转炉OG湿法除尘风机叶轮积垢分析

转炉OG湿法除尘风机叶轮积垢分析

侯世康侯士榜陈真尚陆志标

宝钢湛江钢铁有限公司炼钢厂  广东湛江 524000

摘要：本文针对现场转炉OG湿法除尘风机常见的积垢影响风机振动问题进行分析，根据叶轮结构，分析叶轮在高速运转过程中气流轨迹，并结合现场实际情况，分析发生积垢影响振动的关键点。通过分析对进行现场实际优化改进实践结果可知：原有的设计理论上并未对风机叶轮冲洗做过多要求，导致现场在风机喷嘴使用标准上一片空白。只能按照原设计喷嘴使用要求进行使用，使用效果差，风机叶轮易积垢导致风机振动大。在得出结论后，在原有喷嘴设计大体类型不变的条件下，对喷嘴的压力、流量、安装角度进行设计优化，减缓因风机积垢造成振动异常需停机做冲洗、动平衡调整的停机次数。

关键词：风机、振动、积垢、设计优化。

Analysis of impeller of OG wet dust removal fan and reduce the influence of scaling on fan vibration

Hou Shikang, Hou Shibang, Chen Zhenshang, Lu Zhibiao

(Baoshan Iron & Steel, Steel plant of Zhanjiang Iron & Steel, Guangdong, Zhanjiang 524000, China)

Abstract: This article analyzes the common problem of dust accumulation affecting fan vibration in the wet scrubbing fans of the OG (Oxygen Gas) system for the converter in the field. Based on the impeller structure, it analyzes the airflow trajectory during the high-speed operation of the impeller and, in conjunction with the actual field situation, identifies the key points where dust accumulation affects vibration. Through analysis and practical optimization and improvement in the field, it is clear that the original design did not impose many requirements on the cleaning of the fan impeller, resulting in a lack of standards for the use of fan nozzles in the field. The nozzles are used according to the original design requirements, with poor results, and the fan impeller is prone to dust accumulation, causing significant fan vibration. After reaching a conclusion, under the condition that the overall type of the original nozzle design remains unchanged, the design optimization of the nozzle's pressure, flow rate, and installation angle was carried out to reduce the number of shutdowns required for flushing and dynamic balance adjustments due to abnormal vibration caused by dust accumulation on the fan.

Key words: fan, vibration, scaling, design optimization.

0 引言

转炉OG风机为德国GEA引进的设备。风机类型为轴流风机，烟气进入风机温度约65℃，，设计风量457200m³/h，设计全压24691Pa，电机设计功率为4800KW，设计最高转速1418RPM，转速为变频调速，风机叶轮结构为双吸式叶轮，叶轮直径2993mm。OG风机是转炉OG系统中大心脏，主要为整个OG系统提供动力来源。转炉冶炼过程中，OG风机提速至~1350r/min高速运行，转炉冶炼产生的高温烟气经OG汽化冷却、一次除尘系统进行降温除尘后进入OG风机。转炉烟气的主要成分为煤气，风机入口前管道设有转炉煤气成分连续分析装置，当满足煤气回收条件时，通过OG煤气回收系统四大阀控制将转炉煤气回收至煤气柜储存；当煤气回收条件不满足时，通过OG煤气回收系统四大阀控制将转炉烟气输送至放散塔燃烧排放。

1 存在问题

1.1 风机叶轮在使用的过程中会产生不平衡，原因有许多。对于转炉OG风机来说，叶轮积垢是造成振动异常不平衡的主要原因。风机积垢会造成叶轮的质心偏离轴心，进而造成风机振动大、噪音大等问题，长期以往会造成轴承损坏、主轴断裂、叶片变形等设备损坏问题。因此每次因叶轮积垢导致风机振动异常时需停机进行动平衡检修，通过焊接或切除风机叶轮外盘工作面平衡块，局部增加或减少风机叶轮一部分重量，将叶轮的质心调节到尽可能靠近叶轮轴心的位置上，风机在运行过程中的不平衡量被调整至允许的不平衡范围内，减少和降低风机的振动和噪音。

1.2 OG湿法除尘系统中，风机叶轮积垢严重部位主要表现在叶片背风面根部及叶轮外盘边缘处。距现场统计，转炉OG风机叶轮冲洗动平衡结束使用约1.5个月，振动值便有明显上升趋势。叶轮积垢速度快、积垢不均匀、振动异常上升、风机使用周期短、风机动平衡检修间隔时间不可控等问题对生产物流带来极大的困扰。

2原因分析

2.1 OG湿法除尘主要是通过水与烟气接触，捕集粉尘净化烟气。经净化后的烟气中含有大量水分及部分含有粉尘与液滴的结合物，在风机高速运转的作用下，这部分烟气会进入风机叶轮。由于系统本身属于高湿度和高粉尘浓度的运行环境，加上风机运行中产生的气流特性等因素，烟气中的含尘水滴附着在叶轮表面形成积垢是不可避免的客观问题。

2.1.1 在OG湿法除尘系统中，风机叶轮叶片的积垢主要发生在背风面根部原因如下：

迎风面:迎风面直接接触高速气流，温湿度变化小，表面长期受高速气流冲刷较光滑。烟气中的颗粒物和液滴进入叶轮叶片迎风面时，直接被高速气流带走，难以附着沉积。

背风面:背风面叶片根部靠近叶轮轮毂，气流速度较低，易形成涡流和回流区。虽然叶轮旋转过程中产生的离心力将颗粒物甩向叶片外缘，但根部因气流速度低，颗粒物与液滴因气流分离和涡流作用速度降低，惯性减小，颗粒物仍会沉积，易结合形成积垢附着于背风面根部。加上叶片背风面根部气流速度较低，温湿度变化较高，有利于积垢的形成，风机使用过程叶轮叶片背风面根部逐渐积垢使表面变得较粗糙，进一步促进颗粒物附着，最终形成大量积垢的情况。

2.1.2 在OG湿法除尘系统中，风机叶轮外盘边缘处积垢原因如下：

风机叶轮外盘处于风机出口正压段，气流速度较低易形成涡流和回流区，颗粒物和液滴易在此沉积。叶轮旋转时，离心力从中心向外逐渐增大，靠近外圈的部位受到的离心力最大，受离心力作用，颗粒物和液滴更容易被甩到叶轮外盘边缘处，在系统烟气本身高湿度、高温度的条件作用下，进一步促进了颗粒物和液滴附着性。随着颗粒物和液滴逐渐附着于叶轮外盘边缘处，叶轮外盘边缘处表面粗糙度增加，最终形成了大量积垢的情况。

2.2 风机积垢不均匀、过多等会导致风机叶轮失衡振动上升，随着风机振动变大，叶轮积垢处易脱落，存在风机振动直接达到连锁跳机条件直接停机风险（为了避免风机振动过大造成设备故障等隐患，目前现场风机振动值设有连锁跳机条件，当风机振动值大于7mm/s时，直接触发风机停止条件，强制停机。当转炉OG风机强制停机时存在转炉煤气倒灌风险及对生产物流带来的影响）。

2.2.1 风机叶轮叶片背风面根部及叶轮外盘边缘处积垢，两者对比下，叶轮外盘边缘处积垢比叶片积垢更影响振动。原因分析如下：

1.质量分布不均，破坏动平衡

叶轮外盘积垢会导致质量分布不均匀，叶轮的质心偏离轴心，从而产生较大的离心力，会显著破坏叶轮的动平衡，导致叶轮旋转时产生较大的不平衡力，进而引发强烈振动；而叶片积垢虽然也会影响叶轮质量分布，但对造成叶轮的质心偏离轴心的影响相对较小。

2.结构刚性下降，振动传递变大

外盘是叶轮的主要支撑结构，积垢会削弱其刚性，降低抗振能力，振动更容易传递到风机其他部件，导致整体振动加剧；叶片积垢对叶轮整体结构刚性的影响较小，振动传递效应较弱。

2.3 原设计OG风机叶轮虽设有冲洗水除垢，冲洗水设计压力过低；叶片处冲洗水喷嘴角度设计不合理，叶片背风面积垢零散稀疏不均匀易脱落；叶轮外盘处冲洗水喷嘴距离外盘过远，冲洗效果差，叶轮外盘积垢严重；冲洗水管道未设有过滤装置，现场水质差，冲洗水喷嘴易发生堵塞现象；冲洗水总体冲洗效果差，在风机冲洗动平衡使用约1.5月后，仍会频繁出现风机叶轮积垢振动异常需停机冲洗动平衡检修的情况。

3改进方案

3.1通过上述原因分析，结合现场实际使用工况情况，针对OG风机叶轮积垢速度快、积垢不均匀、振动异常上升、风机使用周期短、风机动平衡检修间隔时间不可控等问题，对风机叶轮冲洗水进行了优化改进。

3.1.1 原设计风机叶轮水压力为0.3MPa，在确保增加叶轮冲洗水压力不会到叶轮本体造成影响的前提下，对叶轮冲洗水参数进行调整优化，通过增加管道增压泵将风机叶轮冲洗水压力提升至1.2MPa。

3.1.2 原设计风机叶轮喷嘴安装角度、距离等未做安装要求。根据现场风机叶轮积垢情况对喷嘴的喷射角度、喷射距离等进行设计优化，提高冲洗水对叶轮的冲洗除垢能力。

3.1.3 原设计风机叶轮冲洗水无过滤器，喷嘴易发生堵塞。根据场水质情况，对风机叶轮冲洗水增加100目Y型过滤器，避免因喷嘴堵塞叶轮积垢造成风机振动异常的现象发生。

3.2优化前后对比

3.2.1经现场对转炉OG风机冲洗水改进优化后，风机使用过程中振动平稳，风机冲洗动平衡检修周期可控，风机冲洗动平衡检修周期≥4月/次。通过冲洗水改进优化效果验证，对改进冲洗水后使用4个月后的OG风机叶轮积垢进行停机检查，风机叶轮叶片背风面根部积垢由改进前的零散稀疏易脱落型转变成驼峰固定不易脱落型，风机叶轮外盘边缘处积垢相较于改进前大幅度减少，叶轮外盘表面积垢均匀。

4结束语

减缓叶轮积垢对风机振动的影响，不仅可以有效提高风机叶轮的使用寿命，而且可以提高生产效率。在进一步保障企业正常运行生产活动顺利进行的同时，还减少了设备异常停机检修维护的次数，降低了企业维修成本，维护了经济利益。

参考文献

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