新?lián)徜? 號高爐鼓風機運行狀況分析

王建同，付 江

（1.中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176；2.撫順新鋼鐵有限責任公司，遼寧113001）

0 引言

高爐鼓風機是高爐生產(chǎn)的一個主要設(shè)備，其作用是向高爐送風，以提供高爐中燃料燃燒所需的氧氣；同時還要提供一定的送風壓力以克服全部送風系統(tǒng)的阻損，最終保證高爐維持一定的爐頂壓力。因此，對高爐鼓風機進行科學(xué)選型以保證高爐正常生產(chǎn)，是高爐公輔設(shè)計中的一個重要的內(nèi)容，如果風機選型不當，對高爐的正常生產(chǎn)以及對鼓風機自身都會帶來較大的影響。

撫順新鋼鐵有限責任公司（下稱新?lián)徜摚? 號高爐于2005 年建成投產(chǎn)，公稱爐容450 m3，配置了陜西鼓風機廠制造的AV45-12 軸流風機。但自高爐投產(chǎn)以后，隨著高爐生產(chǎn)情況的調(diào)整以及強化程度的提高，發(fā)現(xiàn)該風機經(jīng)常性的自動跳閘放風，導(dǎo)致操作人員不得不對風機持續(xù)進行放風操作，以避免出現(xiàn)風機頻繁跳閘的情況。本文介紹了新?lián)徜? 號高爐及風機實際運行情況，對引起風機自動跳閘放風的原因進行了分析。通過將3 號高爐實際需要風機運行工況與風機原設(shè)計工況點比對，發(fā)現(xiàn)了該風機異常運行的原因，并提出了改造方案。

1 新?lián)徜? 號高爐及風機實際運行情況

關(guān)于新?lián)徜? 號高爐及其配套風機，經(jīng)現(xiàn)場搜集設(shè)備資料和實際調(diào)查高爐生產(chǎn)狀況，獲得了鋼3號高爐相關(guān)數(shù)據(jù)。3 號高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表1 所示，風機參數(shù)如表2 所示。3 號高爐風機計算機實際監(jiān)控畫面如圖1 所示。根據(jù)搜集風機設(shè)備資料數(shù)據(jù)及現(xiàn)場風機監(jiān)控畫面顯示數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)下述情況：

圖1 3 號高爐風機控制畫面

表1 3 號高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)

表2 3 號高爐風機參數(shù)

（1）風機選型時確定的主要工況運行參數(shù)（銘牌參數(shù)） 為：風機出口壓力～300 KPa，風量～1 774 Nm3/min。

（2）從3 號高爐風機計算機監(jiān)控畫面上可以看到，目前的高爐鼓風機運行工況點（放風狀態(tài)下）距離報警線、防喘振線都非常近。

2 高爐風機異常運行狀態(tài)原因分析

2.1 高爐實際需要風機運行參數(shù)理論計算

根據(jù)現(xiàn)在3 號高爐日產(chǎn)量1 800 噸鐵水要求，以及目前的燃料比（540 kg/t，其中噴煤155 kg/t）、爐頂壓力（165 kPa）、全壓差（114 kPa）等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以對適合目前高爐生產(chǎn)條件的風機進行理論選型。

（1）所需風機出口壓力計算。根據(jù)公式：鼓風機出口所需壓力=爐頂壓力+爐內(nèi)料柱阻損+送風管路系統(tǒng)的阻力損失[1]，其中送風管路系統(tǒng)阻損根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)可以確定為38 kPa。所以，3 號高爐風機出口壓力可以計算出結(jié)果約為320 kPa（相對壓力）。

（2）所需風機風量計算。根據(jù)公式：不富氧入爐風量=高爐日產(chǎn)鐵水量×噸鐵耗風量，其中噸鐵耗風量，根據(jù)現(xiàn)有高爐燃料比可以取值為1 310 Nm3/t，則不富氧時的入爐風量計算結(jié)果為1 640 Nm3/min；又根據(jù)富氧時的入爐風量計算公式：富氧入爐風量=不富氧入爐風量×富氧折算系數(shù)，其中富氧折算系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)有的富氧量（4 800 Nm3/h）經(jīng)計算可取值為0.82，則富氧時的入爐風量計算結(jié)果為～1 350 Nm3/min。

依據(jù)上述計算，目前3 號高爐實際需要的風機運行參數(shù)理論計算數(shù)據(jù)應(yīng)為：風機出口壓力～320 kPa，風機出口風量～1 380 Nm3/min（含30 Nm3/min的管路漏風損失）。

2.2 風機異常運行狀況分析

通過上述計算可以看出，風機原設(shè)計工況點與實際需要的工況點相比，原設(shè)計工況點處于目前風機運行工況點的右下側(cè)，距離喘振報警線和防喘振線比較遠，不易發(fā)生風機跳閘現(xiàn)象，此時風機可以安全穩(wěn)定運行，也不用放風。

由于撫順新鋼鐵3 號高爐原始設(shè)計資料遺失，我們沒有找到高爐初始設(shè)計時的設(shè)計生產(chǎn)指標，故假定高爐設(shè)計指標與風機銘牌指標一致。那么可以看到目前高爐的運行狀況相比初始設(shè)計指標有兩處明顯的不同：一是高爐實際所需入爐風量偏低，特別是在采取高富氧的強化措施之后，這更導(dǎo)致高爐風機出口風量降低；二是更高的頂壓操作導(dǎo)致風機出口壓力增大。這兩個生產(chǎn)條件的變化就會導(dǎo)致風機實際運行工況點會向左上方移動，處于超過報警線，并且非常接近防喘振線的位置，所以一旦高爐送風系統(tǒng)有微小的工況波動，風機運行點就可能就會越過防喘振線，引起風機跳閘。因此實際操作中，風機操作人員不得不在維持風機出口壓力的同時，加大風機出口風量（但又不能鼓入爐內(nèi)），以向右移動風機工況點遠離喘振報警線和防喘振線。

綜上所述，3 號高爐風機需要持續(xù)放風以維持風機正常運轉(zhuǎn)的原因，這就是風機選型時預(yù)定的高爐生產(chǎn)狀況與高爐實際的生產(chǎn)狀況差別較大所導(dǎo)致。

3 高爐操作擬采取應(yīng)對措施的分析

根據(jù)上述分析，為保證3 號高爐風機安全穩(wěn)定運行，目前可以考慮以下的應(yīng)對處理措施：

（1）提高風機出口風壓和風機出口壓力限制，主要通過風機返廠增加1 級葉片實現(xiàn)；

（2）降低高爐爐頂壓力；

（3）維持目前狀態(tài)，風機放風運行。

這三種措施也會帶來不同問題：對于風機加級改造，轉(zhuǎn)子返廠一般需要1 個月左右的改造周期，但目前3 號高爐有備用風機，風機改造不會對3 號高爐的正常生產(chǎn)帶來較大影響；對于降低爐頂壓力，這必然需要調(diào)整3 號高爐的操作制度，肯定會對高爐的生產(chǎn)指標帶來較大影響；對于風機繼續(xù)放風運行，也就是維持目前的實際生產(chǎn)狀況，肯定會增加電耗，并同時產(chǎn)生較大噪聲。

4 高爐風機改造方案的確定

根據(jù)上述分析，建議新?lián)徜撘藢? 號高爐風機進行加級改造，以保證風機運行工況點能適應(yīng)目前的高爐生產(chǎn)需求。考慮到高爐的實際風量、風壓需求，結(jié)合風機供貨廠家進行的理論計算，本文對3號高爐生產(chǎn)指標和風機運行參數(shù)進行了測算。風機改造后3 號高爐生產(chǎn)指標測算如表3 所示，風機參數(shù)測算如表4 所示。風機改造前后控制畫面對比模擬如圖2 所示。

表3 風機改造后3 號高爐生產(chǎn)指標測算

表4 風機改造后3 號高爐風機參數(shù)測算

圖2 中，左邊的工況點和4 條虛線，為風機改造后工況點和風機喘振線、防喘振線、喘振報警線以及出口壓力限制線；右邊的工況點和4 條實線，為風機改造前工況點和風機喘振線、防喘振線、喘振報警線及出口壓力限制線。從圖2 可以看到，由于風機加級后出口壓力限制線向上移動，防喘振線向左向上移動，風機工況點雖然因為出口風量減少也會向左略有移動，但與報警線仍有一定間隔，可以保證風機的安全平穩(wěn)運行。

圖2 風機改造前后控制畫面對比模擬

這種情況下，不僅風機出口風量可以降低不用再放風，直接減少了放風帶來的能源消耗，而且還可以適當摸索提高爐頂壓力（此時高爐可以接受更大的入爐風量），有助于對高爐進一步強化操作[2]。考慮到前文的風機異常原因分析和上述的風機改造結(jié)果計算和模擬，最終新?lián)徜摴敬_定了對3 號高爐風機改造的措施，即擇機將該風機送回陜鼓廠進行加級改造。

5 結(jié)語

通過對新?lián)徜? 號高爐風機異常運行狀況的分析，結(jié)合風機改造結(jié)果計算和模擬，最終確定了3號高爐風機改造的方案和措施，即將該風機送回陜鼓廠進行加級改造。下一階段還將跟蹤風機改造后的實際工作情況，以確定改造的實際效果。此次3號高爐風機改造為今后高爐風機選型提供了借鑒，同時也積累了經(jīng)驗。

（1）高爐風機在選型時，一定要確保設(shè)計預(yù)定的風機工況與風機實際運行狀況基本一致，不能有太大的偏差。否則肯定會出現(xiàn)問題，要么會影響風機安全、高效、低耗運行，要么就會迫使高爐不能按照操作者的要求工況進行生產(chǎn)。

（2）關(guān)于風機改造后的工作狀態(tài)，可以通過理論計算模擬出來，為風機進行改造的決策提供依據(jù)。