國產(chǎn)高溫高壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組在大高爐上的應(yīng)用實(shí)踐

王慶豐,劉 偉,馬忠民

（安陽鋼鐵股份有限公司動力廠,河南安陽455004）

國產(chǎn)高溫高壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組在大高爐上的應(yīng)用實(shí)踐

熱電

王慶豐,劉 偉,馬忠民

（安陽鋼鐵股份有限公司動力廠,河南安陽455004）

【摘 要】

安鋼3

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高爐配套鼓風(fēng)站AV100-18汽動鼓風(fēng)機(jī)組采取一系列工藝技術(shù)措施優(yōu)化配置，并成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機(jī)的定風(fēng)量定風(fēng)壓運(yùn)行，投運(yùn)以來，安全經(jīng)濟(jì)，穩(wěn)定可靠，技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

國產(chǎn)；高溫高壓；汽動鼓風(fēng)機(jī)組；應(yīng)用

1 概述

安鋼公司在2009年決定啟動鐵前配套系列工程，作為大高爐配套的鼓風(fēng)站經(jīng)過全面論證，采用兩爐兩機(jī)模式，站內(nèi)配置2臺240 t/h高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐，1臺60 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，一期上馬1臺汽輪機(jī)驅(qū)動的全靜葉可調(diào)AV100-18鼓風(fēng)機(jī)組，預(yù)留1臺備用鼓風(fēng)機(jī)組。新上的AV100-18鼓風(fēng)機(jī)組采用杭汽工業(yè)汽輪機(jī)和陜鼓軸流壓縮機(jī)，高溫高壓蒸汽驅(qū)動，在國內(nèi)同等級高爐首次采用國產(chǎn)配套設(shè)備，是國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風(fēng)機(jī)組，并成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機(jī)的定風(fēng)量定風(fēng)壓運(yùn)行，投運(yùn)以來，安全可靠，效益明顯。

2 工藝技術(shù)選擇

2.1 機(jī)組采用高溫高壓蒸汽驅(qū)動

鋼鐵企業(yè)同等級或以上高爐鼓風(fēng)多數(shù)采用電動鼓風(fēng)，電拖鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡單，故障率低，故障點(diǎn)少，啟動時(shí)間短；缺點(diǎn)：投資大，運(yùn)行成本高，富余煤氣需要發(fā)電或其它形式回收利用。汽拖鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：占地小，投資少，能源轉(zhuǎn)換直接，運(yùn)行成本低；缺點(diǎn)：啟動和恢復(fù)時(shí)間長，系統(tǒng)復(fù)雜，故障點(diǎn)多，管理要求高。結(jié)合安鋼資金緊張、位置緊張的實(shí)際情況，根據(jù)以往2200 m3和2800 m3高爐汽動鼓風(fēng)積累的經(jīng)驗(yàn)，我們在大高爐上選擇汽動鼓風(fēng)機(jī)組，該機(jī)組是目前國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風(fēng)機(jī)組。國內(nèi)在4000 m3級高爐采用汽動鼓風(fēng)機(jī)組的只有兩座，其中一套機(jī)組為梅山鋼鐵全套進(jìn)口MAN公司的DK100/220R垣AV90-15中溫中壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組，汽機(jī)進(jìn)汽參數(shù)：壓力3.43 MPa（a），溫度435益，E點(diǎn)平均風(fēng)量7100 m3/min，軸功率為35799 kW，另外一套就是目前安鋼在用的國內(nèi)最大的HNK63/90/ 120垣AV100-18高溫高壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組，汽機(jī)進(jìn)汽參數(shù)：壓力8.83 MPa（a），溫度535益，E點(diǎn)平均風(fēng)量7615 m3/min，軸功率為36958 kW，A點(diǎn)平均風(fēng)量8777 m3/min，軸功率為46081 kW，該機(jī)組采用全新設(shè)計(jì)工藝，機(jī)組蒸汽循環(huán)熱效率比中溫中壓機(jī)組循環(huán)熱效率高13.6%左右，以目前安鋼能源介質(zhì)定價(jià)計(jì)算，成本降低率為10.24%。高溫高壓蒸汽驅(qū)動效率和成本分析如下：

2.1.1 高溫高壓蒸汽驅(qū)動效率分析

蒸汽循環(huán)熱效率的提高具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。首先，它能節(jié)約大量的燃料，熱效率提高1%，每小時(shí)即可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤200耀250 kg,同時(shí)汽耗率也隨之減少，致使設(shè)備尺寸和重量減小，金屬消耗量減少，制造成本降低。

熱效率的公式ηt=h1-h2/h1-h2憶,熱效率ηt由h1h2和h2憶三個(gè)數(shù)據(jù)決定。新蒸汽的焓h1由其壓力P1和溫度t1決定，飽和水的焓h2憶由膨脹終了的壓力P2(即凝汽器中的壓力)決定，參數(shù)P1、t1、P2又決定著絕熱膨脹終了的焓h2，因此熱效率ηt完全由參數(shù)P1、t1、P2來決定。

在進(jìn)汽壓力P1和排汽壓力P2保持不變的情況下，提高蒸汽初溫t1可以提高循環(huán)熱效率。

如圖1所示朗肯循環(huán)1-2-3-4-5-6-1，其進(jìn)汽溫度為t1（即循環(huán)的上限溫度），平均放熱溫度T1,平均吸熱溫度為T2。若進(jìn)汽溫度由t1提高到t1憶，則形成另一朗肯循環(huán)1憶-2憶-3-4-5-6-1憶，該循環(huán)的進(jìn)汽溫度為t1憶，平均放熱溫度,平均吸熱溫度為。由于吸熱的上限溫度提高（t1憶﹥t1），平均吸熱溫度提高（T1憶﹥T1），平均放熱溫度又未改變（T2=T2憶），故新循環(huán)比原循環(huán)具有更高的熱效率。由此可見，提高進(jìn)汽溫度，可以提高朗肯循環(huán)的熱效率。同時(shí)從圖中看出，提高進(jìn)汽溫度，還可以提高排汽的干度，這對汽輪機(jī)的工作極為有利。

圖1 朗肯循環(huán)示意圖

在進(jìn)汽溫度t1和排汽壓力P2保持不變的情況下，提高進(jìn)汽壓力P1也可以提高循環(huán)熱效率。

如圖2所示朗肯循環(huán)1-2-3-4-5-6-1，其進(jìn)汽壓力為P1，平均吸熱溫度為T1,平均放熱溫度T2。若將該循環(huán)的進(jìn)汽壓力由P1提高到P1憶，則形成另一朗肯循環(huán)1憶-2憶-3-4憶-5憶-6憶-1憶。進(jìn)汽壓力提高后的循環(huán)的進(jìn)汽壓力為P1憶，平均放熱溫度T2憶,平均吸熱溫度為T1憶。提高后進(jìn)汽壓力，循環(huán)的上限溫度t1和下限溫度T2未改變，主要是蒸發(fā)段5-6的蒸汽溫度（即飽和溫度）提高了，平均吸熱溫度由T1提高T1憶（T1憶﹥T1）。因而循環(huán)熱效率提高。

由此得出，在排汽壓力P2保持不變的情況下，提高蒸汽的初參數(shù)P1、t1可以大幅度地提高朗肯循環(huán)熱效率。

圖2 提高進(jìn)汽壓力后的朗肯循環(huán)示意圖

高溫高壓蒸汽拖動風(fēng)機(jī)工藝流程：根據(jù)朗肯循環(huán)定律，高爐煤氣在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能，使水加熱變?yōu)檫^熱蒸汽；在汽輪機(jī)中蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，拖動汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)；并帶動風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生具有一定壓力能的壓縮空氣向高爐送風(fēng)。過熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹作功后變成濕蒸汽，濕蒸汽向循環(huán)冷卻水放熱，凝結(jié)成為凝結(jié)水（飽和水），并經(jīng)凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入除氧器除氧，再經(jīng)高壓給水泵升壓送至鍋爐進(jìn)行熱交換，從而形成汽水的密閉循環(huán)。

現(xiàn)代汽輪機(jī)中，排汽壓力P2設(shè)計(jì)值為0.004耀0.005 MPa.其對應(yīng)的排汽溫度為28.981耀32.90益。中溫中壓和高溫高壓汽輪機(jī)排汽壓力P2相同都在0.005 MPa時(shí)，兩臺機(jī)組蒸汽按朗肯循環(huán)工作，其熱效率的比較：

1）根據(jù)P01=3.35 MPa、t01=435益由未飽和水與過熱水蒸汽表查得：h01=3305.8kJ/kg S01=6.9818 kJ/ (kg.K)；P1=8.83 MPa、t1=535益由未飽和水與過熱水蒸汽表查得：h1=3476.64 kJ/kg S1=6.7813 kJ/(kg. K)；由飽和水蒸汽表查出P2=0.005 MPa時(shí)：t2=32.90益、h2憶=137.77 kJ/kg、h2義=2561.2 kJ/kg、S2憶=0.4762kJ/ (kg.K)、S2義=8.3952 kJ/(kg.K)。

2）在P01=3.35 MPa、t01=435益中溫中壓機(jī)組：

3）在P1=8.83 MPa、t1=535益高溫高壓機(jī)組：

2.1.2 成本比較

根據(jù)公司目前能源介質(zhì)單價(jià)和一年來AV80、AV90和AV100機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，中溫中壓和高溫高壓鼓風(fēng)機(jī)組成本比較：

1）P01=3.35 MPa、t01=435益中溫中壓鼓風(fēng)機(jī)組

蒸汽平均成本:140元/t

鼓風(fēng)平均成本:508元/萬m3

鼓風(fēng)3.3 t/萬m3

2）P01=8.83 MPa、t01=535益高溫高壓鼓風(fēng)機(jī)組

蒸汽平均成本:150元/t

鼓風(fēng)平均成本:456元/萬m3

鼓風(fēng)2.5t/萬m3

3）高溫高壓機(jī)組相對中溫中壓機(jī)組成本降低：

508-456=52（元/萬m3）

2.2 優(yōu)化回?zé)峤o水系統(tǒng)

2.2.1 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)特點(diǎn)

中冶賽迪和杭州汽輪機(jī)股份有限公司接受安鋼技術(shù)人員工藝要求，在凝結(jié)水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)工藝的高壓加熱器，在汽輪機(jī)首次采用一級抽汽兩級加熱系統(tǒng)，一級工作壓力0.085 MPa（a），設(shè)計(jì)面積130 m2，二級工作壓力0.432 MPa（a），設(shè)計(jì)面積180 m2，凝結(jié)水進(jìn)凝結(jié)水泵升壓經(jīng)2臺低壓加熱器加熱至120~130益送至除氧器?；?zé)峒訜嵯到y(tǒng)特點(diǎn):進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽量分兩部分，一部分蒸汽量經(jīng)基本的循環(huán)過程，從初態(tài)的蒸汽壓力、焓值一直膨脹做功到終態(tài)蒸汽壓力、焓值；另一部分蒸汽量從初態(tài)膨脹做功到相應(yīng)的中間參數(shù)（蒸汽壓力、焓值），然后抽到低壓加熱器去加熱給水。采用回?zé)嵫h(huán)后，將使汽輪機(jī)的進(jìn)汽量增加、排汽量減少，從而有利于汽輪機(jī)高壓部分效率的提高和末級余速損失的減少，在一定程度上提高汽輪機(jī)的相對內(nèi)效率，進(jìn)一步提高汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性。

2.2.2 疏水系統(tǒng)特點(diǎn)

加熱器疏水水位過高或過低，不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且會威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。當(dāng)水位超過正常水位就會產(chǎn)生水擊（當(dāng)水位接近或超過進(jìn)汽口時(shí)）、減少冷卻面積降低給水溫度等，當(dāng)水位低於正常水位時(shí)就會破壞虹吸現(xiàn)象（當(dāng)水位降到低於吸水口）會造成蒸汽泄漏產(chǎn)生熱損失、疏水冷卻段進(jìn)口處和疏水冷卻段內(nèi)產(chǎn)生沖蝕使管子損壞等。以前采用的疏水調(diào)節(jié)器是浮球式（具體結(jié)構(gòu)類似衛(wèi)生間中的抽水馬桶的進(jìn)水閥）它由浮球、杠桿和閥門所組成，這種疏水器雖結(jié)構(gòu)簡單但容易卡澀、浮球破裂等，因而造成加熱器水位失控。

為此,我們在汽輪機(jī)低壓加熱器疏水系統(tǒng)采用兩相流水位控制裝置。汽液兩相流疏水器基於“汽液兩相流”原理，摒棄了傳統(tǒng)浮球式液位控制疏水器的缺點(diǎn)，自動調(diào)節(jié)加熱器疏水流量，從而達(dá)到穩(wěn)定水位的目的。大大地消除設(shè)備和管道產(chǎn)生汽蝕和振動。工作系統(tǒng)見圖3。

圖3 自調(diào)節(jié)液位控制裝置工作系統(tǒng)圖

如圖3示意，疏水由閥體的入口進(jìn)入閥腔,相變管根據(jù)加熱器液位高低采集汽相、液相信號直接進(jìn)入閥腔,與疏水混合后流經(jīng)特定設(shè)計(jì)的喉部。當(dāng)液位上升時(shí)，汽相信號減少,因而疏水流量增加；當(dāng)液位下降時(shí)，汽相信號增加，減小了喉部有效通流面積，疏水流量降低，從而達(dá)到水位恒定的目的。

2.2.3 操作特點(diǎn)

常規(guī)事故放水閥裝在快放調(diào)節(jié)閥前，開機(jī)時(shí)需要現(xiàn)場派人操作，開度靠手動控制調(diào)整凝汽器液位，很不穩(wěn)定，并且精度不高，人力浪費(fèi)，現(xiàn)場變更凝結(jié)水事故放水接口位置在快放調(diào)節(jié)閥后，便于開機(jī)時(shí)集中控制，節(jié)省人力和時(shí)間。

2.3 在國內(nèi)大高爐成功實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機(jī)的定風(fēng)量定風(fēng)壓自動運(yùn)行

為減少對高爐爐況的影響，鼓風(fēng)機(jī)組在熱風(fēng)爐換爐過程中實(shí)現(xiàn)定風(fēng)壓運(yùn)行，換爐結(jié)束后實(shí)現(xiàn)定風(fēng)量運(yùn)行。定風(fēng)壓調(diào)節(jié)的控制風(fēng)壓以風(fēng)機(jī)排氣側(cè)為準(zhǔn)，定風(fēng)量調(diào)節(jié)的控制風(fēng)量以風(fēng)機(jī)送風(fēng)風(fēng)量為準(zhǔn)。（無放風(fēng)）風(fēng)機(jī)啟機(jī)后，采用手動調(diào)節(jié)靜葉，在正常送風(fēng)后，選擇投切開關(guān)，采用定風(fēng)量自動調(diào)節(jié)。另外，取四個(gè)熱風(fēng)爐充風(fēng)閥的非閉信號作為熱風(fēng)爐充風(fēng)信號（常開信號，充風(fēng)時(shí)閉合）。熱風(fēng)爐換爐時(shí)，熱風(fēng)爐充風(fēng)信號閉合，即充風(fēng)燈變綠，靜葉自動控制切換為定風(fēng)壓自動調(diào)節(jié)，風(fēng)壓設(shè)定值為切換時(shí)的風(fēng)壓瞬時(shí)測量值。熱風(fēng)爐換爐結(jié)束，熱風(fēng)爐充風(fēng)信號斷開后，即充風(fēng)燈變紅，靜葉控制自動切換為定風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，定風(fēng)量設(shè)定值取定風(fēng)壓運(yùn)行前瞬時(shí)測量值。熱風(fēng)爐換爐過程中，即靜葉定風(fēng)壓運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)量波動（相對于切換前的風(fēng)量）大于450 m3/min或風(fēng)機(jī)故障（停機(jī)或安全運(yùn)行）時(shí)，靜葉控制自動切換為手動控制模式，這時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行人員應(yīng)聯(lián)系高爐詢問情況，正常后靜葉控制再選擇自動切換。

采用自動充風(fēng)后，風(fēng)量變化規(guī)律性強(qiáng)，高爐爐況穩(wěn)定，鐵水質(zhì)量較高。

2.4 單機(jī)運(yùn)行主要技術(shù)措施

2.4.1 設(shè)計(jì)取消故障率高的軸頭主油泵，采用2臺高壓電動油泵，一開一備，聯(lián)鎖控制。

2.4.2 關(guān)鍵設(shè)備和閥門采用進(jìn)口高質(zhì)量產(chǎn)品，例如fisher調(diào)節(jié)閥和送風(fēng)閥等，避免影響生產(chǎn)。

2.4.3 優(yōu)化聯(lián)鎖停機(jī)、撥風(fēng)條件，減少控制系統(tǒng)假信號誤動作停機(jī)，保證正常撥風(fēng)。

2.4.4 加強(qiáng)職工培訓(xùn)，推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，規(guī)范操作程序，避免人為誤操作。

2.4.5 建立多重點(diǎn)檢維護(hù)防御體系，杜絕任何人為疏漏。設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)方面，立足班組崗位點(diǎn)檢，落實(shí)具體人員分工，讓運(yùn)行人員逐步熟悉點(diǎn)檢項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)，做好時(shí)檢；加強(qiáng)專業(yè)點(diǎn)檢，成立機(jī)械液壓、電氣點(diǎn)檢小組，做好日檢和周檢，全面點(diǎn)檢的同時(shí)結(jié)合運(yùn)行點(diǎn)檢信息，強(qiáng)化點(diǎn)檢帶病運(yùn)行設(shè)備，每周把發(fā)現(xiàn)隱患匯總，制定檢修計(jì)劃和備件計(jì)劃，聯(lián)系檢修隊(duì)伍落實(shí)“及時(shí)適時(shí)維護(hù)、持續(xù)不斷改進(jìn)”原則，能夠及時(shí)處理的缺陷和隱患見縫插針地及時(shí)消除。

3 應(yīng)用效果

2013年3月14日風(fēng)機(jī)開機(jī)，3月19日向高爐送風(fēng)，3月20日高爐正常出鐵，運(yùn)行各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)投入定風(fēng)量風(fēng)壓自調(diào)節(jié)，安全經(jīng)濟(jì)，穩(wěn)定可靠。

本項(xiàng)目的AV100-18高溫高壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組，采用目前的工藝配置，可利用12~13萬m3/h高爐煤氣，相當(dāng)于發(fā)電負(fù)荷35 MW，正常生產(chǎn)不僅減少煤氣放散量、節(jié)約二次能源，相對于電動鼓風(fēng)而言，還可直接減少公司外購電量，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益可觀。符合公司實(shí)際情況，真正實(shí)現(xiàn)了低成本運(yùn)行。

本項(xiàng)目一次性投資10000萬元左右，按運(yùn)行330天、功率按35 MW計(jì)算，能源介質(zhì)及原材料等價(jià)格參照安鋼企業(yè)內(nèi)部結(jié)算價(jià)格確定，考慮煤氣成本，年經(jīng)濟(jì)效益為2564萬元，投資回收期為3.9年左右。不考慮煤氣成本，年經(jīng)濟(jì)效益為14444萬元，投資回收期為8.3月左右。

4 討論

4.1 高爐休風(fēng)時(shí)間多數(shù)論小時(shí)計(jì)算，汽動鼓風(fēng)機(jī)組停機(jī)須盤車3~5天才能停止，本體和油系統(tǒng)故障消缺不能進(jìn)行，單臺設(shè)備和運(yùn)行管理無法克服，鼓風(fēng)系統(tǒng)安全性值得重視，建議抓緊上馬備用風(fēng)機(jī)，建議采用“一機(jī)兩拖”的汽動鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組。

4.2 高溫高壓汽動鼓風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)和管理要求較高，工藝路線需要結(jié)合單位實(shí)際情況科學(xué)合理選擇。

[1]李笑樂.工程熱力學(xué)(第2版).北京：水利電力出版社出版，1993.

App lication of Home-made High-tem perature High-pressure Steam-driven Blower in Large Blast Furnaces

WANG Qingfeng,LIU Wei,MA Zhongmin
(The Power Supply Plant of Anyang Iron and Steel Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455004,China)

The AV100-18 steam-driven blower unit for the No.3 blast furnace of Anyang Steel adopted series of technological measures to optimize process resources and suc原cessfully achieved fixed-volume and fixed-pressure operation of home-made blast blower, which has operated safely,stably and reliably,showing significant technical and economic ad原vantages.

home-made;high-temperature high-pressure;steam-driven blower unit;appli原cation

TH44

B

1006-6764（2014）04-0030-04

2013-11-19

王慶豐（1973-），1995年畢業(yè)于北京科技大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，工程碩士，高級工程師，現(xiàn)從事高爐鼓風(fēng)和發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)管理工作。