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送风系统详解：冲天炉的鼓风机、管道和控制装置

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：冲天炉供风系统包括鼓风机、送风管道、调节控制装置及附属设备等。

冲天炉供风系统包括鼓风机、送风管道、调节控制装置及附属设备等。

2.3.1.1 对冲天炉供风设备的要求

1）为保证冲天炉获得所需要的风量，供风设备应有足够的风压，风量因送风阻力变化而波动的范围应尽可能小，使冲天炉在最佳状态下工作的风量波动范围不大于5%。

2）工作稳定可靠，调整控制准确方便，容易维护。

3）为适应冲天炉熔化率的变化，供风设备的风量应有30%左右的储备量。

4）低能耗、低噪声，满足节能环保的要求。

2.3.1.2 冲天炉常用鼓风机

1.常用鼓风机的类型、结构及特性

冲天炉常用鼓风机按其工作原理可分为两大类，即离心式和容积回转式。结构形式有以下几种：

（1）通用高压离心式鼓风机这种鼓风机有结构简单、造价低，工作可靠、效率高，性能曲线平坦、高效区宽广等特点，但风压偏低、风量随送风阻力的变化而变化，电耗和噪声较大，目前多用在中小型冲天炉上。

此种鼓风机的主要型号、规格及性能指标见表2-21、表2-22。

表2-21 9-19系列鼓风机型号、规格及主要性能指标

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表2-22 9-26系列风机型号、规格及主要性能指标

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（2）高压离心式鼓风机此类鼓风机是为冶金行业配套生产的鼓风机，其特点是输出风压高、风量较大、工作稳定可靠，可供中小型冲天炉选用。其结构如图2-48所示；型号、规格及主要性能指标见表2-23。

表2-23 高压离心式鼓风机型号、规格及主要性能指标

图2-48 高压离心式鼓风机结构简图

1—机壳 2—叶轮 3—轴承座 4—主轴 5—联轴器

（3）冲天炉专用离心式鼓风机这类鼓风机是根据我国冲天炉的特点和要求而设计的配套鼓风机。通过提高叶轮转速或增大叶轮直径来提高风机输出风压；按冲天炉要求的风量设计叶轮的宽度；采用后倾式叶片减小鼓风机输出风压变化引起的风量改变，从而使鼓风机的性能能够满足冲天炉的要求。这类鼓风机具有风压高、风量适中、结构简单、耗电少及噪声低等特点，适用于炉料细碎、焦炭块度不匀、有效高度偏高、风口比小等送风阻力较大的工艺条件或中小型热风冲天炉。

冲天炉专用HTD系列离心式鼓风机分为单级和多级两种。其中HTD系列单级离心式鼓风机外形及结构如图2-49所示，技术参数见表2-24，特性曲线如图2-50所示。

图3-49 冲天炉专用单级离心式鼓风机外形图

表2-24 HTD系列离心式鼓风机性能参数表

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图2-50 冲天炉专用HTD型单级离心式鼓风机特性曲线

1—HTD12-11 2—HTD20-11 3—HTD35-11 4—HTD50-11 5—HTD50-12 6—HTD80-11 7—HTD85-12

HTD系列离心式鼓风机风压不能满足要求时，则可以选用C系列多级离心风机。C系列多级离心风机的型号、规格及主要性能指标见表2-25。

表2-25 多级离心式鼓风机型号、规格及主要性能指标

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（4）罗茨式鼓风机罗茨式鼓风机属于定容式鼓风机，是容积回转式鼓风机的一种，具有结构复杂、维护要求高、动力消耗较大、噪声高等不足之处，但其输出风压高、风量稳定，能较好地适应冲天炉送风阻力较大、易出现波动的特点，因此被广泛用于冲天炉。

罗茨式鼓风机有两叶转子和三叶转子结构。两叶转子罗茨式鼓风机的结构如图2-51所示。D系列多级离心风机的型号、规格及主要性能指标见表2-26。

图2-51 罗茨式鼓风机工作原理示意

表2-26 D系列罗茨式鼓风机型号、规格及主要性能指标

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（5）叶氏鼓风机叶氏鼓风机是容积回转式鼓风机的一种。其特点与罗茨式风机基本相同。叶氏鼓风机的结构简图如图2-52所示。部分叶氏鼓风机的型号、规格及主要性能指标见表2-27。

2.鼓风机供风特性

冲天炉正常运行时，鼓风机的风量、风压、功率及效率的变化情况，称之为鼓风机向冲天炉供风时的供风特性。由于各类鼓风机的工作原理、结构的不同，其供风特性会有较大差异。

（1）离心式鼓风机的供风特性

1）随供风阻力变化幅度增大，风量的波动范围也增大。

图2-52 叶氏鼓风机结构简图

1—鼓风翼 2—进风口 3—阻风翼 4—从动轴 5—出风口 6—主动轴 7—机壳

表2-27 叶氏鼓风机部分型号、规格及主要性能指标

2）因供风量随冲天炉阻力变化而波动，故鼓风机所消耗的功率也随之波动。如冲天炉阻力增加，供风量将随之减少，功率消耗则随之降低。

3）如果供风量在鼓风机的额定值范围内运行，风量波动不大时，鼓风机的效率变化也不大。若供风量远低于或高于鼓风机的额定值，此时鼓风机的效率极低，这是离心式鼓风机不允许的工作状态。

（2）容积式鼓风机的供风特性

1）当冲天炉阻力变化时，输出的风量基本恒定不变，而输出风压将随之变化。如冲天炉内阻力增加，风机出口压力随之升高，而风量基本恒定或降低很小。

2）当冲天炉阻力变化时，风压随之变化，则鼓风机所消耗的功率也随之变化。如冲天炉阻力增大，风压将随之升高，消耗的功率也随之增大。

3）当冲天炉阻力变化时，则鼓风机的效率也将随之变化。如冲天炉阻力增加，风压随之升高，容积式鼓风机效率则随之降低。

4）容积式鼓风机只能采用放风调节风量，当冲天炉内阻力发生变化时，虽然鼓风机输出的风量保持不变，但送入冲天炉内的风量将随冲天炉内阻力增加而减少。

2.3.1.3 鼓风机的选择

选择鼓风机的条件是冲天炉所需要的最大供风量、供给最大风量时冲天炉送风系统的阻力、冲天炉熔炼过程的要求等，选择的内容是风机的类型、型号和电动机型号。如果使用变频调速技术调节冲天炉风量，则不能选用离心式鼓风机，必须选用容积式鼓风机。

在选择鼓风机时要进行风量、风压及鼓风机功率的计算。

冲天炉风量和风压的计算，是指冲天炉正常熔炼过程实际所需值，但在选择鼓风机时应在此基础上再考虑其他因素，如漏风损失和风量贮备等，最后才能确定选择鼓风机的数据。

（1）风量的计算选择鼓风机时，除保证冲天炉正常熔炼所需的供风量外，还应考虑到送风系统的漏损风量，以及为适应冲天炉强化熔炼和提高熔化率时所需的风量贮备等。通常是按冲天炉正常熔炼所需供风量的实际值增加30%～50%作为选择鼓风机时的依据。

（2）风压的计算风机的输出风压，应在克服送风系统总阻力的同时，满足最大送风量时风口的风速要求。送风系统的总阻力包括构成送风通道各个区段的局部阻力和沿程阻力，可参照流体力学逐项计算。

风压计算十分复杂，计算的精确度也不够高，故在实际设计中，多按经验值选取，可参考表2-28。当采用密筋炉胆时，鼓风机输出风压应提高1～2kPa。

表2-28 冲天炉风箱和鼓风机输出风压数据

（3）鼓风机功率的计算鼓风机所消耗的功率，取决于鼓风机输出的风压、风量、空气效率和机械传动效率。其关系为

式中 N_轴——鼓风机所需的轴功率（kW）；

p——鼓风机输出的风压（kPa）。选择鼓风机时，应以要求鼓风机输出的最大风压（kPa）值为计算值；

Q——鼓风机输出的风量（m³/s）。选择鼓风机时，应以要求鼓风机输出的最大风量（m³/s）值为计算值；

η₁——鼓风机的空气系数。此值决定于鼓风机的类型、结构特点、制造质量等因素。一般离心式鼓风机取0.6～0.8；小型回转式鼓风机取0.5～0.7；大型回转式鼓风机取0.7～0.9。

η₂——机械传动效率。决定于鼓风机的类型、结构特点和传动方式等。离心式鼓风机取0.98；回转式鼓风机取0.95左右。

确定鼓风机的配套电动机时，电动机的功率还应考虑有一定的风量贮备，其大小取决于鼓风机的类型、大小等因素，一般为10%～20%。

2.3.1.4 送风管道的设计

冲天炉风管均为圆形断面，通常用2～8mm钢板制成。设计中注意以下几点：

1）应尽量减少送风阻力。为此风速应控制在10～15m/s范围内，而且应尽量减少风管转弯，断面变化和分支等。按冲天炉熔化率不同，一般风管直径见表2-29所列。

表2-29 冲天炉风管直径

2）鼓风机出口处的风管应有较长的直管段（＞5D），以减少出风阻力；为了安装测量装置并保证其测试数据的精确度，风管中应设置15D（管径）的平直段。

3）结构应简单、牢固，尽量减少漏风损失，安装维修方便。

4）风管布置应满足鼓风机运行、操作和控制的要求。

2.3.1.5 供风设备的维护

1.供风设备维护工作要点

1）保持鼓风机及调节控制装置的完好，出现故障及时维修。

2）经常检查轴承及油箱等部位的润滑情况，及时更换润滑油脂。

3）经常检查供风系统各部分的漏风情况，及时修理、尽量减少漏风。

4）经常检查并定期调试测量装置的可靠性及精确度。

5）严密注意鼓风机的工作状况，发现非正常杂音及发热等现象，应及时处理。

2.鼓风机的故障与检修

表2-30、表2-31分别为离心式鼓风机、回转式鼓风机常见故障，产生原因和防止措施。

表2-30 离心式鼓风机常见故障、原因和防止措施

表2-31 回转式鼓风机常见故障、原因和防止措施