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沸騰焙燒爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造
導(dǎo)語(yǔ)：?本文介紹了風(fēng)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(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，采用高壓變頻器對(duì)沸騰焙燒爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，節(jié)能效果是明顯的。 摘要：本文介紹了風(fēng)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(fēng)機(jī)中的應(yīng)用情況?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，采用高壓變頻器對(duì)沸騰焙燒爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能，節(jié)能效果是明顯的。
關(guān)鍵錦工：高壓變頻器,沸騰焙燒爐,羅茨鼓風(fēng)機(jī),節(jié)能
1用戶簡(jiǎn)介
漢源錦泰礦業(yè)有限公司是一家股份制民營(yíng)企業(yè)，具有日處理鉛鋅礦石4000噸，年產(chǎn)0號(hào)、1號(hào)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(chǎn)能力；總投資已達(dá)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(tuán)化公司，是我國(guó)西部地區(qū)設(shè)備、工藝和技術(shù)較先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量最好、生產(chǎn)能力較大、銷量較大的鉛鋅生產(chǎn)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(fēng)機(jī)又是沸騰焙燒爐的心臟設(shè)備，在2021年設(shè)備節(jié)能改造中，對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，取得了較好效果?，F(xiàn)場(chǎng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)如下表1、表2所示。
表1電機(jī)參數(shù)
型號(hào)
YKK5602-10
額定電壓
10kV
額定電流
31.9A
功率因數(shù)
0.78
轉(zhuǎn)速
594r/minr
冷卻方式
IC611
廠家
錦工電機(jī)廠有限責(zé)任公司
表2鼓風(fēng)機(jī)
型號(hào)
L105WP3
流量
669m3/min
主軸轉(zhuǎn)述
580r/min
升壓
29.4kP
電機(jī)功率
10-400kW
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
JB/T8941.1～2-1999
廠家
四川省鼓風(fēng)機(jī)制造有限責(zé)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(shù)為基礎(chǔ)。固體顆粒在氣流的作用下，構(gòu)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(jìn)行加熱還原，有利于提高焙燒礦質(zhì)量。焙燒過(guò)程有反應(yīng)熱放出，產(chǎn)生含有二氧化硫的氣體主要用來(lái)制造硫酸，礦渣則用作冶金原料。硫化礦沸騰焙燒技術(shù)是50年代初聯(lián)邦德國(guó)的巴登苯胺純堿公司和美國(guó)的多爾公司分別開發(fā)的。沸騰焙燒爐結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1結(jié)構(gòu)示意圖
沸騰焙燒爐爐體（見圖1）為鋼殼內(nèi)襯保溫磚再襯耐火磚構(gòu)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(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板?？諝夥植及迳鲜悄突鸹炷翣t床，埋設(shè)有許多側(cè)面開小孔的風(fēng)帽。爐膛中部為向上擴(kuò)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(shè)有加料口、礦渣溢流口、爐氣出口、二次空氣進(jìn)口、點(diǎn)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(shù)，是參與反應(yīng)或熱、質(zhì)傳遞的氣體和固體充分接觸，實(shí)現(xiàn)他們之間最快的傳質(zhì)，傳熱賀棟梁傳遞速度，獲得最大的設(shè)備生產(chǎn)能力。
?。?）流化床的形成
當(dāng)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(dòng)的流體中，形成強(qiáng)力攪渾流動(dòng)。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(qiáng)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(lái)表示。理論和實(shí)際證明，顆粒月細(xì)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(shí)際上多數(shù)工業(yè)流化床內(nèi)粒級(jí)分布較寬，所以合理的操作速度應(yīng)是絕大部分顆粒正常流態(tài)化而又不大于某一指定粒級(jí)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)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(shù)的熱工設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于鋅精礦的焙燒。它具有氣-固相間傳熱質(zhì)速度快、層內(nèi)溫度均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好、沸騰層與冷卻水套之間傳熱系數(shù)大、生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。
鋅精礦的主要物相組成為ZnS，約占70%以上。在沸騰焙燒爐內(nèi)焙燒時(shí)主要化學(xué)反應(yīng)式為：ZnS+O2→ZnO+SO2，該反應(yīng)屬放熱反應(yīng)，放出的熱量除用于維持爐內(nèi)的焙燒溫度，大部分由高溫?zé)煔饧袄鋮s水帶走。沸騰爐空氣需要量為20000Nm3/h。通過(guò)對(duì)沸騰爐層及管網(wǎng)阻力損失的計(jì)算，爐子正常生產(chǎn)時(shí)，空氣壓力為12500-13500Pa。但考慮到開爐及處理異常情況時(shí)的工藝要求，所選風(fēng)機(jī)的富裕量達(dá)50%以上，這樣使風(fēng)機(jī)的能力不能充分發(fā)揮。
由于沸騰爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓的余量很大，正常工作時(shí)必須將其調(diào)至合理的工況，
丑 專 千Ⅱ
沸騰焙燒爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)故障分析及防范措施
林 青，杜江潔
(貴州鋁廠 機(jī)動(dòng)處，責(zé)州 550o14)
『摘 要】介紹了我廠關(guān)鍵設(shè)各氧化鋁沸騰焙燒爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)的功能，及自 1997年 11月投產(chǎn)以來(lái)先
后發(fā)生叫次事故的情 ，重點(diǎn)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(chǎn)生相對(duì)滑移的可
能．通過(guò)定量分析計(jì)算高壓氣體回流沖擊時(shí)對(duì)主動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生沖量使其停止或反轉(zhuǎn)的臨界時(shí)間，同時(shí)提出了
預(yù)防措施。
『關(guān)鍵錦工】羅茨鼓風(fēng)機(jī)；主動(dòng)轉(zhuǎn)子：同步齒輪：相對(duì)滑移；臨界時(shí)間
【中圖分類號(hào)】TH444 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1003-~ (20o1)ol-0028-03
在氧化鋁生產(chǎn)中，沸騰焙燒爐是重要的生產(chǎn)
設(shè)備之一，而羅茨鼓風(fēng)機(jī)義是沸騰焙燒爐的心臟
設(shè)備，其中二次鼓風(fēng)機(jī)的作用是對(duì)流化床冷卻器 6
個(gè)格中焙燒的氧化鋁進(jìn)行直接冷卻且流態(tài)化的二
次風(fēng)分別送入冷卻器的各格，以得均勻的流態(tài)化。
進(jìn)入冷卻旋分器的固體從二次風(fēng)中分離出米，二
次風(fēng)從噴嘴格上方經(jīng)二次風(fēng)管進(jìn)入流化床焙燒
爐，以提高反應(yīng)的速度和效率，得到合格氧化鋁。
我廠于 1997年由德國(guó)魯奇公司引進(jìn)的沸騰焙
燒爐正式投運(yùn)，1998年 9月至 2000年元月先后 4
次在運(yùn)行中突然 “爆炸”，產(chǎn)生葉片損傷，機(jī)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(shí)有發(fā)生。
l羅茨風(fēng)機(jī)工作原理
羅茨風(fēng)機(jī)是一種雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)械，兩轉(zhuǎn)子年?
軸線相互平行，轉(zhuǎn)子由葉輪與軸組合而成，葉輪
之間、葉輪與機(jī)殼及墻板之間具有微小間隙，以
避免相互接觸，兩轉(zhuǎn)子由電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)同步齒
輪驅(qū)動(dòng)，做方向相反的等速旋轉(zhuǎn)，借助與兩葉輪
的相互嚙合，風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣口不直接相通，葉輪
與機(jī)殼及墻板圍成封閉的基元容積，其大小在旋
轉(zhuǎn)過(guò)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(shí)現(xiàn)的。
2羅茨風(fēng)機(jī)發(fā)生 “爆炸”的原因
風(fēng)機(jī)輸送的介質(zhì)為空氣，并非可燃，幾次事
故現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)有大量積料(動(dòng)力源存在)
啟動(dòng)羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，由于流化床內(nèi)有大量積料(前
次非正常停車造成流化床內(nèi)積料 ，風(fēng)機(jī)壓送的氣
體不能及時(shí)將積料吹走，而造成 “憋壓”，導(dǎo)致
羅茨風(fēng)機(jī)出口管道壓力升高，工作電流急劇上升，
機(jī) 內(nèi)的氣體急劇膨脹，造成①風(fēng)機(jī)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(huì)使風(fēng)機(jī)遭到破壞；第三種情況，可
避免設(shè)備事故的發(fā)生(這一情況在試車投產(chǎn)階段，
曾發(fā)生過(guò) 。
2．2電源控制系統(tǒng)突然跳閘和停電(動(dòng)力源消失)
當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于電氣控制系統(tǒng)
故障而使風(fēng)機(jī)跳閘，此時(shí)有兩種可能：
2．2．1當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，風(fēng)機(jī)至流化床間管內(nèi)的
余壓不能將流化床內(nèi)的物料吹走(瞬間內(nèi)形成衡
壓 ，高壓氣體將會(huì)迅速向風(fēng)機(jī)低壓腔(進(jìn)口)流動(dòng)，
由丁羅茨風(fēng)機(jī)的工作間隙(葉輪與葉輪之間、葉輪
與機(jī)殼之間及葉輪與墻板之間)很小，而大量的高
壓氣體要通過(guò)很小的間隙，在極短時(shí)間內(nèi)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(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子突然以很高的加速度反
向旋轉(zhuǎn)，此瞬間風(fēng)機(jī)主動(dòng)軸和同步齒輪受到強(qiáng)大
的沖擊載荷，所承受的巨大的剪切力大大超過(guò)了
其固有的承載能力，使得風(fēng)機(jī)軸產(chǎn)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(dòng)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(chǎn)中，沸騰焙燒爐是重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，而羅茨鼓風(fēng)機(jī)又是沸騰焙燒爐的心臟設(shè)備，其中二次鼓風(fēng)機(jī)的作用是對(duì)流化床冷卻器6個(gè)格中焙燒的氧化鋁進(jìn)行直接冷卻且流態(tài)化的二次風(fēng)分別送入冷卻器的各格，以得均勻的流態(tài)化。進(jìn)入冷卻旋分器的固體從二次風(fēng)中分離出來(lái)，二次風(fēng)從噴嘴格上方經(jīng)二次風(fēng)管進(jìn)入流化床焙燒爐，以提高反應(yīng)的速度和效率，得到合格氧化鋁。我廠于1997年由德國(guó)魯奇公司引進(jìn)的沸騰焙燒爐正式投運(yùn)，1998年9月至2000年元月先后4次在運(yùn)行中突然“爆炸”，產(chǎn)生葉片損傷，機(jī)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(shí)有發(fā)生。1羅茨風(fēng)機(jī)工作原理羅茨風(fēng)機(jī)是一種雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)械，兩轉(zhuǎn)子和軸線相互平行，轉(zhuǎn)子由葉輪與軸組合而成，葉輪之間、葉輪與機(jī)殼及墻板之間具有微小間隙，以避免相互接觸，兩轉(zhuǎn)子由電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)同步齒輪驅(qū)動(dòng)，做方向相反的等速旋轉(zhuǎn)，借助與兩葉輪的相互嚙合，風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣口不直接相通，葉輪與機(jī)殼及墻板圍成封閉的基元容積，其大小在旋轉(zhuǎn)過(guò)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(shí)現(xiàn)的。2羅茨風(fēng)機(jī)發(fā)生“爆炸”的原因風(fēng)機(jī)輸送的介質(zhì)為空氣，并非可燃，幾次事故現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)有大量積料(動(dòng)力源存在)啟動(dòng)羅茨風(fēng)機(jī)時(shí)，由于流化床內(nèi)有大量積料(前次非正常停車造成流化床內(nèi)積料)，風(fēng)機(jī)壓送的氣體不能及時(shí)將積料吹走，而造成“憋壓”，導(dǎo)致羅茨風(fēng)機(jī)出口管道壓力升高，工作電流急劇上升，機(jī)體內(nèi)的氣體急劇膨脹，造成風(fēng)機(jī)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(huì)使風(fēng)機(jī)遭到破壞；第三種情況，可避免設(shè)備事故的發(fā)生(這一情況在試車投產(chǎn)階段，曾發(fā)生過(guò))。2.2電源控制系統(tǒng)突然跳閘和停電(動(dòng)力源消失)當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于電氣控制系統(tǒng)故障而使風(fēng)機(jī)跳閘，此時(shí)有兩種可能：2.2.1當(dāng)羅茨風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，風(fēng)機(jī)至流化床間管內(nèi)的余壓不能將流化床內(nèi)的物料吹走(瞬間內(nèi)形成衡壓)，高壓氣體將會(huì)迅速向風(fēng)機(jī)低壓腔(進(jìn)口)流動(dòng)，由于羅茨風(fēng)機(jī)的工作間隙(葉輪與葉輪之間、葉輪與機(jī)殼之間及葉輪與墻板之間)很小，而大量的高壓氣體要通過(guò)很小的間隙，在極短時(shí)間內(nèi)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(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子突然以很高的加速度反向旋轉(zhuǎn)，此瞬間風(fēng)機(jī)主動(dòng)軸和同步齒輪受到強(qiáng)大的沖擊載荷，所承受的巨大的剪切力大大超過(guò)了其固有的承載能力，使得風(fēng)機(jī)軸產(chǎn)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(dòng)滑移，破壞其正常工作間隙，造成兩葉輪嚙合失常，發(fā)生嚴(yán)重撞擊，使葉輪受損、機(jī)殼、墻板破裂，造成風(fēng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞甚至報(bào)廢。我廠這類故障曾于1999年8月發(fā)生，造成主、從動(dòng)轉(zhuǎn)子密封線嚴(yán)重磨損，主、從動(dòng)軸彎曲變形，風(fēng)機(jī)端蓋螺栓大部分剪斷，尾部墻板破碎，機(jī)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(duì)滑移，風(fēng)機(jī)報(bào)廢。(另1998年10月，山東鋁廠與我廠同型號(hào)的設(shè)備，也發(fā)生主動(dòng)軸剪斷事故。)2.2.2在風(fēng)機(jī)突然跳閘和停電的情況下，管內(nèi)的余壓足以將流化床上的積料吹走，則不會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)存在“衡壓”的現(xiàn)象，而出口管道內(nèi)及出氣消音器內(nèi)的余壓仍會(huì)向壓力低的方向流動(dòng)，那么一方面由正常渠道泄壓，另一方面則向羅茨風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口流動(dòng)，當(dāng)余壓在一定時(shí)間內(nèi)未釋放完時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子停止或者倒轉(zhuǎn)，但時(shí)間很短，這樣，也有可能造成風(fēng)機(jī)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(duì)滑移通過(guò)對(duì)我廠曾經(jīng)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(duì)滑移的現(xiàn)象。二者的相對(duì)滑移，將引起轉(zhuǎn)
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