陳蓉華
(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司)
摘 要：鼓風(fēng)機(jī)組作為高爐的核心動(dòng)力設(shè)備? 在高爐冶煉過程中起著關(guān)鍵性作用，對(duì)電動(dòng)鼓風(fēng)、 汽動(dòng)鼓風(fēng)、 BPRT同軸機(jī)組以及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組的基本原理和主要特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)這幾種高爐鼓風(fēng)驅(qū)動(dòng)方案從能耗、 建設(shè)投資、 運(yùn)行維護(hù)方面進(jìn)行比較。
關(guān)鍵詞：BPRT 同軸機(jī)組；電動(dòng)鼓風(fēng)；汽動(dòng)鼓風(fēng)；汽拖鼓風(fēng)發(fā)電
高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐最重要的動(dòng)力設(shè)備，不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動(dòng)力，高爐鼓風(fēng)機(jī)是煉鐵系統(tǒng)中大容量、 高能耗設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)方式的選擇對(duì)鋼鐵行業(yè)的節(jié)能降耗有著非常重要的作用。目前， 國內(nèi)外較成熟的高爐鼓風(fēng)技術(shù)有電動(dòng)鼓風(fēng)、汽動(dòng)鼓風(fēng)、 ＢＰＲＴ 同軸機(jī)組技術(shù)及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組 ＢＣＳＧ 技術(shù)。
1 高爐鼓風(fēng)基本原理
空氣經(jīng)空氣過濾器、整流柵、入口補(bǔ)償器進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)，壓縮升壓后經(jīng)出口補(bǔ)償器、止回閥、送風(fēng)消聲器、電動(dòng)送風(fēng)閥、流量計(jì)及配風(fēng)閥進(jìn)入高爐送風(fēng)主管，各送風(fēng)主管之間設(shè)撥風(fēng)系統(tǒng)，可以互為撥風(fēng)，放風(fēng)管上設(shè)有放風(fēng)閥及放風(fēng)消音器，作為防喘振、啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和倒機(jī)使用。
2 各種驅(qū)動(dòng)方式的基本原理及主要特點(diǎn)
(1) 電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組
電動(dòng)鼓風(fēng)作為常規(guī)高爐鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，是利用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)，常用的有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)，國內(nèi)中小型高爐的鼓風(fēng)機(jī)多采用異步電動(dòng)機(jī)，大型高爐的鼓風(fēng)機(jī)多采用同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組電機(jī)容量較大， 需要考慮全廠電力負(fù)荷是否能滿足電機(jī)功率要求，同時(shí)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組啟動(dòng)電流較大， 需要考慮設(shè)置軟啟動(dòng)裝置或者變頻啟動(dòng)裝置。
電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的特點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，建設(shè)速度快，占地面積小，布置方便，同時(shí)其輔助設(shè)備少，故障率低，運(yùn)行人員少，檢修工作量少。
(2) 汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組
汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組是利用中溫中壓或者高溫高壓蒸汽來驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)，冶金工廠部分剩余高爐煤氣、 轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣送入燃?xì)忮仩t產(chǎn)生中溫中壓或者高溫高壓蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)來拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，近年來投產(chǎn)的拖動(dòng)汽輪機(jī)大多采用高溫高壓機(jī)組，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用較低，但初期投資較大，占地面積大，系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行人員較多，檢修工作量大。
(３) ＢＰＲＴ 同軸機(jī)組 ＢＰＲＴ 即煤氣透平與電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)的高爐鼓風(fēng)機(jī)組，將煤氣透平和高爐鼓風(fēng)機(jī)兩套機(jī)組并，作為同一系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，BPRT 同軸機(jī)組由電能和高爐煤氣壓降能共同驅(qū)動(dòng)的鼓風(fēng)機(jī)組，高爐透平回收能量不用來發(fā)電，直接同軸驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)透平正常工作時(shí)，離合器處于嚙合工作狀態(tài)，把透平回收的功率傳遞給高爐鼓風(fēng)機(jī)，同時(shí)不足功率由電動(dòng)機(jī)出力驅(qū)動(dòng)，當(dāng)爐況不順煤氣量小或者高爐休風(fēng)時(shí)，離合器自動(dòng)將高爐煤氣透平脫開，高爐鼓風(fēng)機(jī)全部由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
BPRT 機(jī)組主要特點(diǎn)是將高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置 (TRT)、 電動(dòng)機(jī)及高爐鼓風(fēng)機(jī)合為一體， 高爐煤氣通過煤氣透平膨脹做功回收的能量直接補(bǔ)充高爐鼓風(fēng)機(jī)的能耗，避免能量轉(zhuǎn)換的損失，同時(shí)合并了鼓風(fēng)站和TRT 廠房， 使 TRT 原有的龐大系統(tǒng)簡(jiǎn)化合并，取消 TRT 發(fā)電機(jī)及發(fā)配電系統(tǒng)，合并自控系統(tǒng)、 滑油系統(tǒng)和動(dòng)力油系統(tǒng)等，BPRT 技術(shù)軸系較復(fù)雜，全廠煤氣管網(wǎng)工程量大，大中型高爐業(yè)績(jī)少，目前在小高爐上有部分應(yīng)用。
(4) 汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組 BCSG 技術(shù)包括汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、 鼓風(fēng)機(jī)、 離合器、 輔助設(shè)備及自電控系統(tǒng)等，系統(tǒng)組成如圖 1 所示。
BCSG 機(jī)組主要特點(diǎn)是將汽輪機(jī)、 發(fā)電機(jī)和高爐鼓風(fēng)機(jī)合為一體，把富余的各種煤氣通過燃?xì)忮仩t生產(chǎn)蒸汽， 蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)， 把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，直接驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，蒸汽產(chǎn)量一般大于驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)所需的蒸汽量，富余蒸汽還可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)進(jìn)汽側(cè)通過變速離合器與鼓風(fēng)機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)與鼓風(fēng)機(jī)的嚙合、 脫開功能。
汽輪機(jī)排汽側(cè)通過離合器與發(fā)電機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電機(jī)的嚙合、 脫開功能，機(jī)組可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)、 發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，先滿足鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，再實(shí)現(xiàn)最大發(fā)電，也可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行、 汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組 BCSG 方案由于其復(fù)雜的軸系，目前在國內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)較少，鼓風(fēng)機(jī)組的備用機(jī)組。
3 幾種驅(qū)動(dòng)方案的比較
(1) 能耗比較
電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組鼓風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生了輸配電系統(tǒng)升降壓和電動(dòng)機(jī)的能量損耗，使熱能利用率降低，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組由汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，避免了輸配電系統(tǒng)升降壓和電動(dòng)機(jī)的能量損耗，熱能利用率提高，但由于鼓風(fēng)汽輪機(jī)的內(nèi)效率低于電廠汽輪機(jī)的內(nèi)效率，使熱能的利用率降低?電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的熱能效率較高[1] 。
BPRT 同軸機(jī)組煤氣透平機(jī)將煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能后直接驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)， 與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和單獨(dú) TRT 相比，減少了TRT 發(fā)電機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎凸娘L(fēng)電動(dòng)機(jī)電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能過程中所產(chǎn)生的損失以及電能傳輸過程中的線路損失。 因此， BPRT 機(jī)組能耗較電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組低。
某工程 BPRT 投運(yùn)后，透平機(jī)未投入和投入后鼓風(fēng)機(jī)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)比較見表1。從表中可以看出，BPRT 機(jī)組透平機(jī)正常投運(yùn)后，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流降低，電機(jī)功率降低，噸鐵電耗也大大降低，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組即 BCSG 方案，因鼓風(fēng)汽輪機(jī)的內(nèi)效率較低，鼓風(fēng)能耗與汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的相當(dāng)。
(2)建設(shè)投資比較
電動(dòng)鼓風(fēng)方案若采用外購電，建設(shè)投資費(fèi)用較汽動(dòng)鼓風(fēng)方案低，若考慮廠內(nèi)自發(fā)電供電，則涉及到發(fā)電廠建設(shè)費(fèi)用等，電動(dòng)鼓風(fēng)方案投資較汽動(dòng)鼓風(fēng)方案高。
BPRT 同軸機(jī)組設(shè)備投資方面，較常規(guī)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組 ＋ TRT 機(jī)組少了1套 TRT 發(fā)電機(jī)和公用輔助系統(tǒng)， BPRT機(jī)組與常規(guī)分體式電動(dòng)鼓風(fēng) ＋TRT 方案主要設(shè)備投資的比較見表 2。 從設(shè)備投資來看，BPRT 鼓風(fēng)方案節(jié)省投資，從廠房投資來看， BPRT 機(jī)組共用 1 個(gè)主廠房， 常規(guī)電動(dòng)鼓風(fēng)和TRT 各設(shè)置 1個(gè)廠房，廠房總占地面積BPRT 方案有優(yōu)勢(shì)。 但 BPRT方案由于煤氣透平機(jī)設(shè)置在鼓風(fēng)站內(nèi)， 且高爐煤氣是具有爆炸危險(xiǎn)的乙類火災(zāi)危險(xiǎn)介質(zhì)， BPRT 鼓風(fēng)站廠房火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)提高至乙類二級(jí)，導(dǎo)致廠房土建成本增加。同時(shí)，BPRT 站房?jī)?nèi)電氣元件 (如吊車、 潤滑油站和動(dòng)力油站電機(jī)、 電氣儀表現(xiàn)場(chǎng)控制箱等) 需要考慮防爆設(shè)計(jì)，也增加了電氣方面的投資。綜合來看， BPRT方案投資較電動(dòng)鼓風(fēng)方案低。
汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組即 BCSG 方案目前僅作為備機(jī)方案在少數(shù)工程中有實(shí)施，與常規(guī)備用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組相比投資費(fèi)用較高。
(3) 運(yùn)行、 維護(hù)比較
啟動(dòng)時(shí)間方面， 電動(dòng)鼓風(fēng)方案輔助設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)過程時(shí)間短、 速度快，機(jī)組啟動(dòng)操作到具備送風(fēng)條件只需要約 10 ~ 15min，從機(jī)組啟動(dòng)到升速并網(wǎng)僅需3min。汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組有相對(duì)復(fù)雜的輔助設(shè)備和管道系統(tǒng)， 暖機(jī)、 暖管時(shí)間較長，啟動(dòng)時(shí)間較長[2] 。BPRT 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 當(dāng)高爐煤氣壓力穩(wěn)定后透平機(jī)再投入運(yùn)行， 啟動(dòng)時(shí)間與電動(dòng)鼓風(fēng)方案一致，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組即 BCSG方案跟汽動(dòng)鼓風(fēng)方案一樣存在復(fù)雜的輔助設(shè)備和管道系統(tǒng)，暖機(jī)、 暖管時(shí)間較長，啟動(dòng)時(shí)間較長。
運(yùn)行維護(hù)方面，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單、 輔助設(shè)備少、 故障率低，不存在跑、 冒、滴、 漏現(xiàn)象，運(yùn)行維護(hù)工作量少，檢修次數(shù)約為1次/ a， 檢修時(shí)間約為 7 ~ 15d / a， 汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和 BCSG方案由于系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、 輔助設(shè)備多，設(shè)備出現(xiàn)故障的機(jī)率增加，運(yùn)行維護(hù)工作量較大， 檢修次數(shù)約為 4 次/ a，檢修時(shí)間約為 20~ 30d / a， BPRT機(jī)組鼓風(fēng)站和TRT廠房合并建設(shè)， 運(yùn)行、 檢修勞動(dòng)定員較電鼓 ＋ TRT 方案大大減少，運(yùn)行維護(hù)成本大大降低。
穩(wěn)定性方面， 電動(dòng)鼓風(fēng)方案系統(tǒng)簡(jiǎn)單，保護(hù)完善，機(jī)組運(yùn)行工況平穩(wěn)，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)整操作簡(jiǎn)單可靠，能準(zhǔn)確快速地響應(yīng)高爐的風(fēng)量風(fēng)壓要求，汽動(dòng)鼓風(fēng)方案和汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組由于汽水系統(tǒng)復(fù)雜，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)受輔助設(shè)備和鍋爐參數(shù)等影響容易產(chǎn)生波動(dòng)，調(diào)整操作相對(duì)復(fù)雜，BPRT 機(jī)組由于透平機(jī)的沖轉(zhuǎn)壓力受高爐爐頂壓力影響，一旦爐頂壓力波動(dòng)，可能造成 BPRT 機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，需要將透平機(jī)頻繁地切出來。
4 結(jié)語
對(duì)電動(dòng)鼓風(fēng)方案、 汽動(dòng)鼓風(fēng)方案、 BPRT 同軸機(jī)組方案以及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機(jī)組 BCSG方案進(jìn)行了分析和比較，各種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)， 對(duì)于中小型高爐，目前很多鋼廠搬遷改造選擇采用ＢＰＲＴ 同軸機(jī)組方案? 在國內(nèi)投產(chǎn)的最大BPRT同軸機(jī)組為AV 71系列，對(duì)于 2000m3 以上高爐，大多采用電動(dòng)鼓風(fēng)或者汽動(dòng)鼓風(fēng)方案，也有部分鋼廠在汽動(dòng)鼓風(fēng)改電動(dòng)鼓風(fēng)時(shí)建設(shè)煤氣發(fā)電，對(duì)于高爐鼓風(fēng)驅(qū)動(dòng)方案，鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身建設(shè)條件并結(jié)合節(jié)能減排以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行選擇。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉經(jīng)校 高爐電動(dòng)鼓風(fēng)與汽動(dòng)鼓風(fēng)方案對(duì)比中的節(jié)能分析 [J]. 冶金動(dòng)力，2008，(6): 40－ 41.
[2] 馬光宇，蔡九菊，謝國威不同驅(qū)動(dòng)方式的高爐鼓風(fēng)機(jī)性能分析[J]. 冶金能源.