国产高温高压汽动鼓风机组在大高炉上的应用实践

王庆丰,刘 伟,马忠民

（安阳钢铁股份有限公司动力厂,河南安阳455004）

国产高温高压汽动鼓风机组在大高炉上的应用实践

热电

王庆丰,刘 伟,马忠民

（安阳钢铁股份有限公司动力厂,河南安阳455004）

【摘 要】

安钢3

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高炉配套鼓风站AV100-18汽动鼓风机组采取一系列工艺技术措施优化配置，并成功实现国产风机的定风量定风压运行，投运以来，安全经济，稳定可靠，技术优势和经济效益显著。

国产；高温高压；汽动鼓风机组；应用

1 概述

安钢公司在2009年决定启动铁前配套系列工程，作为大高炉配套的鼓风站经过全面论证，采用两炉两机模式，站内配置2台240 t/h高温高压全燃高炉煤气锅炉，1台60 MW汽轮发电机组，一期上马1台汽轮机驱动的全静叶可调AV100-18鼓风机组，预留1台备用鼓风机组。新上的AV100-18鼓风机组采用杭汽工业汽轮机和陕鼓轴流压缩机，高温高压蒸汽驱动，在国内同等级高炉首次采用国产配套设备，是国内高炉功率最大的汽动鼓风机组，并成功实现国产风机的定风量定风压运行，投运以来，安全可靠，效益明显。

2 工艺技术选择

2.1 机组采用高温高压蒸汽驱动

钢铁企业同等级或以上高炉鼓风多数采用电动鼓风，电拖鼓风机优点：系统简单，故障率低，故障点少，启动时间短；缺点：投资大，运行成本高，富余煤气需要发电或其它形式回收利用。汽拖鼓风机优点：占地小，投资少，能源转换直接，运行成本低；缺点：启动和恢复时间长，系统复杂，故障点多，管理要求高。结合安钢资金紧张、位置紧张的实际情况，根据以往2200 m3和2800 m3高炉汽动鼓风积累的经验，我们在大高炉上选择汽动鼓风机组，该机组是目前国内高炉功率最大的汽动鼓风机组。国内在4000 m3级高炉采用汽动鼓风机组的只有两座，其中一套机组为梅山钢铁全套进口MAN公司的DK100/220R垣AV90-15中温中压汽动鼓风机组，汽机进汽参数：压力3.43 MPa（a），温度435益，E点平均风量7100 m3/min，轴功率为35799 kW，另外一套就是目前安钢在用的国内最大的HNK63/90/ 120垣AV100-18高温高压汽动鼓风机组，汽机进汽参数：压力8.83 MPa（a），温度535益，E点平均风量7615 m3/min，轴功率为36958 kW，A点平均风量8777 m3/min，轴功率为46081 kW，该机组采用全新设计工艺，机组蒸汽循环热效率比中温中压机组循环热效率高13.6%左右，以目前安钢能源介质定价计算，成本降低率为10.24%。高温高压蒸汽驱动效率和成本分析如下：

2.1.1 高温高压蒸汽驱动效率分析

蒸汽循环热效率的提高具有很大的经济意义。首先，它能节约大量的燃料，热效率提高1%，每小时即可节约标准煤200耀250 kg,同时汽耗率也随之减少，致使设备尺寸和重量减小，金属消耗量减少，制造成本降低。

热效率的公式ηt=h1-h2/h1-h2忆,热效率ηt由h1h2和h2忆三个数据决定。新蒸汽的焓h1由其压力P1和温度t1决定，饱和水的焓h2忆由膨胀终了的压力P2(即凝汽器中的压力)决定，参数P1、t1、P2又决定着绝热膨胀终了的焓h2，因此热效率ηt完全由参数P1、t1、P2来决定。

在进汽压力P1和排汽压力P2保持不变的情况下，提高蒸汽初温t1可以提高循环热效率。

如图1所示朗肯循环1-2-3-4-5-6-1，其进汽温度为t1（即循环的上限温度），平均放热温度T1,平均吸热温度为T2。若进汽温度由t1提高到t1忆，则形成另一朗肯循环1忆-2忆-3-4-5-6-1忆，该循环的进汽温度为t1忆，平均放热温度,平均吸热温度为。由于吸热的上限温度提高（t1忆﹥t1），平均吸热温度提高（T1忆﹥T1），平均放热温度又未改变（T2=T2忆），故新循环比原循环具有更高的热效率。由此可见，提高进汽温度，可以提高朗肯循环的热效率。同时从图中看出，提高进汽温度，还可以提高排汽的干度，这对汽轮机的工作极为有利。

图1 朗肯循环示意图

在进汽温度t1和排汽压力P2保持不变的情况下，提高进汽压力P1也可以提高循环热效率。

如图2所示朗肯循环1-2-3-4-5-6-1，其进汽压力为P1，平均吸热温度为T1,平均放热温度T2。若将该循环的进汽压力由P1提高到P1忆，则形成另一朗肯循环1忆-2忆-3-4忆-5忆-6忆-1忆。进汽压力提高后的循环的进汽压力为P1忆，平均放热温度T2忆,平均吸热温度为T1忆。提高后进汽压力，循环的上限温度t1和下限温度T2未改变，主要是蒸发段5-6的蒸汽温度（即饱和温度）提高了，平均吸热温度由T1提高T1忆（T1忆﹥T1）。因而循环热效率提高。

由此得出，在排汽压力P2保持不变的情况下，提高蒸汽的初参数P1、t1可以大幅度地提高朗肯循环热效率。

图2 提高进汽压力后的朗肯循环示意图

高温高压蒸汽拖动风机工艺流程：根据朗肯循环定律，高炉煤气在锅炉炉膛内燃烧将燃料的化学能转换成热能，使水加热变为过热蒸汽；在汽轮机中蒸汽的热能转换成机械能，拖动汽轮机旋转；并带动风机旋转产生具有一定压力能的压缩空气向高炉送风。过热蒸汽在汽轮机内膨胀作功后变成湿蒸汽，湿蒸汽向循环冷却水放热，凝结成为凝结水（饱和水），并经凝结水泵升压后进入除氧器除氧，再经高压给水泵升压送至锅炉进行热交换，从而形成汽水的密闭循环。

现代汽轮机中，排汽压力P2设计值为0.004耀0.005 MPa.其对应的排汽温度为28.981耀32.90益。中温中压和高温高压汽轮机排汽压力P2相同都在0.005 MPa时，两台机组蒸汽按朗肯循环工作，其热效率的比较：

1）根据P01=3.35 MPa、t01=435益由未饱和水与过热水蒸汽表查得：h01=3305.8kJ/kg S01=6.9818 kJ/ (kg.K)；P1=8.83 MPa、t1=535益由未饱和水与过热水蒸汽表查得：h1=3476.64 kJ/kg S1=6.7813 kJ/(kg. K)；由饱和水蒸汽表查出P2=0.005 MPa时：t2=32.90益、h2忆=137.77 kJ/kg、h2义=2561.2 kJ/kg、S2忆=0.4762kJ/ (kg.K)、S2义=8.3952 kJ/(kg.K)。

2）在P01=3.35 MPa、t01=435益中温中压机组：

3）在P1=8.83 MPa、t1=535益高温高压机组：

2.1.2 成本比较

根据公司目前能源介质单价和一年来AV80、AV90和AV100机组实际运行数据，中温中压和高温高压鼓风机组成本比较：

1）P01=3.35 MPa、t01=435益中温中压鼓风机组

蒸汽平均成本:140元/t

鼓风平均成本:508元/万m3

鼓风3.3 t/万m3

2）P01=8.83 MPa、t01=535益高温高压鼓风机组

蒸汽平均成本:150元/t

鼓风平均成本:456元/万m3

鼓风2.5t/万m3

3）高温高压机组相对中温中压机组成本降低：

508-456=52（元/万m3）

2.2 优化回热给水系统

2.2.1 回热加热系统特点

中冶赛迪和杭州汽轮机股份有限公司接受安钢技术人员工艺要求，在凝结水回热加热系统中，取消了传统工艺的高压加热器，在汽轮机首次采用一级抽汽两级加热系统，一级工作压力0.085 MPa（a），设计面积130 m2，二级工作压力0.432 MPa（a），设计面积180 m2，凝结水进凝结水泵升压经2台低压加热器加热至120~130益送至除氧器。回热加热系统特点:进入汽轮机的蒸汽量分两部分，一部分蒸汽量经基本的循环过程，从初态的蒸汽压力、焓值一直膨胀做功到终态蒸汽压力、焓值；另一部分蒸汽量从初态膨胀做功到相应的中间参数（蒸汽压力、焓值），然后抽到低压加热器去加热给水。采用回热循环后，将使汽轮机的进汽量增加、排汽量减少，从而有利于汽轮机高压部分效率的提高和末级余速损失的减少，在一定程度上提高汽轮机的相对内效率，进一步提高汽轮机的热经济性。

2.2.2 疏水系统特点

加热器疏水水位过高或过低，不仅影响机组的经济性，而且会威胁机组的安全运行。当水位超过正常水位就会产生水击（当水位接近或超过进汽口时）、减少冷却面积降低给水温度等，当水位低於正常水位时就会破坏虹吸现象（当水位降到低於吸水口）会造成蒸汽泄漏产生热损失、疏水冷却段进口处和疏水冷却段内产生冲蚀使管子损坏等。以前采用的疏水调节器是浮球式（具体结构类似卫生间中的抽水马桶的进水阀）它由浮球、杠杆和阀门所组成，这种疏水器虽结构简单但容易卡涩、浮球破裂等，因而造成加热器水位失控。

为此,我们在汽轮机低压加热器疏水系统采用两相流水位控制装置。汽液两相流疏水器基於“汽液两相流”原理，摒弃了传统浮球式液位控制疏水器的缺点，自动调节加热器疏水流量，从而达到稳定水位的目的。大大地消除设备和管道产生汽蚀和振动。工作系统见图3。

图3 自调节液位控制装置工作系统图

如图3示意，疏水由阀体的入口进入阀腔,相变管根据加热器液位高低采集汽相、液相信号直接进入阀腔,与疏水混合后流经特定设计的喉部。当液位上升时，汽相信号减少,因而疏水流量增加；当液位下降时，汽相信号增加，减小了喉部有效通流面积，疏水流量降低，从而达到水位恒定的目的。

2.2.3 操作特点

常规事故放水阀装在快放调节阀前，开机时需要现场派人操作，开度靠手动控制调整凝汽器液位，很不稳定，并且精度不高，人力浪费，现场变更凝结水事故放水接口位置在快放调节阀后，便于开机时集中控制，节省人力和时间。

2.3 在国内大高炉成功实现国产风机的定风量定风压自动运行

为减少对高炉炉况的影响，鼓风机组在热风炉换炉过程中实现定风压运行，换炉结束后实现定风量运行。定风压调节的控制风压以风机排气侧为准，定风量调节的控制风量以风机送风风量为准。（无放风）风机启机后，采用手动调节静叶，在正常送风后，选择投切开关，采用定风量自动调节。另外，取四个热风炉充风阀的非闭信号作为热风炉充风信号（常开信号，充风时闭合）。热风炉换炉时，热风炉充风信号闭合，即充风灯变绿，静叶自动控制切换为定风压自动调节，风压设定值为切换时的风压瞬时测量值。热风炉换炉结束，热风炉充风信号断开后，即充风灯变红，静叶控制自动切换为定风量自动调节，定风量设定值取定风压运行前瞬时测量值。热风炉换炉过程中，即静叶定风压运行过程中，当风量波动（相对于切换前的风量）大于450 m3/min或风机故障（停机或安全运行）时，静叶控制自动切换为手动控制模式，这时风机运行人员应联系高炉询问情况，正常后静叶控制再选择自动切换。

采用自动充风后，风量变化规律性强，高炉炉况稳定，铁水质量较高。

2.4 单机运行主要技术措施

2.4.1 设计取消故障率高的轴头主油泵，采用2台高压电动油泵，一开一备，联锁控制。

2.4.2 关键设备和阀门采用进口高质量产品，例如fisher调节阀和送风阀等，避免影响生产。

2.4.3 优化联锁停机、拨风条件，减少控制系统假信号误动作停机，保证正常拨风。

2.4.4 加强职工培训，推行标准化作业，规范操作程序，避免人为误操作。

2.4.5 建立多重点检维护防御体系，杜绝任何人为疏漏。设备点检维护方面，立足班组岗位点检，落实具体人员分工，让运行人员逐步熟悉点检项目和标准，做好时检；加强专业点检，成立机械液压、电气点检小组，做好日检和周检，全面点检的同时结合运行点检信息，强化点检带病运行设备，每周把发现隐患汇总，制定检修计划和备件计划，联系检修队伍落实“及时适时维护、持续不断改进”原则，能够及时处理的缺陷和隐患见缝插针地及时消除。

3 应用效果

2013年3月14日风机开机，3月19日向高炉送风，3月20日高炉正常出铁，运行各项指标均达到了设计参数，同时投入定风量风压自调节，安全经济，稳定可靠。

本项目的AV100-18高温高压汽动鼓风机组，采用目前的工艺配置，可利用12~13万m3/h高炉煤气，相当于发电负荷35 MW，正常生产不仅减少煤气放散量、节约二次能源，相对于电动鼓风而言，还可直接减少公司外购电量，经济效益和社会效益可观。符合公司实际情况，真正实现了低成本运行。

本项目一次性投资10000万元左右，按运行330天、功率按35 MW计算，能源介质及原材料等价格参照安钢企业内部结算价格确定，考虑煤气成本，年经济效益为2564万元，投资回收期为3.9年左右。不考虑煤气成本，年经济效益为14444万元，投资回收期为8.3月左右。

4 讨论

4.1 高炉休风时间多数论小时计算，汽动鼓风机组停机须盘车3~5天才能停止，本体和油系统故障消缺不能进行，单台设备和运行管理无法克服，鼓风系统安全性值得重视，建议抓紧上马备用风机，建议采用“一机两拖”的汽动鼓风发电机组。

4.2 高温高压汽动鼓风机组系统复杂，技术和管理要求较高，工艺路线需要结合单位实际情况科学合理选择。

[1]李笑乐.工程热力学(第2版).北京：水利电力出版社出版，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

王庆丰（1973-），1995年毕业于北京科技大学机械工程专业，工程硕士，高级工程师，现从事高炉鼓风和发电生产技术管理工作。