高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)效率提升及節(jié)電潛力探討?

朱紅兵 林奕逸 郁鴻凌

（1.上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司；3.上海理工大學(xué)）

高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)效率提升及節(jié)電潛力探討?

朱紅兵1林奕逸2郁鴻凌3

（1.上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司；3.上海理工大學(xué)）

從高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的幾個(gè)主要子系統(tǒng)入手，著重剖析了鼓風(fēng)除塵過(guò)濾系統(tǒng)、鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)以及送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，針對(duì)自潔式過(guò)濾器和管路送風(fēng)系統(tǒng)的阻力進(jìn)行了計(jì)算分析，從理論上對(duì)能量損耗進(jìn)行了計(jì)算分析，并以此為依據(jù)，提出可行的優(yōu)化和改造方案：針對(duì)空氣除塵過(guò)濾系統(tǒng)，提出反吹間隔時(shí)間的最佳值，可有效延長(zhǎng)濾筒使用壽命，降低風(fēng)機(jī)電耗。針對(duì)制冷脫濕系統(tǒng)，提出冷凝水回收再利用節(jié)能措施；針對(duì)送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)，指出降低機(jī)前鼓風(fēng)阻力損失是降低整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵，提出在現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)中加裝旁通管路，每年為鼓風(fēng)站節(jié)約45萬(wàn)余度電，節(jié)省電費(fèi)約27萬(wàn)元。

高爐鼓風(fēng)，鼓風(fēng)機(jī)，節(jié)能，效率潛力，鼓風(fēng)除塵過(guò)濾系統(tǒng)，鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)，送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

0 引言

大、中型高爐所用的鼓風(fēng)機(jī)中，大多采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)。近年來(lái)隨著電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，高爐鼓風(fēng)機(jī)一般都采用大容量同步電動(dòng)軸流式壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)的電氣設(shè)備較多，耗電量大，但相比較汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式投資較少[1]。以某大型鋼鐵公司高爐鼓風(fēng)站的數(shù)據(jù)為例，該高爐鼓風(fēng)站由5臺(tái)全靜葉可調(diào)軸流式高爐鼓風(fēng)機(jī)組成，并由5臺(tái)功率為48MW的同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行模式采用4用1備，擔(dān)負(fù)著向全廠4座高爐全年連續(xù)送風(fēng)的重任，整個(gè)鼓風(fēng)機(jī)站的電能消耗約為每年11億度，約占到整個(gè)廠區(qū)總電耗的10%。根據(jù)某年運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，5臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)耗電量為11.38億度，而鼓風(fēng)機(jī)站總耗電量為11.64億度，占總耗電量的97.7%以上，可見(jiàn)鼓風(fēng)機(jī)的耗電量巨大[2]。

高爐鼓風(fēng)機(jī)站所消耗的能源由數(shù)個(gè)輔助子系統(tǒng)組成，包括：鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)、鼓風(fēng)富氧系統(tǒng)、鼓風(fēng)除塵過(guò)濾系統(tǒng)以及送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)等，這些輔助子系統(tǒng)的運(yùn)行狀況直接影響到鼓風(fēng)機(jī)組的整體運(yùn)行效率，對(duì)高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)能耗有較大的影響。這些因素包括：鼓風(fēng)機(jī)本體的運(yùn)行效率、除塵過(guò)濾及脫濕系統(tǒng)的阻力損失、脫濕效率以及管網(wǎng)輸送阻力損失等。

對(duì)于高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)效率方面的分析研究，大部分是針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量過(guò)大，出現(xiàn)放風(fēng)，造成能量損失進(jìn)行改造；或者是針對(duì)高爐鼓風(fēng)機(jī)的防喘振控制策略進(jìn)行研究。尤其是戚學(xué)鋒等人進(jìn)行了高爐鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的尋優(yōu)控制方法的研究，并在包頭鋼鐵公司進(jìn)行了應(yīng)用，該方法的原理是在已獲得鼓風(fēng)機(jī)特性曲線的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)機(jī)的效率—流量曲線，通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和靜葉角度，使風(fēng)機(jī)能運(yùn)行在具有較高運(yùn)行效率和適宜的喘振裕度的工作點(diǎn)上[3]。但該法僅是針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備本體，并未涉及到對(duì)周邊子系統(tǒng)的分析和研究。而目前針對(duì)提高整個(gè)高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和節(jié)電潛力的研究是鼓風(fēng)站節(jié)能降耗的一個(gè)重要研究課題。以某大型鋼鐵公司高爐鼓風(fēng)站的數(shù)據(jù)為例，如果能夠提高鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)效率0.05個(gè)百分點(diǎn)，按照該鼓風(fēng)機(jī)站年耗電量11億度計(jì)算，則每年可以節(jié)電約50萬(wàn)度，按企業(yè)用電0.6元/度計(jì)算，則一年僅在鼓風(fēng)機(jī)站就可以節(jié)省電費(fèi)約30萬(wàn)元。

1 鼓風(fēng)系統(tǒng)效率影響因素分析

從以下兩個(gè)方面闡述影響高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效率的因素：

第一，結(jié)合高爐煉鐵工藝要求對(duì)除塵過(guò)濾系統(tǒng)、制冷脫濕系統(tǒng)、管網(wǎng)送風(fēng)系統(tǒng)等重要輔助系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行狀況分析，找出影響各自能耗的因素，提出節(jié)能運(yùn)行建議。

第二，對(duì)影響鼓風(fēng)機(jī)主機(jī)運(yùn)行效率的因素，如過(guò)濾系統(tǒng)的阻力損失、管網(wǎng)阻力損失等問(wèn)題進(jìn)行分析研究，并提出調(diào)整改進(jìn)措施，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

典型的高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)流程圖Fig.1 The blast furnace blower system flow chart

1.1 鼓風(fēng)除塵過(guò)濾系統(tǒng)

1.1.1 自潔式空氣過(guò)濾器應(yīng)用

高爐鼓風(fēng)進(jìn)口端過(guò)濾器主要采用自潔式空氣過(guò)濾器，過(guò)濾元件為剛性濾筒?？諝馔ㄟ^(guò)粗濾筒過(guò)濾后，經(jīng)由自潔式過(guò)濾器進(jìn)行細(xì)過(guò)濾得到潔凈空氣，當(dāng)濾筒內(nèi)外壓力差值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)反吹系統(tǒng)，進(jìn)行濾筒自潔清理。

高爐鼓風(fēng)過(guò)濾器也有采用布袋式除塵過(guò)濾器的，過(guò)濾元件為細(xì)長(zhǎng)的口袋。由于具有除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、平時(shí)維護(hù)量小的特點(diǎn)，該類(lèi)型過(guò)濾器得到迅速推廣和應(yīng)用。我公司是國(guó)內(nèi)高爐鼓風(fēng)機(jī)首家使用布袋式空氣過(guò)濾器的用戶(hù)，除塵效果良好，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行近二十年，鼓風(fēng)機(jī)葉片磨損較少。但由于自潔式過(guò)濾器的除塵性能更加優(yōu)越，安裝維護(hù)更加簡(jiǎn)便（表1），我公司在4年內(nèi)在5#鼓風(fēng)機(jī)、3#鼓風(fēng)機(jī)、1#、2#鼓風(fēng)機(jī)及4#鼓風(fēng)機(jī)上將布袋過(guò)濾器更換為自潔式空氣過(guò)濾器。

表1 布袋式過(guò)濾器與自潔式過(guò)濾器性能比較Tab.1 Cloth bag filter and the self-cleaning filter performance comparison

自潔式空氣過(guò)濾器是由鼓風(fēng)機(jī)抽吸形成負(fù)壓，過(guò)濾器吸入周?chē)諝猓?jīng)由粗濾筒將空氣中懸浮較大物體進(jìn)行粗過(guò)濾，空氣中的粉塵在經(jīng)過(guò)濾芯時(shí)，由于粉塵重力作用或靜電作用以及顆粒碰撞接觸作用被阻留在濾筒外，潔凈空氣經(jīng)過(guò)文氏管加速后，由出口管送出，見(jiàn)圖2。

圖2 自潔式空氣過(guò)濾器自動(dòng)反吹過(guò)濾系統(tǒng)工作原理圖[4]Fig.2 Self-cleaning air filter automatically reverse filtration system working principle diagram

1.1.2 空氣除塵過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)鼓風(fēng)效率的影響

高爐鼓風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪或葉片，對(duì)吸入空氣中的飄塵十分敏感，粉塵(直徑≥4μm)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的磨損是影響設(shè)備長(zhǎng)期正常運(yùn)行的主要原因之一。鋼鐵企業(yè)的空氣中主要成分為粉塵顆粒，大氣中所含的粗糙礦物塵粒及各種氣體的混合物對(duì)鼓風(fēng)機(jī)有以下危害：

1）對(duì)于前幾級(jí)葉片，粉塵附著于葉片表面，容易對(duì)葉片造成點(diǎn)狀腐蝕；

2）后幾級(jí)葉片，空氣溫度升高，粉塵難于附著于葉片表面，而是隨氣流對(duì)葉片造成沖刷磨損；

3）由于上述因素影響，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量降低，喘振線下移，有效運(yùn)行范圍縮小，風(fēng)機(jī)效率降低，甚至被迫停機(jī)檢修；

4）因自潔式除塵器運(yùn)行阻力上升，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)發(fā)生偏移，風(fēng)機(jī)消耗功率隨之增加。

我公司大型軸流式鼓風(fēng)機(jī)揭缸檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)葉（第一級(jí)）磨損厲害，原因是自潔式濾筒過(guò)濾器過(guò)濾顆粒直徑較大。因此，在鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前配備有效的空氣過(guò)濾器是很有必要的。

高爐鼓風(fēng)機(jī)對(duì)空氣過(guò)濾器的基本要求有：除塵效率高，在當(dāng)?shù)卮髿夂瑝m量的情況下能滿(mǎn)足高爐鼓風(fēng)機(jī)對(duì)粉塵含量的要求，同時(shí)流動(dòng)阻力盡量小，此外還應(yīng)考慮鼓風(fēng)機(jī)周邊空氣不被嚴(yán)重污染，以及在低溫天氣或者空氣濕度較大時(shí)，不會(huì)發(fā)生結(jié)冰或積灰等堵塞問(wèn)題[5]。

一般自潔式過(guò)濾器濾筒初始?jí)毫Σ顬?00～300Pa，但當(dāng)濾筒壓差持續(xù)保持在1 200Pa以上時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)電耗增大，需更換濾筒，一般濾筒使用壽命為2年。

圖3 自潔式過(guò)濾器濾筒一個(gè)更換周期壓差變化趨勢(shì)圖Fig.3 Self-cleaning air filter tube pressure difference change trend in one cycle

隨著鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間增加，濾筒的過(guò)濾能力將逐步下降，濾筒附著的灰塵也逐漸難以清除，即使反吹系統(tǒng)一直在運(yùn)行，濾筒的內(nèi)外壓差逐漸上升，引起過(guò)濾器阻力上升，使得風(fēng)機(jī)耗電量增加。

1.1.3 空氣除塵過(guò)濾系統(tǒng)的節(jié)能措施

1.1.3.1 實(shí)時(shí)控制反吹間隔時(shí)間

自潔式過(guò)濾器設(shè)置的反吹周期是當(dāng)濾筒壓力差小于600Pa時(shí)，每30s反吹一次；壓力差大于600Pa時(shí)，每15s反吹一次，一次反吹2組濾筒。如果縮短反吹間隔時(shí)間，濾筒壓力差將會(huì)迅速下降。由于反吹間隔時(shí)間縮短，壓力差增長(zhǎng)速度放緩。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，濾筒壓差由582Pa至608Pa，反吹間隔時(shí)間為30s時(shí)，需要24h；若將反吹間隔時(shí)間修改為15s，當(dāng)濾筒壓差達(dá)到608Pa，需要52h，即延長(zhǎng)濾筒使用壽命28h。

圖4 反吹間隔時(shí)間對(duì)壓力差影響程度示意圖Fig.4 Filter tube pressure difference change trend under counter blowing interval time

1.1.3.2 人工吹掃與風(fēng)機(jī)耗電量的關(guān)系分析

考慮到陰雨天氣，導(dǎo)致大氣濕度增加，嚴(yán)重影響自潔式空氣過(guò)濾器的自潔效果，針對(duì)還未使用到兩年濾筒壓差卻大于1 200Pa的濾筒而言，可考慮采用人工吹掃方法對(duì)其進(jìn)行拆卸清掃。為不影響鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，人工清掃采用的是不停機(jī)清掃，即每次只拆卸一組濾筒，其余濾筒正常運(yùn)行，清掃完畢后，拆卸另一組濾筒繼續(xù)清掃[6]。

根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，濾筒阻力（進(jìn)出口壓力差）每增加100Pa，在提供相同的鼓風(fēng)風(fēng)量的前提下，鼓風(fēng)機(jī)有功功率要增加22kW，由此可得出人工清掃一次節(jié)約電耗為

式中，ΔI為人工清掃后鼓風(fēng)機(jī)節(jié)約電量，kW·h；ΔP為人工清掃后濾筒運(yùn)行阻力下降值，Pa；T為人工清掃后濾筒在允許壓差下的運(yùn)行周期，h。

由于濾筒運(yùn)行阻力隨著運(yùn)行時(shí)間而逐步上升，運(yùn)行阻力上升趨勢(shì)以及有效運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短與環(huán)境條件有密切關(guān)系，因此，上述計(jì)算出的節(jié)電量與實(shí)際狀況略有差異。

1.1.3.2 濾筒材料選用

空氣過(guò)濾器的濾筒材料：①透氣性能好，以保證濾芯的流動(dòng)阻力??；②濾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且有一定剛性強(qiáng)度，即能承受吸氣時(shí)外部的壓力，又能承受反吹時(shí)的沖擊力；③濾筒材料孔隙度適當(dāng)，濾清效率高，不易侵灰，以保證過(guò)濾效率和精度。

1.2 鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)[7]

高爐除濕鼓風(fēng)作為一項(xiàng)煉鐵界所公認(rèn)的節(jié)能技術(shù)，其不僅能有效減少高爐能量消耗，又有利于高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。

鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)和脫濕系統(tǒng)兩部分組成。一般采用在鼓風(fēng)機(jī)吸入管側(cè)裝置冷卻器、利用大型冷凍機(jī)冷卻介質(zhì)、再由介質(zhì)冷卻空氣的間接冷凍脫濕的方法?？諝饨?jīng)過(guò)冷卻器冷卻后使空氣溫度下降，從而脫去空氣中的濕分，低溫低濕的空氣進(jìn)入高爐鼓風(fēng)機(jī)。產(chǎn)生了以下直接經(jīng)濟(jì)效益和間接經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.1 高爐順行增產(chǎn)效益

高爐除濕鼓風(fēng)后，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口的空氣密度提高，根據(jù)鋼鐵行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在相同風(fēng)量的情況下，鼓風(fēng)含濕量每降低1g/Nm3，高爐煉鐵產(chǎn)量能夠增加0.1%～0.5%。

1.2.2 降低綜合焦比

高爐鼓風(fēng)除濕后，加熱需要的燃料減少,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知,含濕量每降低1g/Nm3，可降低綜合焦比0.8kg/t鐵；同時(shí)每噸鐵水可多噴煤粉量1.7kg/t鐵，按煤代焦置換系數(shù)0.8計(jì)算，每噸鐵水可以減少焦炭用量1.36kg/t鐵。

1.2.3 節(jié)約鼓風(fēng)機(jī)能耗

高爐除濕鼓風(fēng)后，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口的空氣密度提高,在高爐產(chǎn)量相同的情況下，可減少鼓風(fēng)風(fēng)量使其能耗下降，平均節(jié)能5%～10%。雖然除濕系統(tǒng)需要增加部分能耗，但其增加值小于鼓風(fēng)能耗的下降值。

1.2.4 脫濕冷凝水回收再利用

由于制冷脫濕系統(tǒng)是保證高爐鼓風(fēng)送風(fēng)濕度的主要輔機(jī)設(shè)備，同時(shí)也是所有的輔機(jī)中所占能耗比重最大的設(shè)備，因此針對(duì)制冷脫濕系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)提出節(jié)能措施，可以進(jìn)一步減少鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的系統(tǒng)整體能耗。

根據(jù)制冷脫濕系統(tǒng)的冷凍機(jī)和脫濕器的運(yùn)行狀況分析，以及制冷脫濕系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，提出一個(gè)脫濕冷凝水回收再利用主要的節(jié)能措施。

高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)采用的脫濕方法大多是冷凝脫濕，每年每臺(tái)脫濕器在脫濕期內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生大量10℃左右的低溫冷凝水。在夏季高溫氣候條件下，如果將這些冷凝水收集起來(lái)，用于辦公室房間空調(diào)制冷，可以達(dá)到良好的節(jié)能效果。

以我公司高爐鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)為例，在7月份的脫濕期間，平均每小時(shí)可產(chǎn)生22.56噸、溫度為10℃的冷凝水，接近了冷水機(jī)組冷水供水溫度值，可以作為冷凍水用。冷凍水供、回水設(shè)計(jì)溫差設(shè)定為5℃。按照《熱工手冊(cè)》上夏季房間冷負(fù)荷概算值，辦公室內(nèi)區(qū)的冷負(fù)荷在95W/m2，因此，可以計(jì)算出高爐鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)每日產(chǎn)生的冷凝水冷量，在完全利用的條件下，能否滿(mǎn)足辦公室空間內(nèi)的冷量需求。

式中，A為達(dá)到冷負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)的辦公面積，m2；Q冷為每小時(shí)冷凝水的冷量，W；q冷負(fù)荷為夏季辦公室內(nèi)區(qū)冷負(fù)荷，W/m2；C冷為水的熱比容，J/kg.℃；qm為脫濕系統(tǒng)每小時(shí)產(chǎn)生的冷凝水量，kg/h；△t為冷凍水供回水溫差，℃。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以得出高爐鼓風(fēng)脫濕系統(tǒng)在脫濕期間，每小時(shí)產(chǎn)生的冷凝水冷量對(duì)應(yīng)設(shè)定的夏季辦公室內(nèi)區(qū)的冷負(fù)荷值，可以供應(yīng)1 385.26m2的區(qū)域使用，因此，高爐鼓風(fēng)制冷脫濕系統(tǒng)的冷凝水回收再利用，可以作為高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)一個(gè)有效的節(jié)能措施。

1.3 送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

高爐鼓風(fēng)機(jī)單體送風(fēng)流程系統(tǒng)的組成主要有空氣過(guò)濾器、脫濕器、制冷機(jī)、富氧混合器、鼓風(fēng)機(jī)等，并配風(fēng)道的閥門(mén)附件，如逆止閥、防阻塞閥、吐出閥、送風(fēng)切換閥等，同時(shí)為了滿(mǎn)足工藝和設(shè)備保護(hù)要求，旁路上配有防風(fēng)閥門(mén)和急速減壓閥等附件，鼓風(fēng)機(jī)單體送風(fēng)流程如圖5所示。

圖5 鼓風(fēng)機(jī)單體送風(fēng)流程簡(jiǎn)圖Fig.5 Blower blast process

1.3.1 送風(fēng)流程能耗阻力分析

鼓風(fēng)機(jī)在輸送空氣的過(guò)程中，必須要保證足夠的出口風(fēng)壓來(lái)克服送風(fēng)系統(tǒng)阻力損失、高爐爐料阻力損失，并且提供一定的高爐爐頂壓力值。這些阻力直接影響鼓風(fēng)機(jī)的能耗，因此，降低系統(tǒng)的阻力損失以減少鼓風(fēng)機(jī)能耗具有實(shí)質(zhì)性作用。

圖6 第一管段管網(wǎng)布置圖Fig.6 The pipe network arrangement of first pipe section

鼓風(fēng)機(jī)單體送風(fēng)流程管網(wǎng)布置較為簡(jiǎn)單，由于鼓風(fēng)風(fēng)量相當(dāng)大，所以引起的風(fēng)壓阻力損失不容忽視。如果鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的流動(dòng)阻力增大，將直接導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)負(fù)壓升高，鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際工況點(diǎn)向非正常工況區(qū)域(喘振區(qū)域)偏移，鼓風(fēng)機(jī)效率下降，造成電動(dòng)機(jī)能耗增加。

為了保證鼓風(fēng)送風(fēng)的穩(wěn)定性，一般要求在輸送管網(wǎng)中產(chǎn)生相對(duì)較小的阻力損失，其包括沿程阻力損失和局部阻力損失兩部分。沿程阻力主要與管道長(zhǎng)度和材料以及管道走向有關(guān)，局部阻力則與管網(wǎng)上的部件和裝置有關(guān)，如：管道的變徑、閥門(mén)、彎頭等[8]。

根據(jù)送風(fēng)管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，計(jì)算管網(wǎng)阻力損失時(shí)將送風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)分成兩段進(jìn)行分析研究。

第一管段：過(guò)濾器進(jìn)口到鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口

第二管段：鼓風(fēng)機(jī)出口到送風(fēng)切換閥出口

由于鼓風(fēng)采用的是機(jī)前富氧的方式，對(duì)吸入的空氣進(jìn)行加氧處理的，因此送風(fēng)量在富氧混合器前后的風(fēng)量將有所變化，又以富氧混合器為界將第一管段分成A和B兩段分別進(jìn)行阻力計(jì)算。同時(shí)根據(jù)富氧混合器的構(gòu)造以及空氣富氧的方式，可以認(rèn)為富氧混合器所造成的壓力損失忽略不計(jì)。

圖7 第二管段管網(wǎng)布置圖Fig.7 The pipe network arrangement of second pipe section

表2 脫濕期第一管段阻力損失計(jì)算匯總表Tab.2 Resistance losses of first pipe section at dehumidifying period

實(shí)際管網(wǎng)阻力損失△p=101 820-98 970=2 850Pa，理論阻力損失與實(shí)際阻力損失相差534.6Pa，實(shí)際值比理論值高出23%。

表3 脫濕期第二管段阻力損失計(jì)算匯總表Tab.3 Resistance losses of second pipe section at dehumidifying period

實(shí)際管網(wǎng)阻力損失△p=444 080-437 070=7 010Pa，理論阻力損失與實(shí)際阻力損失相差120.6Pa，實(shí)際值比理論值高出1.75%。

表4 非脫濕期第一管段阻力損失計(jì)算匯總表Tab.4 Resistance losses of first pipe section at Non-dehumidifying period

實(shí)際管網(wǎng)阻力損失△p=1032900-1010 056=228 4.4 Pa，理論阻力損失與實(shí)際阻力損失相差784.0Pa，實(shí)際值比理論值高出52.2%。

表5 非脫濕期第二管段阻力損失計(jì)算匯總表Tab.5 Resistance losses of second pipe section at Non-dehumidifying period

實(shí)際管網(wǎng)阻力損失△p=441 712-435 090=6 622，理論阻力損失與實(shí)際阻力損失相差62Pa，實(shí)際值比理論值高出0.95%。

通過(guò)以上計(jì)算，將脫濕期和非脫濕期計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表6。

表6 管網(wǎng)阻力匯總表Tab.6 Pipe network losses

從表6計(jì)算結(jié)果可以明顯看出以下幾點(diǎn)：

a.脫濕期的管網(wǎng)阻力損失要大于非脫濕期的管網(wǎng)阻力損失。

b.第一管段阻力計(jì)算理論值與實(shí)際阻力損失之間偏差大。根據(jù)該管段的特點(diǎn)，空氣依次經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器、脫濕器、富氧混合器然后到達(dá)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處，中間還有管道彎頭、閥門(mén)附件等，氣體在這段經(jīng)過(guò)的設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，影響氣體阻力損失的因素也增多，因此，造成這段管道局部阻力損失較大。另外，在理論計(jì)算過(guò)程中，忽略了富氧混合器對(duì)阻力損失的影響，同時(shí)也忽略了管道氣體的泄漏對(duì)阻力計(jì)算的影響。

c.第二管段的阻力損失理論計(jì)算值與實(shí)際阻力損失值相差不大，考慮到計(jì)算誤差以及忽略氣體的泄漏等問(wèn)題，可以基本上認(rèn)為第二管段實(shí)際阻力損失是屬于正常的管道阻力損失。

d.目前使用的過(guò)濾脫濕一體化裝置，其過(guò)濾器和脫濕器還是分開(kāi)的，只是安裝在同一個(gè)密閉的空間內(nèi)，因此，過(guò)濾器和脫濕器之間的過(guò)渡段仍然存在一定的局部阻力損失，另外，一體化裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力損失大。這些都使理論計(jì)算值偏小，進(jìn)而造成與實(shí)際阻力損失值之間偏差增大。

1.3.2 送風(fēng)管網(wǎng)節(jié)能措施

在上述計(jì)算結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)在整個(gè)管網(wǎng)阻力損失中脫濕器和空氣過(guò)濾器所造成的局部阻力損失約占第一管段總損失的70%。對(duì)這兩部分的基本構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是降低整個(gè)管網(wǎng)阻力損失的關(guān)鍵[9]。

對(duì)于一般裝有脫濕裝置的高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)而言，鼓風(fēng)機(jī)全年向高爐送風(fēng)可以分為脫濕期和非脫濕期兩個(gè)階段。一般高爐鼓風(fēng)脫濕期為4～11月份，其他月份由于空氣濕度低，不需要進(jìn)行脫濕處理。但是在實(shí)際的鼓風(fēng)操作中，非脫濕期的空氣仍然通過(guò)脫濕器，這樣會(huì)造成很大的局部阻力損失，增加了鼓風(fēng)機(jī)的耗電量。因此，可以在非脫濕期更改空氣輸送路徑，通過(guò)安裝旁通管道，使空氣繞過(guò)脫濕器，這樣可以減少脫濕器造成的約1 000Pa的局部阻力損失。如圖8所示。

圖8 鼓風(fēng)系統(tǒng)流程節(jié)能改造圖Fig.8 Energy-saving reconstruction technological process for blast furnace blowing system

對(duì)現(xiàn)有管路系統(tǒng)進(jìn)行改造，加裝旁通管路?？諝饫@過(guò)脫濕器，從旁通管道流向富氧混合器，在這段旁通管道上，空氣流動(dòng)的阻力損失主要是閥門(mén)和兩個(gè)彎頭引起的局部阻力損失，沿程阻力損失很小。根據(jù)往年2月份的平均數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出，這段管路造成的阻力損失約為132Pa，而空氣經(jīng)過(guò)脫濕器所造成的局部阻力損失為851Pa，相差719Pa。根據(jù)高爐鼓風(fēng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)吸入壓力每降低100Pa，在輸送相同的鼓風(fēng)量的前提下，有功功率平均下降22kW計(jì)，則以700Pa的阻力損失計(jì)算，功率消耗下降值為154kW。若以單臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)在非脫濕期內(nèi)（按4個(gè)月算）全天連續(xù)運(yùn)行計(jì)算，則可以減少鼓風(fēng)機(jī)耗電量約45萬(wàn)kW·h，節(jié)省電費(fèi)（按0.6元/kW·h計(jì)算）約為27萬(wàn)元。因此，在現(xiàn)有送風(fēng)管道中，加裝一個(gè)旁通管路，在非脫濕期將旁通閥門(mén)打開(kāi)，用擋板關(guān)閉空氣過(guò)濾器和脫濕器之間的流通空間，讓過(guò)濾后的空氣直接從旁通管路流向富氧混合器，以減少鼓風(fēng)機(jī)能耗，這個(gè)節(jié)能改造措施是經(jīng)濟(jì)可行的。

2 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高爐鼓風(fēng)輔機(jī)系統(tǒng)（主要針對(duì)自潔式過(guò)濾器、鼓風(fēng)脫濕裝置）以及管路送風(fēng)系統(tǒng)阻力的計(jì)算分析，從理論上對(duì)能量的損耗進(jìn)行推理和計(jì)算，尋找出流程上耗能大和能量損失大的因子，并以此為依據(jù)，進(jìn)行理論上的優(yōu)化，為進(jìn)一步挖掘高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能潛力，提出可行的優(yōu)化和改造方案。相關(guān)結(jié)論如下：

1）空氣除塵過(guò)濾系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)除塵過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，并且對(duì)比反吹間隔時(shí)間與濾筒使用壽命和單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)電耗的關(guān)系，提出反吹間隔時(shí)間的最佳值，即濾筒壓力差小于600Pa時(shí)，反吹間隔時(shí)間為14s，濾筒壓力差大于600Pa時(shí)，反吹間隔時(shí)間為5s。同時(shí)可采用人工清掃濾筒的方式來(lái)延長(zhǎng)濾筒使用壽命。

2）制冷脫濕系統(tǒng)：針對(duì)冷凝脫濕特性，提出冷凝水回收再利用的節(jié)能措施。經(jīng)計(jì)算分析可得，夏季脫濕器每天每小時(shí)共產(chǎn)生10℃冷水約為22.56t，若用于夏季空調(diào)制冷可供約1 300m2的辦公室內(nèi)區(qū)使用。

3）鼓風(fēng)機(jī)單體送風(fēng)流程系統(tǒng)：通過(guò)管網(wǎng)阻力計(jì)算，可以得出鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前管網(wǎng)阻力損失偏大，機(jī)后的阻力損失在理論計(jì)算范圍之內(nèi)，因此對(duì)于降低機(jī)前鼓風(fēng)阻力損失是降低整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵，提出在現(xiàn)有管網(wǎng)系統(tǒng)中加裝旁通管路的節(jié)能改造措施，可以為鼓風(fēng)站每年節(jié)電約45萬(wàn)kW·h，節(jié)省電費(fèi)約為27萬(wàn)元。

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[2]陳君明，胡傳斌.寶鋼煉鐵節(jié)能降耗的生產(chǎn)實(shí)踐與展望[J].中國(guó)冶金，2003(3)：12-16.

[3]戚學(xué)鋒，樊丁.高爐鼓風(fēng)機(jī)尋優(yōu)控制方法及實(shí)現(xiàn)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2002（6）：30-33.

[4]尚恩清.兩種空氣過(guò)濾器的性能比較及改進(jìn)措施[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2011(2)：74-78.

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[8]付祥釗.流體輸配管網(wǎng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[9]周乃如，朱鳳德.氣力輸送原理與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1981.

Increasing the Efficiency and the Power Saving Potential of Blast Furnace Blowers

Hong-bing Zhu1Yi-yi Lin2Hong-ling Yu3
（1.Shanghai Baosteel Energy Saving Technology Co.Ltd；2.Baoshan Steel&Iron Co.Ltd；3.University of Shanghai for Science and Technology）

The subsystem of a blast furnace blower including the air dust removal and filtration system,cooling and dehumidification system,and air supply piping network is analyzed.The flow resistance of the self-cleaning air filter and pipe air supply system is determined and the energy loss of the blast furnace system is analyzed.With an optimization method the best counter blowing time intervals are determined for an extended lifetime of the filter tube and reduction of the power consumption of the fan in the air dust removal and filtration system.In the refrigeration and dehumidification system,the recycling of the condensation water is introduced.The reduction of the resistance loss for the blower system is an important method to reduce the energy consumption for the air supply pipe network system.Installing a bypass line in the pipe network system can save electricity consumption of about 450 000 kW·h corresponding to a value of 270 000 RMB.

blast furnace,blower,energy saving,efficiency potential,air dust removal and filtration system,cooling and dehumidification system,air supply pipe network system

TH452；TK05

1006-8155-(2017)05-0058-08

A

10.16492/j.fjjs.2017.05.0010

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資金支持（課題號(hào)：2016YFB0601402）

2017-04-12 上海 201900