光表面硬化和高頻淬火等。
目前,國外正在進行關(guān)于燒結(jié)引風(fēng)機氣動設(shè)計計算的二相流(固體微粒和燒結(jié)煙氣)的研究,試圖從空氣動力學(xué)方面來進一步解決燒結(jié)引風(fēng)機的磨損問題。
3、高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置(TRT)
該裝置發(fā)展最快、水平更高的是日本。據(jù) 1987 年資料統(tǒng)計,1500m3 以上的高爐共 47 座,安裝了 38 套 TRT 裝置;2000m3 以上的高爐共 38 座,安裝了 35 套 TRT 裝置。目前無論是 TRT 裝置的質(zhì)量、數(shù)量,還是效率,日本都處于領(lǐng)先地位。
隨著高爐向大型化和高壓爐頂方向發(fā)展,國外 TRT 裝置隨之向干式、軸流型及靜葉可調(diào)方向發(fā)展。
軸流型透平轉(zhuǎn)子一般為 2 級或 3 級,多采用反動度為 50% 的葉型,動葉片采用抗腐蝕疲勞強度的 SUS630 不銹鋼。機殼用鋼板焊接而成,亦可用高強度鑄鐵制成,一般為徑向進氣,軸向排氣(亦可下部徑向排氣)。軸封一般采用氮氣密封,近來亦有采用非接觸機械密封。
國外軸流型 TRT 裝置,大多數(shù)采用靜葉角度調(diào)節(jié)方式,以擴大工況范圍,有利于減少噪聲,提高膨脹透平的可靠性,并且不會影響高爐壓力的波動。