２０１７年第２期（总第１３７期） ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴｌ０Ｎ 红ｉｉｌ占 钍 ２０１７年２月 烧结厂环冷机余热利用 循环风机磨损分析 史 军 （北京国冶锐诚工程技术有限公司，北京１０００８３） 摘要：根据河北一钢铁厂１８０ ｍ 烧结机余热利用项目中的循环风机的磨损情况，分析探讨风机磨损原理及影响磨损大 小的因素，并提出了减少磨损的一些技术措施。 关键词：烧结厂；离心风机；除尘风机；磨损；余热利用 中图分类号：ＴＫ０１ 文献标识码： Ａ ‘ 文章编号： ２０９５—０８０２一（２０１７）０２—００７８—０２ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｆａｎ Ｗｅａｒ ｉｎ Ｒｉｎｇ Ｃｏｏｌ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｗａｓｔｅ Ｈｅａｔ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ＳＨｌ Ｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｂｒａｓｉｏｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆａｎ ｉｎ ａ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｎｔ ｉｎ Ｈｅｂｅｉ ｆｏｒ １ ８０ ｍ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｅａｒ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅａｒ，ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｗｅａｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｐｌａｎｔ；ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆａｎ；ｄｕｓｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｆａｎ；ｗｅａｒ ａｎｄ ｔｅａｒ；ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ０引言 离心风机是钢铁厂烧结厂的重要辅助设备，如烧 结段的主抽风机、除尘风机、余热利用的循环风机都 是离心风机。这些风机的工作介质都是烟气，常含有 定量大小不等、形状各异的固体颗粒（ＣａＯ、ＦｅＯ、 燃烧颗粒）。由于这些离心风机是在含尘气流中工作， 气流中的粉尘颗粒既要对离心风机机壳、叶轮产生磨 损，又要在风机叶片上附着积灰，且这种磨损和积灰 一是不均匀的，可能会因使风机转子平衡遭到破坏，机 壳磨穿，叶片磨损变形，引起风机振动，漏风、缩短 风机寿命，严重可使风机不能正常工作，尤其是风机 叶片的磨损最为严重，它不仅破坏了风机内的流动特 性，而且容易引发叶片断裂及飞车等重大事故。因此， 研究风机的磨损机理、采取相应的防磨措施、选择合 理的风机材质对安全经济生产十分必要。 图１磨损位置图 １ ｇ／Ｎｍ－５ ｇ／Ｎｍ。；粒径最大１００ ｕｍ（经验值），约１０％； 调节门阻力矩５ ２４２ Ｎ・ｍ；冷却水量３ ｔ／ｈ；冷却水压力 ０．３ ＭＰａ～０．５ ＭＰａ；配套电机为ＹＫＫ７１０—６—１８００ｋＷ一 １工程实例 河北一钢铁厂１８０ ｍ 烧结机余热利用项目于２０１４ 年１月投产，循环风机为两台。２０１４年１２月使用方反映 蜗壳严重磨损，出现漏风现象。现场观察，磨损主要 部位发生在进风口烟气流转弯进入叶轮处（进风箱）， 靠近叶轮处磨穿。如下图１。 查阅风机随机资料，得到本风机主要参数如下： 型式为双吸、离心、单出、Ｆ式；流量６３０ ０００ ｍ ； 压力６ ５００ Ｐａ；转速９６０ ｒ／ｍｉｎ；效率为８７％；输送介质 为烧结烟气；密度０．８０９ ３ ｋｇ／ｍ。；正常工作温度１３５℃～ １ ５５ ｃＣ；介质含粉尘平均浓度（经验值）２ ０００ ｍｇ／Ｎｍ 、 收稿日期：２０１６—０９—０７ 作者简介：史军，１９７８年生，男，河北张家口人，２００３年毕业于 １０ｋＶ—ＩＰ５４；风机最大起吊重量为８ ０００ ｋｇ（转子组）； 风机最大起吊高度为２．６ ｍ（轴心向上）；电机参考重量 为１４ ５００ ｋｇ；主要材质：叶片、叶轮采用１６Ｍｎ，机壳 采用Ｑ２３５一Ａ，主轴采用３５ＣｒＭｏ。 ２磨损机理分析 烧结厂环冷机余热利用风机为离心风机，其工作 介质为烧结矿的冷却烟气。烟气中含有矿物颗粒、燃 烧颗粒，会对风机形成磨损。其磨损形式通常为冲蚀 磨损和磨粒磨损。尘粒对金属的磨损是由尘粒对金属 的撞击和擦伤两种作用构成，但其先决条件是尘粒在 法向力的作用下被压人金属，并在切向力的作用下使 磨粒推进。在大量尘粒的连续作用下，使之形成一个 塑性的凹坑，这些凹坑将逐渐形成一个塑性变形的薄 层。当尘粒的作用负荷超过塑性变形层的极限强度时， 这一表层即被破坏而掉落，造成磨损。 河北建筑工程学院建筑环境与设备工程专业，工程师。 ・７８・ ２０１７年第２期 史军：烧结厂环冷机余热利用循环风机磨损分析 ２０１７年２月 风机工作时，含尘气流中尘粒与气体分两相流动， 气体从风机人口风箱向出口流动时偏转９０。，由于尘粒 具有动量，质量较大的尘粒进人流道后加速向叶片工 作面与后盘的交界处、叶片工作面流动，也有少量的 尘粒向叶片非工作面流动。粉尘粒子进入叶轮后与壁 面相互作用，在离心流道的进口区域和整个轴向流道 内，基本上是在气流的夹带及自身惯性的综合作用下 以非零攻角碰撞壁面，然后又反弹进人流道内，这样 引起的壁面材料的磨损是典型的冲蚀磨损；而在离心 流道的出口区域内，尘粒在流道内运动了较长一段距 离，大部分和壁面发生过多次碰撞，基本上沿着压力 表面滑动或滚动，并对壁面有一定的压力作用，这样 造成背面材料的磨损属于擦伤式磨粒磨损，更加剧了 尘粒在压力面附近区域的集中。该项目中风机磨损发 生在人口风箱进入风机蜗壳处，气流转弯处，冲蚀磨 损和磨粒磨损是导致磨损的直接主要原因【１］。 ３影响磨损的主要因素 离心风机磨损主要由固粒对机壳及叶片的冲蚀磨 损和固粒在叶片表面运动的擦伤式磨粒磨损组成。离 心力公式： Ｆ＝Ｋｐｄ３１ｚ２／ｒ， （１） 式（１）中，肋离心力，Ｎ；Ｋ为常数；ｐ为密度，ｋｇ／ｍ。；ｄ 为粒径，Ｈｍ；／ｚ为流速，ｍ／ｓ；ｒ为半径，ｍ。 可知尘粒的密度ｐ、流速 、粒径ｄ影响离心力的大 小，硬度、形状、入射角等影响磨损大小。同时风机材 料的物理性能和机械陛能等影响防止磨损的能力大小。 ３．１尘粒 大，磨损反而减少。 ３．４材料 材料硬度分为宏观硬度和表面硬度，耐磨性取决 于材料的表面硬度。一般而言，叶轮材料硬度越高， 则抗冲击能力越强，耐磨性能越好。奥氏体钢比碳钢 和合金钢耐磨。奥氏体组织的高锰钢硬度比碳钢和合 金钢提高了很多。经过热处理后的各种不同成分的钢， 虽然硬度相同，却有不同的耐磨性。如４０钢和１６Ｍｎ热 处理后硬度相近，但１６Ｍｎ比４０钢耐磨性强得多。金属 硬度与磨料硬度的比值（Ｈｍ／Ｈａ）越高，磨损越小，超 过一定值后，磨损迅速下降 。磨损量见下式： ３＝ＫａＨａｚ ， （３） 式（３）中， 为磨损系数；Ｈａ为磨料硬度，ＭＰａ。 随着磨料硬度越高，磨损越大。可见，提高材料的 耐磨性，既要提高材料硬度，也要选用合适的材料。该 项目实例中风机叶片、叶轮采用Ｑ３４５（１６Ｍｎ），机壳采 用Ｑ２３５一Ａ。风机机壳磨穿检修时，尚未发现叶轮及其 它部位有磨损。 ４整改措施 根据影响风机材料耐磨性的各因素，相应采取措 施，减轻磨损。 ４．１设除尘系统 烟气中的粉尘颗粒是导致风机磨损的根源，设置 相关材料表面尘粒在２０ ｍ～２００ ｍ时，材料磨 损率随粒径增大而增大。烧结粉尘粒径在５０ ｍ以上的 约占２０％￣Ｊ，粒径５０ ｍ以下的占８０％，粒径１０ ｍ ２０ ｍ的占２５％，粒径２０ ｍ～３０ ｍ的占１５％；多角形磨 粒冲蚀远大于圆状粒子，甚至低硬度的多角形磨粒冲 蚀比高硬度的圆状粒子大；尘粒硬度越高冲蚀越大； 磨损量与气体的含尘浓度成正比，粉尘浓度越大，单 位时间内固体颗粒撞击叶轮叶片壁面次数和频率越高， 磨蚀越严重；磨损量与气体运动速度的成正比，速度 越大，尘粒的离心力和动能越大，冲击越大，磨损越 严重。 ３．２转速 除尘设备、提高除尘设备效率、降低粉尘浓度是防止 风机磨损最有效的方法。在除尘系统中，一般应将通 风机安装在除尘设备之后运行，以保证离心风机叶轮 在净化后的气流中工作，消除磨损条件。在条件允许 的情况下，应尽量采用效率高的除尘设备，提高气体 的净化程度。对于除尘设备，还要根据其结构特点， 定期维护和检修，确保其正常的工作条件。 在该项目中，风机前设置有除尘系统，除尘器采 用重力沉降式，除尘效率５０％。实践证明，这个除尘器 效率太低，型式不适合。由于此风机为循环风机，烟 气回用，不外排到环境中去，若同时采用布袋除尘器 会增加系统阻力，增加工程造价。建议此除尘器采用 沉降式适当增加沉降面积，或采用旋风除尘器。 ４．２转速 离心风机的磨损受其转速的影响较大，转速越高， 磨损越严重。在满足系统流量、压力要求的前提下， 选择低比转数的风机，可降低风机转速以减轻磨损。 该项目中风机转速９６０ ｒ／ｍｉｎ，若降速至７４０ ｄｍｉｎ，由 于电机及风机增大，风机成本增加约２５％，对成本影响 较大，故设计采用了转速９６０ ｒ／ｍｉｎ。 ４＿３冲角 可以和风机厂共同优化风机设计，入口风箱可考虑 增加导流叶片，更改冲角大小，以最大程度减少磨损。 ４．４材料 ａ１采用硬度更高更耐磨的材料作为风机材料，增 （下转１ １８页） ・材料磨损与风机转速的关系式嘲： ６＝ＫＡｎ ， （２） 式（２）中， 为磨损量，ｍｍ／ｈ；Ｋ为磨损系数，实验值；Ａ 为含尘量，ｋｇ／ｍ ；凡为转速，ｆｆｍｉｎ。 由此可见风机的磨损受其转速的影响较大，转速越 高，磨损越严重。在满足系统流量、压力要求的前提下， 选择低比转数的风机，可降低风机转速以减轻磨损。 ３．３冲角 磨粒以一定角度冲击风机机壳、叶片，其磨损随 冲角的增大而增大，在２０。一３０。时达到最大，继续增 ７９・ ２０１７年第２期 ２农村水环境污染治理策略 ２．１ 好氧生物治理技术在农村水环境污染中的应用 ；夏与 钍 ２０１７年２月 由于农村水环境污染现象不断加重，好氧生物治 理技术在农村水环境污染治理中的应用已经得到普及。 在好氧生物技术的应用过程中，由于治污工艺比较多， 并且每一种工艺都有各自的优缺点，所以在工艺的选 择上应该结合农村水环境污染情况，选择一个最为合 适的治污方式。针对水环境污染的生物治理方式就是 通过各种设备将０。注入到水中，培养水中的各类微生物 及菌类，然后再通过水中的微生物和菌类物质将污水 中的有机物进行分解，使其变成水或ＣＯ 等物质，其中 少部分的污染物质可以合成细胞供微生物生长利用， 最后剩下的就只有污泥了，只要将污泥清理出去就完成 了对水治污处理。这种新型的生物治污方法与传统的水 环境治理方法相比，不仅占地面积比较小，而且具有较 强的抗干扰能力，并且对于地点的选择范围也比较广 泛，因此这种生物技术方法具有较高的治污效率。但是 利用这种有氧生物技术治理水环境污染运营成本比较 高，因此在应用时应该结合实际情况综合考虑。 ２．２人工湿地治理技术在农村水环境污染中的应用 在一些农村地区，其附近有较多荒地、沼泽或废 弃池塘，因此在对水环境治理过程中可以充分利用这 些地方，建设起有效的人工湿地治理系统。针对农村 水环境污染的治理可以分为自然环境治理系统与人工 治理系统。在农村水环境治理过程中，运用人工湿地 治理技术不仅具有治理工艺和设备简单的特点，而且 对于其管理方面及运营成本方面的要求都是比较低， 通过这种治污方法可以有效提高农村水质，并使其处 于一种稳定、良好的发展状态下。但是这种治污技术 的最大缺点就是需要占用较多的土地面积，并且表面 径流具有较大的臭味，如果一旦对其处理不好，可能 ＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０●ｏ●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●０会对空气环境造成污染［２１。 ２．３ 生物塘治理技术在农村水环境污染中的应用 生物塘治理技术就是利用天然净化的能力对污水 进行治理的构筑物，其对水的净化过程与天然水体的 净化过程是非常相似。对于稳定塘的建设，在一般情 况下首先是修整相关土地，然后施工建设稳定塘，而 且稳定塘周围还要修建一些防护建筑设施，从而利用 稳定塘的微生物对污水进行有效治理，其中菌藻是治 理污水中最重要的有机物。利用这种技术对农村水环 境实施治污处理的主要优点有＿３＿：ａ）治污处理的费用比 较低；ｂ）可以有效清除污水中的各种污染物和病原体， 并且不会产生任何污泥；ｃ）治理方法比较简单。 ３结语 中国目前的水污染现象已经非常严重，不仅影响 人们的正常生产，而且对人们的身体健康造成了巨大 危害。面对这种状况，作为中国的环保机构应该及时 做出有效处理，从而有效改善水质。目前尽管有较多 的治污技术，但是不同治污技术之间会有不同特点， 因此在对污水治理技术的选择过程中，相关人员应该 根据当地实际情况做出最好的选择。为了可以让农村 重新拥有一个健康的生活环境，并且使农村经济稳定、 持续发展，作为社会中的一员，我们都应该为其做出 份努力，从而有效推动中国农村环保事业健康发展。 一参考文献： ［１］陈艳．农村水环境污染现状及其治理对策探讨［Ｊ］．资源节 约与环保，２０１３（１１）：１７０． ［２］ 吕月珍，孔朝阳．浙江海岛渔农村水环境污染现状及治理保护 对策探析——以舟山六横岛为例［Ｊ］．海洋开发与管理，２０１２， ２９（９）：６６—６９． ［３］张黎，王莉，范启娟，等．农村水环境污染现状及治理对策 ［Ｊ］．建筑工程技术与设计，２０１４（３０）：９５５． （责任编辑：唐文艳） ●０●０●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●－＜＞●０●＜＞●０●＜＞●＜＞●＜＞●◇●＜＞●＜＞● ●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●＜＞●（＞●＜＞●＜＞●０（上接７９页） 加其耐磨性。在该项目整改中，更换进气箱，材料采 用Ｑ３４５替换之前的Ｑ２３５，提高其耐磨性。更换至今， 效果较好，未发现磨损。在此类项目，风机设计时， 要根据工作介质选择合适的部件材料，笔者认为此风 机外壳、叶片材料选用不得低于Ｑ３４５； ｂ）在易磨损区加防磨衬板或堆焊耐磨层，同样可 防止磨损。一般可在工作面、非工作面、叶片头易磨 损区加１６Ｍｎ低合金衬板，还可在衬板上堆焊耐磨层来 提高其耐磨性能。非工作面磨损很小，．仅加衬板即可。 ５结语 如在此类工作介质为烧结烟气含大量颗粒物，需针对 磨损影响因素考虑以下措施：前置效率较高的除尘器， 降低含尘量；采用较低的转速；采用耐磨材料；扩大 进气向截面积，降低介质流速；入口风箱增加导流片； 在易磨损区加防磨衬板或堆焊耐磨层。在以上因素中 配合成本分析，可采用一种或几种组合达到防磨或减 少磨损目的。 参考文献： ［１］刘爱军．矿井风机叶片磨损机理与抗磨技术研究进展［Ｊ］．中 国安全科学学报，２００８，１８（１１）：１６９—１７６． ［２］张惠宁．烧结设计手册［Ｍ］．北京： 台金工业出版社，１９９０． ［３］ 陈大泉．引风机叶片磨损的分析［Ｊ］．四川电力技术，１９９７（３）： ６８—７３． 在该项目实例中，被磨穿风机整体更换了进气箱， 材质由Ｑ２３５更换为Ｑ３４５。更换后，未发现磨损，满足 使用要求。项目实施过程中，采用后期整改方式满足 性能需求，显然会造成设备浪费和停产损失。在设计 之初就应该针对影响风机磨损的因素采用相应的方法。 ・［４］何奖爱，王玉伟．材料磨损与耐磨材料［Ｍ］．沈阳：东北大学出 版社．２００１． （责任编辑：季鑫） １１ ８・