新?lián)徜? 號高爐鼓風機運行狀況分析

王建同，付 江

（1.中冶京誠工程技術有限公司，北京100176；2.撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧113001）

0 引言

高爐鼓風機是高爐生產(chǎn)的一個主要設備，其作用是向高爐送風，以提供高爐中燃料燃燒所需的氧氣；同時還要提供一定的送風壓力以克服全部送風系統(tǒng)的阻損，最終保證高爐維持一定的爐頂壓力。因此，對高爐鼓風機進行科學選型以保證高爐正常生產(chǎn)，是高爐公輔設計中的一個重要的內(nèi)容，如果風機選型不當，對高爐的正常生產(chǎn)以及對鼓風機自身都會帶來較大的影響。

撫順新鋼鐵有限責任公司（下稱新?lián)徜摚? 號高爐于2005 年建成投產(chǎn)，公稱爐容450 m3，配置了陜西鼓風機廠制造的AV45-12 軸流風機。但自高爐投產(chǎn)以后，隨著高爐生產(chǎn)情況的調(diào)整以及強化程度的提高，發(fā)現(xiàn)該風機經(jīng)常性的自動跳閘放風，導致操作人員不得不對風機持續(xù)進行放風操作，以避免出現(xiàn)風機頻繁跳閘的情況。本文介紹了新?lián)徜? 號高爐及風機實際運行情況，對引起風機自動跳閘放風的原因進行了分析。通過將3 號高爐實際需要風機運行工況與風機原設計工況點比對，發(fā)現(xiàn)了該風機異常運行的原因，并提出了改造方案。

1 新?lián)徜? 號高爐及風機實際運行情況

關于新?lián)徜? 號高爐及其配套風機，經(jīng)現(xiàn)場搜集設備資料和實際調(diào)查高爐生產(chǎn)狀況，獲得了鋼3號高爐相關數(shù)據(jù)。3 號高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表1 所示，風機參數(shù)如表2 所示。3 號高爐風機計算機實際監(jiān)控畫面如圖1 所示。根據(jù)搜集風機設備資料數(shù)據(jù)及現(xiàn)場風機監(jiān)控畫面顯示數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)下述情況：

圖1 3 號高爐風機控制畫面

表1 3 號高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表2 3 號高爐風機參數(shù)

（1）風機選型時確定的主要工況運行參數(shù)（銘牌參數(shù)） 為：風機出口壓力～300 KPa，風量～1 774 Nm3/min。

（2）從3 號高爐風機計算機監(jiān)控畫面上可以看到，目前的高爐鼓風機運行工況點（放風狀態(tài)下）距離報警線、防喘振線都非常近。

2 高爐風機異常運行狀態(tài)原因分析

2.1 高爐實際需要風機運行參數(shù)理論計算

根據(jù)現(xiàn)在3 號高爐日產(chǎn)量1 800 噸鐵水要求，以及目前的燃料比（540 kg/t，其中噴煤155 kg/t）、爐頂壓力（165 kPa）、全壓差（114 kPa）等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以對適合目前高爐生產(chǎn)條件的風機進行理論選型。

（1）所需風機出口壓力計算。根據(jù)公式：鼓風機出口所需壓力=爐頂壓力+爐內(nèi)料柱阻損+送風管路系統(tǒng)的阻力損失[1]，其中送風管路系統(tǒng)阻損根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)可以確定為38 kPa。所以，3 號高爐風機出口壓力可以計算出結果約為320 kPa（相對壓力）。

（2）所需風機風量計算。根據(jù)公式：不富氧入爐風量=高爐日產(chǎn)鐵水量×噸鐵耗風量，其中噸鐵耗風量，根據(jù)現(xiàn)有高爐燃料比可以取值為1 310 Nm3/t，則不富氧時的入爐風量計算結果為1 640 Nm3/min；又根據(jù)富氧時的入爐風量計算公式：富氧入爐風量=不富氧入爐風量×富氧折算系數(shù)，其中富氧折算系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有的富氧量（4 800 Nm3/h）經(jīng)計算可取值為0.82，則富氧時的入爐風量計算結果為～1 350 Nm3/min。

依據(jù)上述計算，目前3 號高爐實際需要的風機運行參數(shù)理論計算數(shù)據(jù)應為：風機出口壓力～320 kPa，風機出口風量～1 380 Nm3/min（含30 Nm3/min的管路漏風損失）。

2.2 風機異常運行狀況分析

通過上述計算可以看出，風機原設計工況點與實際需要的工況點相比，原設計工況點處于目前風機運行工況點的右下側，距離喘振報警線和防喘振線比較遠，不易發(fā)生風機跳閘現(xiàn)象，此時風機可以安全穩(wěn)定運行，也不用放風。

由于撫順新鋼鐵3 號高爐原始設計資料遺失，我們沒有找到高爐初始設計時的設計生產(chǎn)指標，故假定高爐設計指標與風機銘牌指標一致。那么可以看到目前高爐的運行狀況相比初始設計指標有兩處明顯的不同：一是高爐實際所需入爐風量偏低，特別是在采取高富氧的強化措施之后，這更導致高爐風機出口風量降低；二是更高的頂壓操作導致風機出口壓力增大。這兩個生產(chǎn)條件的變化就會導致風機實際運行工況點會向左上方移動，處于超過報警線，并且非常接近防喘振線的位置，所以一旦高爐送風系統(tǒng)有微小的工況波動，風機運行點就可能就會越過防喘振線，引起風機跳閘。因此實際操作中，風機操作人員不得不在維持風機出口壓力的同時，加大風機出口風量（但又不能鼓入爐內(nèi)），以向右移動風機工況點遠離喘振報警線和防喘振線。

綜上所述，3 號高爐風機需要持續(xù)放風以維持風機正常運轉的原因，這就是風機選型時預定的高爐生產(chǎn)狀況與高爐實際的生產(chǎn)狀況差別較大所導致。

3 高爐操作擬采取應對措施的分析

根據(jù)上述分析，為保證3 號高爐風機安全穩(wěn)定運行，目前可以考慮以下的應對處理措施：

（1）提高風機出口風壓和風機出口壓力限制，主要通過風機返廠增加1 級葉片實現(xiàn)；

（2）降低高爐爐頂壓力；

（3）維持目前狀態(tài)，風機放風運行。

這三種措施也會帶來不同問題：對于風機加級改造，轉子返廠一般需要1 個月左右的改造周期，但目前3 號高爐有備用風機，風機改造不會對3 號高爐的正常生產(chǎn)帶來較大影響；對于降低爐頂壓力，這必然需要調(diào)整3 號高爐的操作制度，肯定會對高爐的生產(chǎn)指標帶來較大影響；對于風機繼續(xù)放風運行，也就是維持目前的實際生產(chǎn)狀況，肯定會增加電耗，并同時產(chǎn)生較大噪聲。

4 高爐風機改造方案的確定

根據(jù)上述分析，建議新?lián)徜撘藢? 號高爐風機進行加級改造，以保證風機運行工況點能適應目前的高爐生產(chǎn)需求?？紤]到高爐的實際風量、風壓需求，結合風機供貨廠家進行的理論計算，本文對3號高爐生產(chǎn)指標和風機運行參數(shù)進行了測算。風機改造后3 號高爐生產(chǎn)指標測算如表3 所示，風機參數(shù)測算如表4 所示。風機改造前后控制畫面對比模擬如圖2 所示。

表3 風機改造后3 號高爐生產(chǎn)指標測算

表4 風機改造后3 號高爐風機參數(shù)測算

圖2 中，左邊的工況點和4 條虛線，為風機改造后工況點和風機喘振線、防喘振線、喘振報警線以及出口壓力限制線；右邊的工況點和4 條實線，為風機改造前工況點和風機喘振線、防喘振線、喘振報警線及出口壓力限制線。從圖2 可以看到，由于風機加級后出口壓力限制線向上移動，防喘振線向左向上移動，風機工況點雖然因為出口風量減少也會向左略有移動，但與報警線仍有一定間隔，可以保證風機的安全平穩(wěn)運行。

圖2 風機改造前后控制畫面對比模擬

這種情況下，不僅風機出口風量可以降低不用再放風，直接減少了放風帶來的能源消耗，而且還可以適當摸索提高爐頂壓力（此時高爐可以接受更大的入爐風量），有助于對高爐進一步強化操作[2]。考慮到前文的風機異常原因分析和上述的風機改造結果計算和模擬，最終新?lián)徜摴敬_定了對3 號高爐風機改造的措施，即擇機將該風機送回陜鼓廠進行加級改造。

5 結語

通過對新?lián)徜? 號高爐風機異常運行狀況的分析，結合風機改造結果計算和模擬，最終確定了3號高爐風機改造的方案和措施，即將該風機送回陜鼓廠進行加級改造。下一階段還將跟蹤風機改造后的實際工作情況，以確定改造的實際效果。此次3號高爐風機改造為今后高爐風機選型提供了借鑒，同時也積累了經(jīng)驗。

（1）高爐風機在選型時，一定要確保設計預定的風機工況與風機實際運行狀況基本一致，不能有太大的偏差。否則肯定會出現(xiàn)問題，要么會影響風機安全、高效、低耗運行，要么就會迫使高爐不能按照操作者的要求工況進行生產(chǎn)。

（2）關于風機改造后的工作狀態(tài)，可以通過理論計算模擬出來，為風機進行改造的決策提供依據(jù)。