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沸騰焙燒爐羅茨鼓風機變頻節(jié)能改造
導語：?本文介紹了風光高壓變頻器在漢源錦泰礦業(yè)有限公司沸騰焙燒爐羅茨鼓風機中的應用情況?，F(xiàn)場運行情況表明，采用高壓變頻器對沸騰焙燒爐羅茨鼓風機進行調速節(jié)能，節(jié)能效果是明顯的。 摘要：本文介紹了風光高壓變頻器在漢源錦泰礦業(yè)有限公司沸騰焙燒爐羅茨鼓風機中的應用情況?，F(xiàn)場運行情況表明，采用高壓變頻器對沸騰焙燒爐羅茨鼓風機進行調速節(jié)能，節(jié)能效果是明顯的。
關鍵錦工：高壓變頻器,沸騰焙燒爐,羅茨鼓風機,節(jié)能
1用戶簡介
漢源錦泰礦業(yè)有限公司是一家股份制民營企業(yè)，具有日處理鉛鋅礦石4000噸，年產0號、1號鋅錠50000噸、硫酸62000噸、鋅焙砂54000噸，日處理電解鋅廢渣200噸的生產能力；總投資已達12億多元人民幣，已發(fā)展成集鉛鋅礦開采、浮選、焙燒制酸、冶煉和廢渣綜合利用為一體的集團化公司，是我國西部地區(qū)設備、工藝和技術較先進、產品質量最好、生產能力較大、銷量較大的鉛鋅生產企業(yè)之一。漢源錦泰礦業(yè)有限公司有一座40m2沸騰焙燒爐，而羅茨鼓風機又是沸騰焙燒爐的心臟設備，在2021年設備節(jié)能改造中，對羅茨鼓風機采用變頻調速技術，取得了較好效果。現(xiàn)場羅茨鼓風機參數(shù)如下表1、表2所示。
表1電機參數(shù)
型號
YKK5602-10
額定電壓
10kV
額定電流
31.9A
功率因數(shù)
0.78
轉速
594r/minr
冷卻方式
IC611
廠家
錦工電機廠有限責任公司
表2鼓風機
型號
L105WP3
流量
669m3/min
主軸轉述
580r/min
升壓
29.4kP
電機功率
10-400kW
執(zhí)行標準
JB/T8941.1～2-1999
廠家
四川省鼓風機制造有限責任公司
2沸騰焙燒爐
2.1沸騰焙燒爐介紹
沸騰焙燒以流態(tài)化技術為基礎。固體顆粒在氣流的作用下，構成流態(tài)化床層似沸騰狀態(tài)，被稱作流態(tài)化床或沸騰床。這樣礦石可在沸騰狀態(tài)下進行加熱還原，有利于提高焙燒礦質量。焙燒過程有反應熱放出，產生含有二氧化硫的氣體主要用來制造硫酸，礦渣則用作冶金原料。硫化礦沸騰焙燒技術是50年代初聯(lián)邦德國的巴登苯胺純堿公司和美國的多爾公司分別開發(fā)的。沸騰焙燒爐結構示意圖如圖1所示。
圖1結構示意圖
沸騰焙燒爐爐體（見圖1）為鋼殼內襯保溫磚再襯耐火磚構成。為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外面有保溫層。爐子的最下部是風室，設有空氣進口管，其上是空氣分布板。空氣分布板上是耐火混凝土爐床，埋設有許多側面開小孔的風帽。爐膛中部為向上擴大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰層的截面積大，以減少固體粒子吹出。沸騰層中裝有廢熱鍋爐的冷卻管，爐體還設有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進口、點火口等接管。爐頂有防爆孔。
2.2沸騰焙燒爐工作原理
沸騰焙燒爐工作原理是利用流態(tài)化技術，是參與反應或熱、質傳遞的氣體和固體充分接觸，實現(xiàn)他們之間最快的傳質，傳熱賀棟梁傳遞速度，獲得最大的設備生產能力。
?。?）流化床的形成
當流體的氣流速度繼續(xù)增大到一定值，床層開始膨脹和變松，全部顆粒都懸浮在向上流動的流體中，形成強力攪渾流動。這種具有流體的某些表觀特征的流-固混合床成為流化床。在氣-固流化床中，形成顆粒強烈翻滾，故又稱為沸騰床。
?。?）流態(tài)化范圍與操作速度
從臨界速度開始流態(tài)化，到帶出速度下流化床開始破壞這一速度范圍成為流態(tài)化范圍。它是選擇操作流態(tài)化速度的上下極限。流態(tài)化范圍越寬，流化床的操作越穩(wěn)定。這一范圍大小可以用帶出速度與臨界速度的比來表示。理論和實際證明，顆粒月細則流態(tài)化范圍越小，不規(guī)則的寬篩分物料的流態(tài)化范圍比球形粒子的要小。
實際上多數(shù)工業(yè)流化床內粒級分布較寬，所以合理的操作速度應是絕大部分顆粒正常流態(tài)化而又不大于某一指定粒級的帶出速度。一般根據(jù)林杰流態(tài)化速度并利用流態(tài)化指數(shù)的經驗數(shù)據(jù)來確定操作氣流速度。
3沸騰焙燒爐變頻節(jié)能原理
沸騰焙燒爐是利用流態(tài)化技術的熱工設備，已廣泛應用于鋅精礦的焙燒。它具有氣-固相間傳熱質速度快、層內溫度均勻、產品質量好、沸騰層與冷卻水套之間傳熱系數(shù)大、生產率高、操作簡單、便于實現(xiàn)生產連續(xù)化和自動化等優(yōu)點。
鋅精礦的主要物相組成為ZnS，約占70%以上。在沸騰焙燒爐內焙燒時主要化學反應式為：ZnS+O2→ZnO+SO2，該反應屬放熱反應，放出的熱量除用于維持爐內的焙燒溫度，大部分由高溫煙氣及冷卻水帶走。沸騰爐空氣需要量為20000Nm3/h。通過對沸騰爐層及管網(wǎng)阻力損失的計算，爐子正常生產時，空氣壓力為12500-13500Pa。但考慮到開爐及處理異常情況時的工藝要求，所選風機的富裕量達50%以上，這樣使風機的能力不能充分發(fā)揮。
由于沸騰爐羅茨鼓風機的風量和風壓的余量很大，正常工作時必須將其調至合理的工況，
丑 專 千Ⅱ
沸騰焙燒爐羅茨鼓風機故障分析及防范措施
林 青，杜江潔
(貴州鋁廠 機動處，責州 550o14)
『摘 要】介紹了我廠關鍵設各氧化鋁沸騰焙燒爐羅茨鼓風機的功能，及自 1997年 11月投產以來先
后發(fā)生叫次事故的情 ，重點分析了由于高壓氣體回流沖擊而使1 步齒輪與軸配合面產生相對滑移的可
能．通過定量分析計算高壓氣體回流沖擊時對主動轉子產生沖量使其停止或反轉的臨界時間，同時提出了
預防措施。
『關鍵錦工】羅茨鼓風機；主動轉子：同步齒輪：相對滑移；臨界時間
【中圖分類號】TH444 【文獻標識碼】B 【文章編號】1003-~ (20o1)ol-0028-03
在氧化鋁生產中，沸騰焙燒爐是重要的生產
設備之一，而羅茨鼓風機義是沸騰焙燒爐的心臟
設備，其中二次鼓風機的作用是對流化床冷卻器 6
個格中焙燒的氧化鋁進行直接冷卻且流態(tài)化的二
次風分別送入冷卻器的各格，以得均勻的流態(tài)化。
進入冷卻旋分器的固體從二次風中分離出米，二
次風從噴嘴格上方經二次風管進入流化床焙燒
爐，以提高反應的速度和效率，得到合格氧化鋁。
我廠于 1997年由德國魯奇公司引進的沸騰焙
燒爐正式投運，1998年 9月至 2000年元月先后 4
次在運行中突然 “爆炸”，產生葉片損傷，機殼、
墻板破裂，軸彎曲變形等現(xiàn)象。這類事故在其他
企業(yè)及化工系統(tǒng)廠礦中也時有發(fā)生。
l羅茨風機工作原理
羅茨風機是一種雙轉子壓縮機械，兩轉子年?
軸線相互平行，轉子由葉輪與軸組合而成，葉輪
之間、葉輪與機殼及墻板之間具有微小間隙，以
避免相互接觸，兩轉子由電動機通過一對同步齒
輪驅動，做方向相反的等速旋轉，借助與兩葉輪
的相互嚙合，風機進、排氣口不直接相通，葉輪
與機殼及墻板圍成封閉的基元容積，其大小在旋
轉過程中發(fā)生變化，氣體的壓縮是在基元容積與
排氣口連通的一瞬間，由高壓氣體向基元容積同
流均壓而實現(xiàn)的。
2羅茨風機發(fā)生 “爆炸”的原因
風機輸送的介質為空氣，并非可燃，幾次事
故現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)燃燒爆炸的痕跡，p司而可以排除這
原岡。其它原岡可能有：
2．1流化床內有大量積料(動力源存在)
啟動羅茨風機時，由于流化床內有大量積料(前
次非正常停車造成流化床內積料 ，風機壓送的氣
體不能及時將積料吹走，而造成 “憋壓”，導致
羅茨風機出口管道壓力升高，工作電流急劇上升，
機 內的氣體急劇膨脹，造成①風機爆炸；②電
源控制系統(tǒng)跳閘：③沖掉安全銷．壓力釋放。前
兩種情況均會使風機遭到破壞；第三種情況，可
避免設備事故的發(fā)生(這一情況在試車投產階段，
曾發(fā)生過 。
2．2電源控制系統(tǒng)突然跳閘和停電(動力源消失)
當羅茨風機正常運轉時，由于電氣控制系統(tǒng)
故障而使風機跳閘，此時有兩種可能：
2．2．1當羅茨風機跳閘時，風機至流化床間管內的
余壓不能將流化床內的物料吹走(瞬間內形成衡
壓 ，高壓氣體將會迅速向風機低壓腔(進口)流動，
由丁羅茨風機的工作間隙(葉輪與葉輪之間、葉輪
與機殼之間及葉輪與墻板之間)很小，而大量的高
壓氣體要通過很小的間隙，在極短時間內流向低
壓腔以保持兩腔壓力平衡是很難做到的。岡此，
高壓氣體將推動風機轉子突然以很高的加速度反
向旋轉，此瞬間風機主動軸和同步齒輪受到強大
的沖擊載荷，所承受的巨大的剪切力大大超過了
其固有的承載能力，使得風機軸產生彎曲變形，
甚至折斷、齒輪輪齒折斷、齒輪孔與配合軸面發(fā)
生相動滑移，破壞其正常T作間隙，造成兩葉輪
嚙合失常
在氧化鋁生產中，沸騰焙燒爐是重要的生產設備之一，而羅茨鼓風機又是沸騰焙燒爐的心臟設備，其中二次鼓風機的作用是對流化床冷卻器6個格中焙燒的氧化鋁進行直接冷卻且流態(tài)化的二次風分別送入冷卻器的各格，以得均勻的流態(tài)化。進入冷卻旋分器的固體從二次風中分離出來，二次風從噴嘴格上方經二次風管進入流化床焙燒爐，以提高反應的速度和效率，得到合格氧化鋁。我廠于1997年由德國魯奇公司引進的沸騰焙燒爐正式投運，1998年9月至2000年元月先后4次在運行中突然“爆炸”，產生葉片損傷，機殼、墻板破裂，軸彎曲變形等現(xiàn)象。這類事故在其他企業(yè)及化工系統(tǒng)廠礦中也時有發(fā)生。1羅茨風機工作原理羅茨風機是一種雙轉子壓縮機械，兩轉子和軸線相互平行，轉子由葉輪與軸組合而成，葉輪之間、葉輪與機殼及墻板之間具有微小間隙，以避免相互接觸，兩轉子由電動機通過一對同步齒輪驅動，做方向相反的等速旋轉，借助與兩葉輪的相互嚙合，風機進、排氣口不直接相通，葉輪與機殼及墻板圍成封閉的基元容積，其大小在旋轉過程中發(fā)生變化，氣體的壓縮是在基元容積與排氣口連通的一瞬間，由高壓氣體向基元容積回流均壓而實現(xiàn)的。2羅茨風機發(fā)生“爆炸”的原因風機輸送的介質為空氣，并非可燃，幾次事故現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)燃燒爆炸的痕跡，因而可以排除這一原因。其它原因可能有：2.1流化床內有大量積料(動力源存在)啟動羅茨風機時，由于流化床內有大量積料(前次非正常停車造成流化床內積料)，風機壓送的氣體不能及時將積料吹走，而造成“憋壓”，導致羅茨風機出口管道壓力升高，工作電流急劇上升，機體內的氣體急劇膨脹，造成風機爆炸；電源控制系統(tǒng)跳閘；沖掉安全銷，壓力釋放。前兩種情況均會使風機遭到破壞；第三種情況，可避免設備事故的發(fā)生(這一情況在試車投產階段，曾發(fā)生過)。2.2電源控制系統(tǒng)突然跳閘和停電(動力源消失)當羅茨風機正常運轉時，由于電氣控制系統(tǒng)故障而使風機跳閘，此時有兩種可能：2.2.1當羅茨風機跳閘時，風機至流化床間管內的余壓不能將流化床內的物料吹走(瞬間內形成衡壓)，高壓氣體將會迅速向風機低壓腔(進口)流動，由于羅茨風機的工作間隙(葉輪與葉輪之間、葉輪與機殼之間及葉輪與墻板之間)很小，而大量的高壓氣體要通過很小的間隙，在極短時間內流向低壓腔以保持兩腔壓力平衡是很難做到的。因此，高壓氣體將推動風機轉子突然以很高的加速度反向旋轉，此瞬間風機主動軸和同步齒輪受到強大的沖擊載荷，所承受的巨大的剪切力大大超過了其固有的承載能力，使得風機軸產生彎曲變形，甚至折斷、齒輪輪齒折斷、齒輪孔與配合軸面發(fā)生相動滑移，破壞其正常工作間隙，造成兩葉輪嚙合失常，發(fā)生嚴重撞擊，使葉輪受損、機殼、墻板破裂，造成風機嚴重損壞甚至報廢。我廠這類故障曾于1999年8月發(fā)生，造成主、從動轉子密封線嚴重磨損，主、從動軸彎曲變形，風機端蓋螺栓大部分剪斷，尾部墻板破碎，機殼有多處裂紋，同步齒輪輪齒折斷，齒輪與軸配合面發(fā)生相對滑移，風機報廢。(另1998年10月，山東鋁廠與我廠同型號的設備，也發(fā)生主動軸剪斷事故。)2.2.2在風機突然跳閘和停電的情況下，管內的余壓足以將流化床上的積料吹走，則不會在一定時間內存在“衡壓”的現(xiàn)象，而出口管道內及出氣消音器內的余壓仍會向壓力低的方向流動，那么一方面由正常渠道泄壓，另一方面則向羅茨風機的進氣口流動，當余壓在一定時間內未釋放完時，必然會導致風機轉子停止或者倒轉，但時間很短，這樣，也有可能造成風機損傷，這要視余壓的多少而定。2.3同步齒輪與軸的配合面發(fā)生相對滑移通過對我廠曾經發(fā)生的幾次事故的觀察，發(fā)現(xiàn)均有同步齒輪與配合軸面發(fā)生相對滑移的現(xiàn)象。二者的相對滑移，將引起轉
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