汽動(dòng)與電動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

程亞軍，賀利剛

（中節(jié)能（通化）環(huán)保能源有限公司，吉林通化134003）

汽動(dòng)與電動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

程亞軍，賀利剛

（中節(jié)能（通化）環(huán)保能源有限公司，吉林通化134003）

汽動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)組能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)容易保障，但影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素多。電動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行靈活性好，可靠性相對(duì)較高，但能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，經(jīng)濟(jì)性不容易得到保障。兩種拖動(dòng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，選用那種拖動(dòng)方式更為經(jīng)濟(jì)、合理受到廣泛關(guān)注。對(duì)此進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，以求得到明確結(jié)論，并通過分析得出影響經(jīng)濟(jì)性的因素。

高爐鼓風(fēng)機(jī)組；比較；經(jīng)濟(jì)性；效率

前言

高爐鼓風(fēng)機(jī)對(duì)高爐的作用不言而喻，尤其是近些年，隨著新建高爐容量的快速提升，高爐鼓風(fēng)機(jī)組的重要性越發(fā)突出。對(duì)大容量高爐鼓風(fēng)機(jī)組，通常分為汽動(dòng)機(jī)組和電動(dòng)機(jī)組，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)廠區(qū)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高；汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)汽輪機(jī)、鍋爐及其輔機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。兩種拖動(dòng)方式各有利弊，各鋼鐵廠根據(jù)自身特點(diǎn)和管理方式不同有不同的選擇，即選擇汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，或選擇電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，或兩者皆有。在對(duì)兩種拖動(dòng)方式進(jìn)行選擇時(shí)，其中很重要的判斷依據(jù)就是運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，由于汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的汽輪機(jī)為工業(yè)汽輪機(jī)，效率相對(duì)于發(fā)電汽輪機(jī)低，而電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組由于增加了能源轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，中間環(huán)節(jié)的損失增加，哪種拖動(dòng)方式經(jīng)濟(jì)性更好一直是行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，尤其對(duì)大容量高爐的鼓風(fēng)機(jī)組，風(fēng)機(jī)功耗大，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性顯得更加重要。本文著重針對(duì)鋼廠兩種拖動(dòng)方式鼓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，從中得出影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素。

1 某鋼鐵公司鼓風(fēng)機(jī)組、發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)布局及系統(tǒng)簡(jiǎn)化

某鋼鐵公司現(xiàn)有兩套AV80—15汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和一套AV80—15電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，鼓風(fēng)機(jī)組建在高爐鼓風(fēng)站內(nèi)，站內(nèi)還建有2臺(tái)30 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。從圖1可以看出，廠區(qū)用電從兩臺(tái)66/35 kV變壓器取用，1#發(fā)電機(jī)組發(fā)電經(jīng)1#35/10 kV變壓器送往35 kV一段母線，2#發(fā)電機(jī)組發(fā)電經(jīng)2#35/10 kV變壓器送往35 kV二段母線，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組用電從35 kV二段母線經(jīng)2#35/10 kV變壓器取用。

汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，實(shí)質(zhì)上是發(fā)電機(jī)組、電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組與汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的相互替換。為了便于分析問題，我們將系統(tǒng)簡(jiǎn)化，只保留一臺(tái)汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組、一臺(tái)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，作為分析模型見圖2。

圖1 鼓風(fēng)、發(fā)電機(jī)組全面性系統(tǒng)圖

圖2 鼓風(fēng)、發(fā)電機(jī)組原則性系統(tǒng)圖

2 經(jīng)濟(jì)性分析

由于1#發(fā)電機(jī)組、2#發(fā)電機(jī)組和電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組在廠電網(wǎng)所處位置不同，對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性會(huì)有不同的影響，在此先以1#發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組作為典型研究對(duì)象。

假定汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組軸端功耗與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組軸端功耗相等，均為 W0，濁ax為風(fēng)機(jī)機(jī)械效率；Q1、濁i1、濁t(yī)1、濁ax1分別為汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組輸入功率、汽輪機(jī)的內(nèi)效率、循環(huán)熱效率、機(jī)械效率；濁cl、濁g分別為電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組變速箱效率、電動(dòng)機(jī)效率；Q2、濁i2、濁t(yī)2、濁ax2、濁g2分別為發(fā)電機(jī)組輸入功率、汽輪機(jī)的內(nèi)效率、循環(huán)熱效率、機(jī)械效率和發(fā)電機(jī)效率；濁t(yī)r為35/10 kV變壓器效率。

式中：W1——汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的總功耗；

Pzy1——汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的自用電量；

W2——電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和發(fā)電機(jī)組的總功耗；

Pzy2——電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和發(fā)電機(jī)組的總自用電量。

由于Pzy1與Pzy2相差不大，同時(shí)為了便于分析主要因素，暫且將Pzy1與Pzy2視為相等，即Pzy1抑 Pzy2，所以在此主要對(duì)Q1與Q2進(jìn)行對(duì)比分析。

根據(jù)圖2可以得出能耗平衡等式：

其中濁1為汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)綜合效率。

其中濁2為電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)綜合效率，此時(shí)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組所用電量由1#發(fā)電機(jī)組提供。

取濁1和濁2的比值，

其中濁z1=濁i1.濁t(yī)1，為汽動(dòng)鼓風(fēng)系統(tǒng)汽輪機(jī)組能量轉(zhuǎn)換的綜合效率；

濁z2=濁i2.濁t(yī)2，為發(fā)電系統(tǒng)汽輪機(jī)組能量轉(zhuǎn)換的綜合效率。

不論是發(fā)電用汽輪機(jī)還是工業(yè)用汽輪機(jī)，機(jī)械損失所占份額都非常小，機(jī)械效率大都在99%以上，所以可視為機(jī)械效率都相等，即濁ax1抑濁ax2，所以由上式可得

定性分析汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，可從 濁1/濁2與 1 的關(guān)系判斷。若 濁1/濁2約1（即 濁1約濁2或 Q1/Q2躍1），則 濁z1/濁z2約濁cl.濁g.(濁t(yī)r)2.濁g2，從式中可以看出，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組汽輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換綜合效率與發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)能量轉(zhuǎn)換綜合效率的比值小于能量轉(zhuǎn)換其它中間環(huán)節(jié)效率的乘積時(shí)，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性低于電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性；同理，若 濁1/濁2躍1（即此時(shí)汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高于電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

以上是以1#發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組作為典型研究對(duì)象得出的結(jié)論，當(dāng)以2#發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組作為研究對(duì)象時(shí)，由于2#發(fā)電機(jī)組與電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組在同一10 kV母線上，2#發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能直接供給電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，而不經(jīng)過兩臺(tái)35/10 kV變壓器，故沒有變壓器能量轉(zhuǎn)換的損失，即濁t(yī)r=1，

所以，若 濁1/濁2約1，則 濁z1/濁z2約濁cl.濁g.濁g2，此時(shí)汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性低于電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。若濁1/濁2躍1，則 濁z1/濁z2躍濁cl.濁g.濁g2，此時(shí)汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性高于電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

3 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

3.1 效率計(jì)算

某鋼鐵公司鼓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷大約在23~24 MW之間，經(jīng)查設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，此負(fù)荷下的鼓風(fēng)機(jī)組汽輪機(jī)內(nèi)效率 濁i1為 80.5%，循環(huán)效率 濁t(yī)1為35.66%，發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)內(nèi)效率濁i2為85.32%，循環(huán)效率濁t(yī)2為35.58%，機(jī)械效率均視為相等，取濁ax=濁ax1=濁ax2=99%，增速箱效率濁cl為99.2%，電動(dòng)機(jī)效率濁g為 98.12%[5]，發(fā)電機(jī)效率 濁g2為 97.88%，變壓器效率濁t(yī)r在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)時(shí)達(dá)99.5%，現(xiàn)取為99%。

當(dāng)1#發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)：

將上述取值帶入式（1）得：濁1=濁ax.濁i1.濁t(yī)1.濁ax1=99%伊80.5%伊35.66%伊99%=28.14%；

將上述取值帶入式（2）得：濁2=濁ax.濁cl.濁g.濁t(yī)r.濁t(yī)r.濁g2.濁i2.濁t(yī)2.濁ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊99%伊99%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=27.78%；

當(dāng)2#發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)：

濁1值不變，仍為28.14%；

將上述取值帶入式（3）得：濁2=濁ax.濁cl.濁g.濁g2.濁i2.濁t(yī)2.濁ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=28.35%。

從計(jì)算可以看出，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的效率為28.14%，運(yùn)行1#發(fā)電機(jī)組時(shí)，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組與發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合效率為27.78%，比汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組效率低0.36百分點(diǎn)，運(yùn)行2#發(fā)電機(jī)組時(shí)，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組與發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合效率為28.35%，比電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組效率高0.21百分點(diǎn)。

3.2 能耗計(jì)算

汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的輸入功耗為Q1=W0/濁1，運(yùn)行電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組時(shí)的綜合輸入功耗為Q2=W0/濁2，兩種拖動(dòng)方式的輸入功耗差為駐Q=Q1-Q2=W0/濁1-W0/濁2=W0（1/濁1-1/濁2）=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）。

若鼓風(fēng)機(jī)組負(fù)荷為23000 kW，當(dāng)運(yùn)行1#發(fā)電機(jī)組時(shí)，則兩種拖動(dòng)方式的輸入功耗差為駐Q=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）=23000伊（27.78%-28.14%）/（27.78%伊28.14%）=-1059.2 kW，即汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組比電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組每小時(shí)少耗能1059.2 kWh。如果保持變壓器在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，則變壓器的效率可達(dá)到99.5%，此時(shí)電動(dòng)機(jī)組綜合效率濁2可達(dá)28.06%，則功耗僅比汽動(dòng)方式時(shí)多233.0 kW。

當(dāng)運(yùn)行2#發(fā)電機(jī)組時(shí)，則兩種拖動(dòng)方式的輸入功耗差為駐Q=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）=23000伊（28.35%-28.14%）/（28.35%伊28.14%）=605.4 kW，即汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組比電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組每小時(shí)多耗能605.4 kWh。

以上分析計(jì)算是在假設(shè)自耗電相同的情況下得出的，在不同的系統(tǒng)自耗電量也會(huì)有所區(qū)別，在計(jì)算經(jīng)濟(jì)性時(shí)如有必要，還需考慮自耗電。

4 綜述

按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)是能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，效率相對(duì)較高，運(yùn)行成本較低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，故障點(diǎn)多，對(duì)企業(yè)的管理水平要求更高。電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同程度的損耗，這也是大家質(zhì)疑電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的原因。通過分析可以看出，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性取決于每個(gè)環(huán)節(jié)效率的積累和疊加，只有使各環(huán)節(jié)設(shè)備長(zhǎng)期處于良好的狀態(tài)，才能使得電拖方式優(yōu)于汽拖方式。哪種拖動(dòng)方式更加經(jīng)濟(jì)、合理，受以下因素影響：

(1)大型高爐配備的汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組的汽輪機(jī)功率大多在30 MW以下，多采用中壓機(jī)組，機(jī)組效率相對(duì)較低。如果采用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組，鋼鐵廠富余的煤氣用于發(fā)電，很多鋼鐵企業(yè)發(fā)電機(jī)組都選用高壓甚至亞臨界機(jī)組，這些機(jī)組的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中壓機(jī)組，這一效率的提升足以彌補(bǔ)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)帶來的損耗。再則， 工業(yè)汽輪機(jī)組由于強(qiáng)調(diào)機(jī)動(dòng)性能，犧牲了部分效率，相對(duì)發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)效率偏低。所以，選用電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組和高壓、甚至亞臨界發(fā)電機(jī)組的組合模式比汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組模式更合理，可以產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)設(shè)備是否節(jié)能高效。如齒輪箱的效率一般在90%~99%之間，甚至更高，某鋼鐵公司鼓風(fēng)機(jī)組配套瑞士RENK-MAAG公司的產(chǎn)品，效率可達(dá)到99.2%。

(3)設(shè)備是否長(zhǎng)期運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷范圍內(nèi)。如變壓器運(yùn)行負(fù)荷過高或過低，效率會(huì)下降，影響電拖方式的效率。

(4)設(shè)備狀態(tài)是否良好。如汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢；凝汽器管束水側(cè)污垢多，造成機(jī)組真空下降等，都會(huì)使機(jī)組效率下降。

(5)設(shè)備在電網(wǎng)中所處的位置。如2#發(fā)電機(jī)組和電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)組處于同一段10 kV母線，減少了變壓器能源轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)性得到提升。

從以上分析可以看出，兩種拖動(dòng)方式的經(jīng)濟(jì)性受到設(shè)備選型、裝備水平、維護(hù)保養(yǎng)水平、運(yùn)行方式、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等諸多因素影響，同時(shí)也與企業(yè)管理模式相關(guān)，哪一種拖動(dòng)方式更加經(jīng)濟(jì)、合理還需對(duì)這些因素進(jìn)行綜合分析予以評(píng)價(jià)。

[1]朱新華,江運(yùn)漢,張延峰 .電廠汽輪機(jī)[M].北京:水利電力出版社.1991年.P88—121.

[2]變速箱產(chǎn)品說明書及瑞士RENK-MAAG公司官方網(wǎng)站W(wǎng)WW.renk-maag.ch.

Econom ic Comparison of Operation of Steam and Electric Driving Blower for Blast Furnace

Cheng Yajun,He Ligang
（CECEP(Tonghua)Environment-Friendly Energy Co.,Ltd.,Tonghua,Jilin 134003,China）

In steam blast furnace blower unit there are fewer energy conversion links so it is relatively more economical,but there are more factors affecting safe and stable opera-tion;while electric blast furnace blower unit is more flexible in operation with higher relia-bility,but there are more energy conversion links in it,and it is relatively less economical.The two drive types each have its own advantages and disadvantages,so the choice between the two draws much attention.Technical and economic comparative analysis was carried out in the paper in an attempt to get a clear conclusion;and factors influencing the economy were found through the analysis.

blast furnace blower unit；compare；economical efficiency；efficiency

TH44

B

1006-6764(2018)01-0033-04

程亞軍，男，學(xué)士學(xué)位，熱能動(dòng)力工程師，現(xiàn)從事冶金、垃圾焚燒行業(yè)鍋爐、汽輪機(jī)、高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行管理工作。