國產(chǎn)高溫高壓汽動鼓風機組在大高爐上的應用實踐

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)高溫高壓汽動鼓風機組在大高爐上的應用實踐

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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高爐配套鼓風站AV100-18汽動鼓風機組采取一系列工藝技術措施優(yōu)化配置，并成功實現(xiàn)國產(chǎn)風機的定風量定風壓運行，投運以來，安全經(jīng)濟，穩(wěn)定可靠，技術優(yōu)勢和經(jīng)濟效益顯著。

國產(chǎn)；高溫高壓；汽動鼓風機組；應用

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站經(jīng)過全面論證，采用兩爐兩機模式，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)電機組，一期上馬1臺汽輪機驅(qū)動的全靜葉可調(diào)AV100-18鼓風機組，預留1臺備用鼓風機組。新上的AV100-18鼓風機組采用杭汽工業(yè)汽輪機和陜鼓軸流壓縮機，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)配套設備，是國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風機組，并成功實現(xiàn)國產(chǎn)風機的定風量定風壓運行，投運以來，安全可靠，效益明顯。

2 工藝技術選擇

2.1 機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多數(shù)采用電動鼓風，電拖鼓風機優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，故障率低，故障點少，啟動時間短；缺點：投資大，運行成本高，富余煤氣需要發(fā)電或其它形式回收利用。汽拖鼓風機優(yōu)點：占地小，投資少，能源轉(zhuǎn)換直接，運行成本低；缺點：啟動和恢復時間長，系統(tǒng)復雜，故障點多，管理要求高。結(jié)合安鋼資金緊張、位置緊張的實際情況，根據(jù)以往2200 m3和2800 m3高爐汽動鼓風積累的經(jīng)驗，我們在大高爐上選擇汽動鼓風機組，該機組是目前國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風機組。國內(nèi)在4000 m3級高爐采用汽動鼓風機組的只有兩座，其中一套機組為梅山鋼鐵全套進口MAN公司的DK100/220R垣AV90-15中溫中壓汽動鼓風機組，汽機進汽參數(shù)：壓力3.43 MPa（a），溫度435益，E點平均風量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高溫高壓汽動鼓風機組，汽機進汽參數(shù)：壓力8.83 MPa（a），溫度535益，E點平均風量7615 m3/min，軸功率為36958 kW，A點平均風量8777 m3/min，軸功率為46081 kW，該機組采用全新設計工藝，機組蒸汽循環(huán)熱效率比中溫中壓機組循環(huán)熱效率高13.6%左右，以目前安鋼能源介質(zhì)定價計算，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)濟意義。首先，它能節(jié)約大量的燃料，熱效率提高1%，每小時即可節(jié)約標準煤200耀250 kg,同時汽耗率也隨之減少，致使設備尺寸和重量減小，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，提高進汽溫度，可以提高朗肯循環(huán)的熱效率。同時從圖中看出，提高進汽溫度，還可以提高排汽的干度，這對汽輪機的工作極為有利。

圖1 朗肯循環(huán)示意圖

在進汽溫度t1和排汽壓力P2保持不變的情況下，提高進汽壓力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。進汽壓力提高后的循環(huán)的進汽壓力為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 提高進汽壓力后的朗肯循環(huán)示意圖

高溫高壓蒸汽拖動風機工藝流程：根據(jù)朗肯循環(huán)定律，高爐煤氣在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒將燃料的化學能轉(zhuǎn)換成熱能，使水加熱變?yōu)檫^熱蒸汽；在汽輪機中蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，拖動汽輪機旋轉(zhuǎn)；并帶動風機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生具有一定壓力能的壓縮空氣向高爐送風。過熱蒸汽在汽輪機內(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)水泵升壓后進入除氧器除氧，再經(jīng)高壓給水泵升壓送至鍋爐進行熱交換，從而形成汽水的密閉循環(huán)。

現(xiàn)代汽輪機中，排汽壓力P2設計值為0.004耀0.005 MPa.其對應的排汽溫度為28.981耀32.90益。中溫中壓和高溫高壓汽輪機排汽壓力P2相同都在0.005 MPa時，兩臺機組蒸汽按朗肯循環(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：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益中溫中壓機組：

3）在P1=8.83 MPa、t1=535益高溫高壓機組：

2.1.2 成本比較

根據(jù)公司目前能源介質(zhì)單價和一年來AV80、AV90和AV100機組實際運行數(shù)據(jù)，中溫中壓和高溫高壓鼓風機組成本比較：

1）P01=3.35 MPa、t01=435益中溫中壓鼓風機組

蒸汽平均成本:140元/t

鼓風平均成本:508元/萬m3

鼓風3.3 t/萬m3

2）P01=8.83 MPa、t01=535益高溫高壓鼓風機組

蒸汽平均成本:150元/t

鼓風平均成本:456元/萬m3

鼓風2.5t/萬m3

3）高溫高壓機組相對中溫中壓機組成本降低：

508-456=52（元/萬m3）

2.2 優(yōu)化回熱給水系統(tǒng)

2.2.1 回熱加熱系統(tǒng)特點

中冶賽迪和杭州汽輪機股份有限公司接受安鋼技術人員工藝要求，在凝結(jié)水回熱加熱系統(tǒng)中，取消了傳統(tǒng)工藝的高壓加熱器，在汽輪機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），設計面積130 m2，二級工作壓力0.432 MPa（a），設計面積180 m2，凝結(jié)水進凝結(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?；責峒訜嵯到y(tǒng)特點:進入汽輪機的蒸汽量分兩部分，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。采用回熱循環(huán)后，將使汽輪機的進汽量增加、排汽量減少，從而有利于汽輪機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的相對內(nèi)效率，進一步提高汽輪機的熱經(jīng)濟性。

2.2.2 疏水系統(tǒng)特點

加熱器疏水水位過高或過低，不僅影響機組的經(jīng)濟性，而且會威脅機組的安全運行。當水位超過正常水位就會產(chǎn)生水擊（當水位接近或超過進汽口時）、減少冷卻面積降低給水溫度等，當水位低於正常水位時就會破壞虹吸現(xiàn)象（當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，自動調(diào)節(jié)加熱器疏水流量，從而達到穩(wěn)定水位的目的。大大地消除設備和管道產(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、液相信號直接進入閥腔,與疏水混合后流經(jīng)特定設計的喉部。當液位上升時，汽相信號減少,因而疏水流量增加；當液位下降時，汽相信號增加，減小了喉部有效通流面積，疏水流量降低，從而達到水位恒定的目的。

2.2.3 操作特點

常規(guī)事故放水閥裝在快放調(diào)節(jié)閥前，開機時需要現(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，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，便于開機時集中控制，節(jié)省人力和時間。

2.3 在國內(nèi)大高爐成功實現(xiàn)國產(chǎn)風機的定風量定風壓自動運行

為減少對高爐爐況的影響，鼓風機組在熱風爐換爐過程中實現(xiàn)定風壓運行，換爐結(jié)束后實現(xiàn)定風量運行。定風壓調(diào)節(jié)的控制風壓以風機排氣側(cè)為準，定風量調(diào)節(jié)的控制風量以風機送風風量為準。（無放風）風機啟機后，采用手動調(diào)節(jié)靜葉，在正常送風后，選擇投切開關，采用定風量自動調(diào)節(jié)。另外，取四個熱風爐充風閥的非閉信號作為熱風爐充風信號（常開信號，充風時閉合）。熱風爐換爐時，熱風爐充風信號閉合，即充風燈變綠，靜葉自動控制切換為定風壓自動調(diào)節(jié)，風壓設定值為切換時的風壓瞬時測量值。熱風爐換爐結(jié)束，熱風爐充風信號斷開后，即充風燈變紅，靜葉控制自動切換為定風量自動調(diào)節(jié)，定風量設定值取定風壓運行前瞬時測量值。熱風爐換爐過程中，即靜葉定風壓運行過程中，當風量波動（相對于切換前的風量）大于450 m3/min或風機故障（停機或安全運行）時，靜葉控制自動切換為手動控制模式，這時風機運行人員應聯(lián)系高爐詢問情況，正常后靜葉控制再選擇自動切換。

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

2.4 單機運行主要技術措施

2.4.1 設計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 關鍵設備和閥門采用進口高質(zhì)量產(chǎn)品，例如fisher調(diào)節(jié)閥和送風閥等，避免影響生產(chǎn)。

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

2.4.4 加強職工培訓，推行標準化作業(yè)，規(guī)范操作程序，避免人為誤操作。

2.4.5 建立多重點檢維護防御體系，杜絕任何人為疏漏。設備點檢維護方面，立足班組崗位點檢，落實具體人員分工，讓運行人員逐步熟悉點檢項目和標準，做好時檢；加強專業(yè)點檢，成立機械液壓、電氣點檢小組，做好日檢和周檢，全面點檢的同時結(jié)合運行點檢信息，強化點檢帶病運行設備，每周把發(fā)現(xiàn)隱患匯總，制定檢修計劃和備件計劃，聯(lián)系檢修隊伍落實“及時適時維護、持續(xù)不斷改進”原則，能夠及時處理的缺陷和隱患見縫插針地及時消除。

3 應用效果

2013年3月14日風機開機，3月19日向高爐送風，3月20日高爐正常出鐵，運行各項指標均達到了設計參數(shù)，同時投入定風量風壓自調(diào)節(jié)，安全經(jīng)濟，穩(wěn)定可靠。

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

本項目一次性投資10000萬元左右，按運行330天、功率按35 MW計算，能源介質(zhì)及原材料等價格參照安鋼企業(yè)內(nèi)部結(jié)算價格確定，考慮煤氣成本，年經(jīng)濟效益為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 高爐休風時間多數(shù)論小時計算，汽動鼓風機組停機須盤車3~5天才能停止，本體和油系統(tǒng)故障消缺不能進行，單臺設備和運行管理無法克服，鼓風系統(tǒng)安全性值得重視，建議抓緊上馬備用風機，建議采用“一機兩拖”的汽動鼓風發(fā)電機組。

4.2 高溫高壓汽動鼓風機組系統(tǒng)復雜，技術和管理要求較高，工藝路線需要結(jié)合單位實際情況科學合理選擇。

[1]李笑樂.工程熱力學(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)于北京科技大學機械工程專業(yè)，工程碩士，高級工程師，現(xiàn)從事高爐鼓風和發(fā)電生產(chǎn)技術管理工作。