天鐵高爐電動鼓風機應用效能的提升

王岳峰（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣056404）

0 引言

隨著煉鐵新區的建設和老區高爐擴容改造，我公司高爐冶煉水平得到大幅度提高，對冷風品質的提升提出了更高要求。動力廠一直致力于加快風機的技術改造和加強技術裝備工作，以便更好地滿足高爐生產需要，實現高爐鼓風機的長周期安全運行。近年來，隨著煉鐵生產工藝不斷改進，對高爐供風系統提出了更高要求。新區電動鼓風機的投產,以其高效、操作簡便等優勢成為高爐供風系統的首選方案。

1 設備基本情況

天鐵老區有4座700 m3高爐，分別為1#高爐，2#高爐，3#高爐，4#高爐。冷風供應由一臺陜鼓生產的AV56型電動鼓風機和多臺上海汽輪機廠生產的Z2000型汽輪鼓風機自稱，風機和高爐實行一對一方式運行，即一臺風機對應一座高爐。

天鐵新區建有1座2 800 m3高爐，配套建設有2臺AV-90電動鼓風機，風機和高爐實行一對一方式運行，風機一用一備。

1.1 老區供風系統存在的弊端

隨著大量新技術新產品的應用，高爐冶煉水平和高爐利用系數相繼提高，供風系統的弊端日益顯現：

（1）高爐與風機參數不配套。風機供給高爐的冷風參數為低風壓，高風量，風壓不能滿足要求，風量始終有10%～15%的放散浪費。

（2）高爐擴容改造，風機無法進行升級改造。汽輪鼓風機由于結構的限制，無法進行升級改造。

（3）風機產品不成熟，部分功能無法使用，防喘振保護不全，機組運行不安全。機組調節功能不完善，出現高爐緊急放風或憋風情況，系統自動無法調節，因高爐憋風，多臺機組出現掉葉片設備事故；風機轉子葉片葉根為T型葉根，安裝形式決定了高轉速運轉出現葉片長高的情況，葉片很容易與缸體發生碰磨，發生事故。

1.2 設備狀況及管網系統

1.2.1 老區冷風管網系統

老區冷風管網系統配置為4根供風母管，分別接至4座高爐，3臺汽輪鼓風機出口由4個配風閥分別接至4座高爐供風母管。電動鼓風機出口分別由配風閥接至3#高爐和4#高爐。

老區冷風管網配備兩套撥風系統，其中1#高爐供風管道和2#高爐供風管道之間配制1#撥風系統，3#高爐供風管道和4#高爐供風管道之間配備2#撥風系統。每套撥風系統由2個電動蝶閥和1個快速開關氣動閥組成。當其中一臺鼓風機發生事故不能提供冷風時，在條件滿足的情況下投入相應撥風系統，由另一臺鼓風機撥風至事故機組對應高爐，保證高爐風口不罐渣，避免高爐出現重大事故，影響高爐生產。

老區冷風管網系統如圖1所示。

圖1 老區冷風管網系統

1.2.2 新區鼓風機參數及管網系統

型號：AV90-15全靜葉可調軸流壓縮機。

臺數：2臺（一用一備）。

天鐵新區建有1座2 800 m36#高爐，配套建設有2臺AV-90電動鼓風機，風機和高爐實行一對一方式運行，風機一用一備。其冷風管網配置為兩臺鼓風機出口通過相應配風閥直接接至高爐供風母管。其中2臺電鼓之間有一套撥風系統，當其中一臺電鼓事故狀態下緊急備用。

圖2 新區冷風管網系統

1.3 技術開發理論分析

按照老區高爐耗冷風1 650 Nm3/min、風壓0.31 MPa計算，3座高爐冬季需要風量約5 000 Nm3/min，夏季需要風量約5 400 Nm3/min。新區AV-90電動鼓風機設計最大工作點為風量6 400 Nm3/min，風壓0.47 MPa，功率35 000 kW，為保證機組運行安全，風機實際運行可為冬季風量5 000 Nm3/min，出口風溫210℃，風壓0.35 MPa，功率21 000 kW；夏季風量5 400 Nm3/min，出口風溫240℃，風壓0.35 MPa，功率23 000 kW。按設計參數可以同時為3臺高爐提供冷風。

2 系統安全及精準調節

2.1 安全性

采取以新區一臺電動鼓風機代替老區3臺鼓風機為老區3座高爐提供冷風供風方案，即“一拖三”供風模式，為防止因為電鼓故障造成高爐事故擴大，可采取以下幾種解決方案：

（1）新區另一臺電鼓做備機，日常定期盤車，保證油溫，當運行電鼓故障，備用機組直接啟動可保證送風要求。

（2）新區2臺電鼓之間有1套撥風系統可投入備用。當2臺電鼓同時運行時，若其中一臺電鼓出現故障，通過撥風系統可互相撥風，保證供風系統不斷風。

（3）老區3臺風機可作備機：新區電鼓送風正常后，老區3臺鼓風機停下后可做備機使用，便于日常生產調節。

（4）老區2#撥風系統可投入備用，即3#高爐和4#高爐供風管網之間可相互撥風，當其中一座高爐供風管路出現故障，可投入2#撥風系統，保證管路不斷風。

2.2 精準調節

2.2.1 新區電鼓自控系統實現精準調節

AV90-15鼓風機是全靜葉可調式軸流風機，其運行方式靈活，正常運行時，可采取定風壓或者定流量兩種運行方式，具有操作簡便的特點，可以按照高爐對冷風參數要求自動調整。

（1）電動鼓風機定壓力調節，當壓力的設定值與實際值偏差超過30 kPa時，跳出自動壓力調節，靜葉保持。

（2）電動鼓風機定風量調節，當風量的設定值與實際值偏差超過150 Nm3/min時，跳出自動流量調節，靜葉保持。

在保證高爐憋風等異常情況下，靜葉可以保持一定開度，防止機組喘振。在運行工況畫面上有兩條線，分別是喘振線和防喘調節線，如圖3所示。

圖3 靜葉控制畫面

機組正常運行時，工況點在防喘調節線以下，若工況點上移至防喘調節線，機組將自動控制防喘振閥的打開，直至將工況點調節至防喘調節線以下（該過程報警）。防喘振閥也可手動操作。

當工況點上移超過喘振線時，機組進入安全運行狀態：靜葉關到22°，防喘閥全開，逆止閥強制關閉，報警且產生報警記錄。

2.2.2 老區集中控制系統自動調節

（1）當投入定風壓自動控制模式時：撥風系統的氣動調節閥根據風壓自動調節，可設定風壓設定值為SP值，風壓過程值作為PV值投自動。正常運行時，過程壓力PV跟蹤設定壓力SP值自動調整氣動調節閥開度，滿足供風需要。當過程壓力PV大于或小于設定壓力SP值15 kPa，或過程壓力PV大于290 kPa(高壓保護線)時，系統由“定風壓模式”自動跳出到“手動模式”，報警并記錄，人工干預調節。定風壓自動調節可實現“手/自動”無擾切換。

（2）當投入定風量自動控制模式時：撥風系統的氣動調節閥根據風量自動調節，可設定風量設定值為SP值，風量過程值作為PV值投自動。正常運行時，過程風量PV跟蹤設定風量SP值自動調整氣動調節閥開度，滿足供風需要。當過程風量PV大于或小于設定風量SP值100 Nm3/min，或風量大于2 100 Nm3/min時，跳手動，系統由“定風量模式”自動跳出到“手動模式”；定風量自動調節可實現“手/自動”無擾切換。

（3）系統高壓保護：“一拖三”撥風系統設置了電動放風閥門，用于風壓超過高壓保護線后，自動放風，直至風壓低于高壓保護線后，放風門停止打開保持原位，由操作人員確認后，手動關閉或打開。

P過程壓力＞28 0kPa時，提示放風報警，并記錄。

P過程壓力＞290 kPa時，電動門打開放風，直到P過程壓力 ＜280 kPa時，放風門停止打開保持原位，需要關閉時手動關閉。

3 控制畫面及控制方式

3.1 高爐供風系統

通過1#高爐供風系統畫面（見圖4），可以實現對1#高爐氣動調節閥FZ1101的定風壓、定風量的手動/自動投切操作。

圖4 高爐供風系統流程畫面

1#高爐供風系統見圖5。在手動狀態下，通過點擊閥門開度指令“加 1,加 5，減 1，減5”按鈕，手動開/關1#高爐氣動調節閥FZ1101，實現高爐風壓的調節。

圖5 1#高爐供風系統

選擇定風壓模式后，投入自動控制，通過壓力設定按鈕“加1，減1”，實現壓力設定，氣動調節閥根據壓力設定進行調節，最終使過程壓力PT1102、PT1103趨近于設定壓力。過程壓力在此畫面中通過符號“√”來進行選擇。

選擇定風量模式后，投入自動控制，通過風量設定按鈕“加5，加10，減5,減10”，實現風量設定，氣動調節閥根據風量設定進行調節，最終使過程風量FT1101趨近于設定風量。

1#高爐放風閥，通過“投入”、“切除”按鈕，實現高壓保護的聯鎖投切，切除保護后，通過操作“打開”、“關閉”按鈕實現手動放風操作。

畫面還可通過監控高爐的運行狀態：“換爐開始 ”、“換 爐 結 束”“ 拉 風 坐 料 ”“緊 急 休風 ”“ 長 期 休風”進行生產調整。

其中3#、4#高爐供風系統是同一根支管供風，即：向3#高爐供風時就不能向4#高爐供風，向4#高爐供風時就不能向3#高爐供風。氣動調節閥為同一臺閥門，即FZ1301，風向由高爐的配風閥決定。

3.2 歷史記錄趨勢

通過歷史記錄趨勢圖，可以查看各個高爐供風系統的參數，極大地方便了生產運行、記錄查詢、故障判斷等操作的需求。

3.3 PID畫面

系統PID畫面中可以監控各高爐自動供風時的運行曲線及狀態參數，同時也可以對各高爐的氣動調節閥門進行手/自動的操作和定風壓、定風量模式的選擇。

系統PID調節畫面見圖6。在該畫面中，在工程師權限下可以設定PID調節器比例、積分、微分等參數。其中定風壓、定風量PID參數分別設定。

圖6 系統PID調節畫面

3.4 報警和操作記錄

在系統運行過程中，當系統由“自動”跳出到“手動”時，進行電鈴提示報警；當系統風壓達到高壓保護放風報警線時，進行放風報警。

在工程師權限下，通過報警畫面設定各個參數的報警設定值。在系統正常運行中，當運行數據越過報警設定值時，系統報警電鈴響啟，并在報警畫面提示報警信息；報警確認后電鈴聲停，此時報警若依然存在，則信息顯示紅色；若報警消失，則提示信息變為藍色，即運行數據不再越限報警，已在正常數值內。

系統對操作員的各種手動操作或干預進行記錄，以便系統出現故障后進行查詢和故障判斷。

4 運行效果

在“一拖三”系統投運兩年多期間，各項冷風參數均能滿足高爐生產需要。與原汽輪鼓風機供風方式相比，其供風壓力、流量更加穩定，系統調節更加靈活高效。在系統換爐過程中，壓力、流量變化相應平緩，能夠滿足換爐參數要求。

系統供風壓力可達到310 kPa，較之前提高風壓約50 kPa，供風溫度達210℃，較之前提高約60℃。高爐日最高出鐵產量較之前提高約15%。在節約熱風爐燃料消耗及“大風壓”運行模式下，高爐產量提高效果非常明顯。

5 結束語

用1臺鼓風機同時向3臺高爐供風在國內尚屬首次嘗試，通過前期試驗“一拖二”運行狀態良好，后試驗“一拖三”，在系統投運1年多期間，整個系統運行狀態良好，各臺高爐供風全部投入自動控制運行，供風壓力、流量更加穩定，電動鼓風機根據系統要求可自動調整負荷，冷風放散基本為零，整個機組在經濟狀態下運行。該技術已在天鐵開發并成熟應用，對于高爐經過多次擴容改造但鼓風機未同步改造或已達到供風極限機組，且同時存在多座類似情況的高爐具有廣泛的推廣價值。