陳蓉華
(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司)
摘 要：鼓風(fēng)機組作為高爐的核心動力設(shè)備? 在高爐冶煉過程中起著關(guān)鍵性作用，對電動鼓風(fēng)、 汽動鼓風(fēng)、 BPRT同軸機組以及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組的基本原理和主要特點進行分析，并對這幾種高爐鼓風(fēng)驅(qū)動方案從能耗、 建設(shè)投資、 運行維護方面進行比較。
關(guān)鍵詞：BPRT 同軸機組；電動鼓風(fēng)；汽動鼓風(fēng)；汽拖鼓風(fēng)發(fā)電
高爐鼓風(fēng)機是高爐最重要的動力設(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力，高爐鼓風(fēng)機是煉鐵系統(tǒng)中大容量、 高能耗設(shè)備，其驅(qū)動方式的選擇對鋼鐵行業(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)有電動鼓風(fēng)、汽動鼓風(fēng)、 ＢＰＲＴ 同軸機組技術(shù)及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組 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、入口補償器進入鼓風(fēng)機，壓縮升壓后經(jīng)出口補償器、止回閥、送風(fēng)消聲器、電動送風(fēng)閥、流量計及配風(fēng)閥進入高爐送風(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、啟動鼓風(fēng)機和倒機使用。
2 各種驅(qū)動方式的基本原理及主要特點
(1) 電動鼓風(fēng)機組
電動鼓風(fēng)作為常規(guī)高爐鼓風(fēng)機驅(qū)動方案，是利用電動機來驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機，常用的有異步電動機和同步電動機，國內(nèi)中小型高爐的鼓風(fēng)機多采用異步電動機，大型高爐的鼓風(fēng)機多采用同步電動機，電動鼓風(fēng)機組電機容量較大， 需要考慮全廠電力負荷是否能滿足電機功率要求，同時電動鼓風(fēng)機組啟動電流較大， 需要考慮設(shè)置軟啟動裝置或者變頻啟動裝置。
電動鼓風(fēng)機組的特點是系統(tǒng)簡單，建設(shè)速度快，占地面積小，布置方便，同時其輔助設(shè)備少，故障率低，運行人員少，檢修工作量少。
(2) 汽動鼓風(fēng)機組
汽動鼓風(fēng)機組是利用中溫中壓或者高溫高壓蒸汽來驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機，冶金工廠部分剩余高爐煤氣、 轉(zhuǎn)爐煤氣和焦爐煤氣送入燃氣鍋爐產(chǎn)生中溫中壓或者高溫高壓蒸汽，蒸汽進入汽輪機來拖動鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)動，近年來投產(chǎn)的拖動汽輪機大多采用高溫高壓機組，汽動鼓風(fēng)機組運行費用較低，但初期投資較大，占地面積大，系統(tǒng)復(fù)雜，運行人員較多，檢修工作量大。
(３) ＢＰＲＴ 同軸機組 ＢＰＲＴ 即煤氣透平與電動機同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)機組，將煤氣透平和高爐鼓風(fēng)機兩套機組并，作為同一系統(tǒng)來設(shè)計，BPRT 同軸機組由電能和高爐煤氣壓降能共同驅(qū)動的鼓風(fēng)機組，高爐透平回收能量不用來發(fā)電，直接同軸驅(qū)動鼓風(fēng)機，當(dāng)透平正常工作時，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，同時不足功率由電動機出力驅(qū)動，當(dāng)爐況不順煤氣量小或者高爐休風(fēng)時，離合器自動將高爐煤氣透平脫開，高爐鼓風(fēng)機全部由電動機驅(qū)動。
BPRT 機組主要特點是將高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置 (TRT)、 電動機及高爐鼓風(fēng)機合為一體， 高爐煤氣通過煤氣透平膨脹做功回收的能量直接補充高爐鼓風(fēng)機的能耗，避免能量轉(zhuǎn)換的損失，同時合并了鼓風(fēng)站和TRT 廠房， 使 TRT 原有的龐大系統(tǒng)簡化合并，取消 TRT 發(fā)電機及發(fā)配電系統(tǒng)，合并自控系統(tǒng)、 滑油系統(tǒng)和動力油系統(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)績少，目前在小高爐上有部分應(yīng)用。
(4) 汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組 BCSG 技術(shù)包括汽輪機、發(fā)電機、 鼓風(fēng)機、 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 機組主要特點是將汽輪機、 發(fā)電機和高爐鼓風(fēng)機合為一體，把富余的各種煤氣通過燃氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽， 蒸汽驅(qū)動蒸汽輪機， 把熱能轉(zhuǎn)化為機械能，直接驅(qū)動鼓風(fēng)機，蒸汽產(chǎn)量一般大于驅(qū)動鼓風(fēng)機所需的蒸汽量，富余蒸汽還可以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，汽輪機進汽側(cè)通過變速離合器與鼓風(fēng)機連接，實現(xiàn)與鼓風(fēng)機的嚙合、 脫開功能。
汽輪機排汽側(cè)通過離合器與發(fā)電機連接，實現(xiàn)與發(fā)電機的嚙合、 脫開功能，機組可實現(xiàn)汽輪機與鼓風(fēng)機、 發(fā)電機同時運行，先滿足鼓風(fēng)機運行，再實現(xiàn)最大發(fā)電，也可實現(xiàn)汽輪機和鼓風(fēng)機單獨運行、 汽輪機和發(fā)電機單獨運行，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組 BCSG 方案由于其復(fù)雜的軸系，目前在國內(nèi)的應(yīng)用相對較少，鼓風(fēng)機組的備用機組。
3 幾種驅(qū)動方案的比較
(1) 能耗比較
電動鼓風(fēng)機組鼓風(fēng)機由電動機驅(qū)動，產(chǎn)生了輸配電系統(tǒng)升降壓和電動機的能量損耗，使熱能利用率降低，汽動鼓風(fēng)機組由汽輪機直接驅(qū)動，避免了輸配電系統(tǒng)升降壓和電動機的能量損耗，熱能利用率提高，但由于鼓風(fēng)汽輪機的內(nèi)效率低于電廠汽輪機的內(nèi)效率，使熱能的利用率降低?電動鼓風(fēng)機組的熱能效率較高[1] 。
BPRT 同軸機組煤氣透平機將煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后直接驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機， 與電動鼓風(fēng)機組和單獨 TRT 相比，減少了TRT 發(fā)電機機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎凸娘L(fēng)電動機電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C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 機組能耗較電動鼓風(fēng)機組低。
某工程 BPRT 投運后，透平機未投入和投入后鼓風(fēng)機組各項數(shù)據(jù)比較見表1。從表中可以看出，BPRT 機組透平機正常投運后，鼓風(fēng)機電機電流降低，電機功率降低，噸鐵電耗也大大降低，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組即 BCSG 方案，因鼓風(fēng)汽輪機的內(nèi)效率較低，鼓風(fēng)能耗與汽動鼓風(fēng)機組的相當(dāng)。
(2)建設(shè)投資比較
電動鼓風(fēng)方案若采用外購電，建設(shè)投資費用較汽動鼓風(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)費用等，電動鼓風(fēng)方案投資較汽動鼓風(fēng)方案高。
BPRT 同軸機組設(shè)備投資方面，較常規(guī)電動鼓風(fēng)機組 ＋ TRT 機組少了1套 TRT 發(fā)電機和公用輔助系統(tǒng)， BPRT機組與常規(guī)分體式電動鼓風(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 機組共用 1 個主廠房， 常規(guī)電動鼓風(fēng)和TRT 各設(shè)置 1個廠房，廠房總占地面積BPRT 方案有優(yōu)勢。 但 BPRT方案由于煤氣透平機設(shè)置在鼓風(fēng)站內(nèi)， 且高爐煤氣是具有爆炸危險的乙類火災(zāi)危險介質(zhì)， BPRT 鼓風(fēng)站廠房火災(zāi)危險性等級提高至乙類二級，導(dǎo)致廠房土建成本增加。同時，BPRT 站房內(nèi)電氣元件 (如吊車、 潤滑油站和動力油站電機、 電氣儀表現(xiàn)場控制箱等) 需要考慮防爆設(shè)計，也增加了電氣方面的投資。綜合來看， BPRT方案投資較電動鼓風(fēng)方案低。
汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組即 BCSG 方案目前僅作為備機方案在少數(shù)工程中有實施，與常規(guī)備用電動鼓風(fēng)機組相比投資費用較高。
(3) 運行、 維護比較
啟動時間方面， 電動鼓風(fēng)方案輔助設(shè)備少，操作簡單，啟動過程時間短、 速度快，機組啟動操作到具備送風(fēng)條件只需要約 10 ~ 15min，從機組啟動到升速并網(wǎng)僅需3min。汽動鼓風(fēng)機組有相對復(fù)雜的輔助設(shè)備和管道系統(tǒng)， 暖機、 暖管時間較長，啟動時間較長[2] 。BPRT 機組啟動時由電機驅(qū)動， 當(dāng)高爐煤氣壓力穩(wěn)定后透平機再投入運行， 啟動時間與電動鼓風(fēng)方案一致，汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組即 BCSG方案跟汽動鼓風(fēng)方案一樣存在復(fù)雜的輔助設(shè)備和管道系統(tǒng)，暖機、 暖管時間較長，啟動時間較長。
運行維護方面，電動鼓風(fēng)機組由于系統(tǒng)簡單、 輔助設(shè)備少、 故障率低，不存在跑、 冒、滴、 漏現(xiàn)象，運行維護工作量少，檢修次數(shù)約為1次/ a， 檢修時間約為 7 ~ 15d / a， 汽動鼓風(fēng)機組和 BCSG方案由于系統(tǒng)相對復(fù)雜、 輔助設(shè)備多，設(shè)備出現(xiàn)故障的機率增加，運行維護工作量較大， 檢修次數(shù)約為 4 次/ a，檢修時間約為 20~ 30d / a， BPRT機組鼓風(fēng)站和TRT廠房合并建設(shè)， 運行、 檢修勞動定員較電鼓 ＋ TRT 方案大大減少，運行維護成本大大降低。
穩(wěn)定性方面， 電動鼓風(fēng)方案系統(tǒng)簡單，保護完善，機組運行工況平穩(wěn)，運行參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)整操作簡單可靠，能準確快速地響應(yīng)高爐的風(fēng)量風(fēng)壓要求，汽動鼓風(fēng)方案和汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組由于汽水系統(tǒng)復(fù)雜，汽動鼓風(fēng)機受輔助設(shè)備和鍋爐參數(shù)等影響容易產(chǎn)生波動，調(diào)整操作相對復(fù)雜，BPRT 機組由于透平機的沖轉(zhuǎn)壓力受高爐爐頂壓力影響，一旦爐頂壓力波動，可能造成 BPRT 機組運行不穩(wěn)定，需要將透平機頻繁地切出來。
4 結(jié)語
對電動鼓風(fēng)方案、 汽動鼓風(fēng)方案、 BPRT 同軸機組方案以及汽拖鼓風(fēng)發(fā)電機組 BCSG方案進行了分析和比較，各種方案各有優(yōu)缺點， 對于中小型高爐，目前很多鋼廠搬遷改造選擇采用ＢＰＲＴ 同軸機組方案? 在國內(nèi)投產(chǎn)的最大BPRT同軸機組為AV 71系列，對于 2000m3 以上高爐，大多采用電動鼓風(fēng)或者汽動鼓風(fēng)方案，也有部分鋼廠在汽動鼓風(fēng)改電動鼓風(fēng)時建設(shè)煤氣發(fā)電，對于高爐鼓風(fēng)驅(qū)動方案，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)濟性進行選擇。
參考文獻
[1] 劉經(jīng)校 高爐電動鼓風(fēng)與汽動鼓風(fēng)方案對比中的節(jié)能分析 [J]. 冶金動力，2008，(6): 40－ 41.
[2] 馬光宇，蔡九菊，謝國威不同驅(qū)動方式的高爐鼓風(fēng)機性能分析[J]. 冶金能源.