如何提高高爐鼓風機運行安全性分析

姚　波

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122）

如何提高高爐鼓風機運行安全性分析

姚波

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122）

摘要：本文主要針對高爐鼓風機系統結構進行了分析，并結合其工作原理，針對高爐鼓風機運行中存在的問題，從主電機啟動、保護系統以及靜葉角度控制等方面對系統運行優化提出了幾點建議。結合實踐，調試后的高爐鼓風機在實際的運行中差動保護動作誤動明顯減少，鼓風機對執行機構控制力加強，能夠更加直觀、穩定、安全地保護系統，維持高爐鼓風機運行的安全，同時提高鼓風機工作效率，以此降低成本，減少人力物力的投入。

高爐鼓風機；運行；安全；措施

高爐鼓風機是冶金行業中最為重要的設備之一，為高爐冶煉提供源源不斷的空氣和動力，從而降低高爐阻損和送風系統阻損，保證爐頂壓力符合冶煉需要。因此必須確保高爐鼓風機運行的穩定性，避免出現非計劃性停機，如若不然在中立作用下，高爐中的溶鐵、礦渣以及坍塌料就會倒灌至風口，給冶煉人員的生命安全帶來威脅。

但冶煉是一個非常復雜的過程，在冶煉過程中，操作、燃料以及原料發生改變，高爐爐況都會發生改變，此時，風壓、風量都會發生變化，因而必須對風機性能參數進行連續穩定的實時調節。因此需要功能強大的控制系統。本文主要以某煉鋼廠的8號高爐作為實例予以分析，針對運行過程中高爐風機存在的問題進行了論述，并有針對性地提出了解決措施。

1.鼓風機概述

高爐冶煉本就是一個復雜的系統，而高爐鼓風機作為其最大的配備系統，主要有自動控制、電氣控制、儀表檢測、潤滑、動力、保護以及冷卻幾大系統構成。每個系統相輔相成、相互依賴，其中對高爐鼓風機運行安全影響最大的便是電氣控制系統以及自動控制系統和儀表檢測系統。

1.1 電氣控制系統

電氣控制系統是高爐風機中最為重要的構成，依照電壓的不同可以將該系統分為低壓控制以及高壓控制兩種系統。其中高壓控制的軟啟動是鼓風機電氣控制中的核心。

電網必須提供足夠無功功率才能直接啟動大容量電極，但是這樣就會對整個電網供電安全造成影響，因此高爐風機需要配套安裝相應的軟啟動裝置，進行降壓補償。為了消除由于高爐風機啟動時對電網的影響，電機端應當相應設置無功發生器，通過無功發生器為風機提供啟動時電機所需要的無功功率，減少對電網中無功功率的消耗。通過這種方式，高爐風機啟動時，電機需要電網中的電流明顯降低。

1.2 自動控制系統

（1）自動調節風量風壓

對靜葉角度進行調節便可以完成對風量和風壓的調節。目前我國冶煉廠所使用的高爐風機一般都是通過對靜葉角度的調節完成壓縮機空氣輸送量的調節。

確保靜葉角度保持最小角度，即14°，以降低主電機啟動過程中產生的啟動電流。但是靜葉角度小于22°時，壓縮機的運行狀態相對不穩定，因而必須在啟動后將靜葉角度快速調整到22°以上，消除壓縮機不穩定狀態，這便是靜葉釋放。若風穩定供風，則靜葉角度需要維持在22°～79°之間，因此22°被稱作最小工作角。依照冶煉過程中的工藝需要，可以對靜葉角度進行調整，以改變風機的出風量，風機負荷隨供風量的降低而降低，因而這種控制調節系統可以減少浪費。

靜葉伺服控制是靜葉角度調整的關鍵，通過對位置變送器、PLC發送的相關信號的比較，發出私服信號，伺服機構做出相應的變動，靜葉承缸向制定方向發生位移，風壓、風量改變。

（2）自動防喘振

喘振問題是高爐鼓風機中常見的問題之一，也是最難解決的問題之一。冶煉過程中，由于為了配合冶煉，高爐需要隨時改變冶煉供風量，高爐路況也會發生改變，因而鼓風機機殼內以及輸風管網中的風壓、風流量均會發生改變。若幾組內氣流量低時，氣流會在葉片上脫離，從而形成脈動流，這種脈動氣流會在出口管網出形成震蕩（氣容、氣阻之間），這種狀態下風機附屬管網同氣流就會出現震蕩，鼓風機就會出現周期性倒流，出氣口排氣壓力也會降低，溫度驟升，并伴隨巨大的吼叫聲，這種現象便是喘振。對于鼓風機運行，喘振問題是致命的，會對整個高爐冶煉造成影響。因此必須盡可能地避免喘振問題的發生，引發喘振問題的不利影響有三方面：①損壞葉片；②氣流脈動以及設備溫升過高會引發內杠和葉片的損壞；③風量、風壓大幅震蕩，壓縮機流量特征跳躍性大，影響機組運行工況。

1.3 儀表系統

8號鼓風機的儀表檢測系統主要包括五大檢測內容，即壓力檢測、溫度假側以及位置變送、軸位移和機組振動。風機的各個運行狀態均是通過檢測系統完成，并在儀表上顯示相應的狀態。例如系統的風機軸振動、鍵相位、軸位移以及變速箱軸振動等都是通過軸運動檢測系統予以完成。通過該監測系統的反饋，可以有效掌握風機運行狀態，避免故障的產生。

2.如何提高高爐鼓風機運行安全

依照高爐鼓風機的結構原理、結構關鍵點對目前高爐鼓風機中存在的問題進行了分析，并有針對性地提出了相應的優化措施。

2.1 差動保護系統出現誤動作

2.1.1 問題成因

此類問題主要集中出現在主電機啟動時，所謂差動保護是比較被保護設備各端口電流的大小和（或）相位的繼電保護，當達到設定的動作值時啟動動作元件。當被保護設備在正常運行或外部短路以及系統振蕩時，由于被保護設備各端口電流之和等于0，所以差動保護不會誤動作；而在被保護設備本身發生內部短路時，各端口電流之和將等于總短路電流，差動保護將靈敏動作。

以某高爐鼓風機為例，該鼓風機TCS軟啟動裝置通過軟啟出線柜與電機進線端連接，即與電機進線B端連接。即當電機軟啟動時，電源通過啟動柜QF2與TCS軟起裝置與電機進線B端連接，從而使電機軟啟動。但是因為此時安裝在電機進線端的電流互感器TA2中沒有電流流過，而電機的KD差動保護監測的正是TA2與TA1示數之間的差值，所以導致電機軟啟動時差動保護動作，而軟起完成后由于電機是通過QF1運行柜與電機相互連接，此時正常情況下電流互感器TA2與TA1監測到的電流是相同的，所以差動保護不會動作。

2.1.2 解決措施

電機軟啟動時差動保護動作，并不是因為此時電機內部短路故障，而是因為差動保護所監測電機兩端電流的監測點設置不合理所致，因此可以將軟啟動裝置的出線接到電機進線的A點處即電流互感器TA2的上端，從而保證TA2與TA1在電機軟啟動時監測到的電流相同，從而避免差動保護的誤動作。

2.2 靜葉角度控制缺陷

2.2.1 問題成因

高爐的加風或者減少是通過調整軸流壓縮機靜葉的角度來完成的，而靜葉角度的開度是通過靜葉伺服控制系統來完成的.當DCS系統給定伺服控制器一個角度的開關度時，伺服控制器控制靜葉執行機構的靜葉電液伺服閥動作，同時通過執行機構的位置變送器返回一個位置信號，從而形成一個閉環控制系統。但當位置變送器發生故障時，靜葉伺服控制器就會不斷的發出信號給執行機構，而電液伺服閥就一直動作，直到靜葉角度被調整到最大或者最小，從而使風機失控。

2.2.2 解決措施

靜葉私服系統屬于閉環控制系統，在控制的過程中，位置變送器能夠將執行機構的狀態準確地反應到控制器，但是一旦位置變送器出現問題，伺服控制器就無法獲取執行機構位置以及動作情況，位置變送器也無法為系統準確的反饋信息。此時控制器就會判定執行結構并沒有完成動作，因而不斷地發出動作信號，知識靜葉角度控制出現問題，靜葉角度或大或小。針對這種問題可以通過加裝動作反饋裝置予以解決，原有位置反饋機構上由于多了動作反饋機構，系統便可以通過動作反饋機構發送的信號準確掌握執行機構狀態，并借由動作反饋判斷位置變送器是否正常。

2.3 保護系統粗糙

2.3.1 問題成因

鼓風機在高爐冶煉中占據了重要的地位，為高爐冶煉提供動力，因而必須確保其運行的安全穩定，配套設置相應的保護系統，出了潤滑、動力油壓力保護系統、溫度保護系統以及壓縮機、變速箱振動保護系以及位移保護等，除此之外還包括電氣保護系統、軟啟動系統以及查的那個保護系統。但是目前的鼓風機安全保障體系還十分粗糙，監控畫面無法直觀的表現出系統故障位置、原因，只能表現出一個大概的故障類別。例如當鼓風機出現過流、接地以及短路、差動等故障時，監控器上只能顯示系統出現“電氣故障”。

2.3.2 解決措施

這一問題可以通過將電氣故障相應的信號輸出傳送給軟啟動裝置時，再同時傳送給DCS系統，通過信號的雙重傳送，鼓風機監控畫面便可以準確地顯示出鼓風機出現的相應故障，從而簡化維修人員排查故障的步驟，減少維修人員的工作量。

結語

通過上述分析可以看出，高爐鼓風機雖然存在諸多問題，但是通過合理的措施優化后，鼓風機運行狀態明顯穩定了，風機系統運行安全性也有所提高。通過計算，優化后的風機運行成本以及需要的人力大幅降低，風機的運行更加的穩定、高效、安全。

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