冶金工业所用的风机种类有很多,但相对来讲有一定难度,能代表风机设计制造水平的可分为 3 种,即轴流式压缩机、烧结引风机和高炉煤气余压回收透平发电装置。下面以这 3 种风机为例探讨其未来的发展趋势。总体来讲,国外的技术水平高于国内,国外的先进技术水平就是国内应积极努力的未来发展趋势。
1、轴流式压缩机
轴流式压缩机具有效率高、容量大、性能调节范围宽等特点。目前国外 1000m³ 以上的高炉皆采用轴流压缩机。作为高炉鼓风用的轴流压缩机,其流量已达 10000m³/min,压力达 0.69MPa,功率已达 70000kW。
轴流压缩机具有独特的设计结构和良好的气动性能(整机多变效率为 87%~91%,更大流量和最小流量可调范围达 1 倍多),以及先进的高度三化水平和电子控制系统。其结构特点是:机壳为水平剖分型,由灰铸铁(或铸钢)制成,排气侧设计承压值可达 0.7~1.2MPa,转子为等内径型,多级节盘式结构,动、静叶片皆采用修正了的美国 NACA 原始叶型。采用全静叶可调结构比固定静叶型的压缩机,流量范围可扩大 1 倍。该公司生产的 ARI 系列轴流 - 离心复合式等温压缩机的流量范围为 1400~7500m³/min,压比为 7~11。该产品具有较高的技术水平。
近年来,为了提高轴流压缩机的效率,苏尔寿公司采用混合反动度设计方法改善了级间匹配。减少动叶叶顶与机壳间间隙也能提高压缩机性能和效率。在降低轴流压缩机噪声方面,国外多放在隔声、消声上,其措施是:
(1)采用加厚铸造机壳,减弱噪声散射;
(2)采用隔声罩和消声器,减少噪声扩散。
利用电子计算机作为调节的中枢指令系统,实现轴流压缩机的调节自动化,运行更佳化。
2、烧结引风机
烧结引风机作为烧结机配套的主抽烟机,其耗电量大约占烧结厂总耗电量的 50% 以上。又因其输送的介质为烧结烟气,含尘量大,因此,提高效率,降低能耗,加强耐磨措施,提高使用寿命,仍是烧结引风机的主要技术课题。
烧结引风机的风量取决于烧结机的烧结面积;压力取决于烧结料层的厚度。
烧结机的大型化(已可生产 1000㎡的烧结机)和厚料层(已达 700mm),促使烧结引风机向大风量、高负压方向发展。烧结引风机的更大流量为 40000m³/min,更高压力为 19620Pa,更大功率为 14500kW。
由于制造工艺条件和运输条件等因素的限制,特大型烧结机配套的烧结引风机往往采用双机并联形式。
烧结引风机的耐磨措施:
(1)锯齿形中盘不仅可以改善叶轮出口气流分布和降低 GD2,而且可避免烟气对中盘的冲刷;
(2)叶片上装有可更换的耐磨衬板(衬板表面堆焊碳化钨);
(3)由可更换的锥盘保护中盘不受磨损;
(4)机壳装有涡形衬板和侧衬板;
(5)表面涂覆涂覆陶瓷防磨涂料、涂覆树酯、石英粉加水玻璃等涂料;
(6)表面强化处理表面堆焊、热喷涂、渗硼、激光表面硬化和高频淬火等。
目前,国外正在进行关于烧结引风机气动设计计算的二相流(固体微粒和烧结烟气)的研究,试图从空气动力学方面来进一步解决烧结引风机的磨损问题。
3、高炉煤气余压回收透平发电装置(TRT)
该装置发展最快、水平更高的是日本。据 1987 年资料统计,1500m³ 以上的高炉共 47 座,安装了 38 套 TRT 装置;2000m³ 以上的高炉共 38 座,安装了 35 套 TRT 装置。目前无论是 TRT 装置的质量、数量,还是效率,日本都处于领先地位。
随着高炉向大型化和高压炉顶方向发展,国外 TRT 装置随之向干式、轴流型及静叶可调方向发展。
轴流型透平转子一般为 2 级或 3 级,多采用反动度为 50% 的叶型,动叶片采用抗腐蚀疲劳强度的 SUS630 不锈钢。机壳用钢板焊接而成,亦可用高强度铸铁制成,一般为径向进气,轴向排气(亦可下部径向排气)。轴封一般采用氮气密封,近来亦有采用非接触机械密封。
国外轴流型 TRT 装置,大多数采用静叶角度调节方式,以扩大工况范围,有利于减少噪声,提高膨胀透平的可靠性,并且不会影响高炉压力的波动。