天铁高炉电动鼓风机应用效能的提升

王岳峰（天津天铁冶金集团有限公司动力厂，河北涉县056404）

0 引言

随着炼铁新区的建设和老区高炉扩容改造，我公司高炉冶炼水平得到大幅度提高，对冷风品质的提升提出了更高要求。动力厂一直致力于加快风机的技术改造和加强技术装备工作，以便更好地满足高炉生产需要，实现高炉鼓风机的长周期安全运行。近年来，随着炼铁生产工艺不断改进，对高炉供风系统提出了更高要求。新区电动鼓风机的投产,以其高效、操作简便等优势成为高炉供风系统的首选方案。

1 设备基本情况

天铁老区有4座700 m3高炉，分别为1#高炉，2#高炉，3#高炉，4#高炉。冷风供应由一台陕鼓生产的AV56型电动鼓风机和多台上海汽轮机厂生产的Z2000型汽轮鼓风机自称，风机和高炉实行一对一方式运行，即一台风机对应一座高炉。

天铁新区建有1座2 800 m3高炉，配套建设有2台AV-90电动鼓风机，风机和高炉实行一对一方式运行，风机一用一备。

1.1 老区供风系统存在的弊端

随着大量新技术新产品的应用，高炉冶炼水平和高炉利用系数相继提高，供风系统的弊端日益显现：

（1）高炉与风机参数不配套。风机供给高炉的冷风参数为低风压，高风量，风压不能满足要求，风量始终有10%～15%的放散浪费。

（2）高炉扩容改造，风机无法进行升级改造。汽轮鼓风机由于结构的限制，无法进行升级改造。

（3）风机产品不成熟，部分功能无法使用，防喘振保护不全，机组运行不安全。机组调节功能不完善，出现高炉紧急放风或憋风情况，系统自动无法调节，因高炉憋风，多台机组出现掉叶片设备事故；风机转子叶片叶根为T型叶根，安装形式决定了高转速运转出现叶片长高的情况，叶片很容易与缸体发生碰磨，发生事故。

1.2 设备状况及管网系统

1.2.1 老区冷风管网系统

老区冷风管网系统配置为4根供风母管，分别接至4座高炉，3台汽轮鼓风机出口由4个配风阀分别接至4座高炉供风母管。电动鼓风机出口分别由配风阀接至3#高炉和4#高炉。

老区冷风管网配备两套拨风系统，其中1#高炉供风管道和2#高炉供风管道之间配制1#拨风系统，3#高炉供风管道和4#高炉供风管道之间配备2#拨风系统。每套拨风系统由2个电动蝶阀和1个快速开关气动阀组成。当其中一台鼓风机发生事故不能提供冷风时，在条件满足的情况下投入相应拨风系统，由另一台鼓风机拨风至事故机组对应高炉，保证高炉风口不罐渣，避免高炉出现重大事故，影响高炉生产。

老区冷风管网系统如图1所示。

图1 老区冷风管网系统

1.2.2 新区鼓风机参数及管网系统

型号：AV90-15全静叶可调轴流压缩机。

台数：2台（一用一备）。

天铁新区建有1座2 800 m36#高炉，配套建设有2台AV-90电动鼓风机，风机和高炉实行一对一方式运行，风机一用一备。其冷风管网配置为两台鼓风机出口通过相应配风阀直接接至高炉供风母管。其中2台电鼓之间有一套拨风系统，当其中一台电鼓事故状态下紧急备用。

图2 新区冷风管网系统

1.3 技术开发理论分析

按照老区高炉耗冷风1 650 Nm3/min、风压0.31 MPa计算，3座高炉冬季需要风量约5 000 Nm3/min，夏季需要风量约5 400 Nm3/min。新区AV-90电动鼓风机设计最大工作点为风量6 400 Nm3/min，风压0.47 MPa，功率35 000 kW，为保证机组运行安全，风机实际运行可为冬季风量5 000 Nm3/min，出口风温210℃，风压0.35 MPa，功率21 000 kW；夏季风量5 400 Nm3/min，出口风温240℃，风压0.35 MPa，功率23 000 kW。按设计参数可以同时为3台高炉提供冷风。

2 系统安全及精准调节

2.1 安全性

采取以新区一台电动鼓风机代替老区3台鼓风机为老区3座高炉提供冷风供风方案，即“一拖三”供风模式，为防止因为电鼓故障造成高炉事故扩大，可采取以下几种解决方案：

（1）新区另一台电鼓做备机，日常定期盘车，保证油温，当运行电鼓故障，备用机组直接启动可保证送风要求。

（2）新区2台电鼓之间有1套拨风系统可投入备用。当2台电鼓同时运行时，若其中一台电鼓出现故障，通过拨风系统可互相拨风，保证供风系统不断风。

（3）老区3台风机可作备机：新区电鼓送风正常后，老区3台鼓风机停下后可做备机使用，便于日常生产调节。

（4）老区2#拨风系统可投入备用，即3#高炉和4#高炉供风管网之间可相互拨风，当其中一座高炉供风管路出现故障，可投入2#拨风系统，保证管路不断风。

2.2 精准调节

2.2.1 新区电鼓自控系统实现精准调节

AV90-15鼓风机是全静叶可调式轴流风机，其运行方式灵活，正常运行时，可采取定风压或者定流量两种运行方式，具有操作简便的特点，可以按照高炉对冷风参数要求自动调整。

（1）电动鼓风机定压力调节，当压力的设定值与实际值偏差超过30 kPa时，跳出自动压力调节，静叶保持。

（2）电动鼓风机定风量调节，当风量的设定值与实际值偏差超过150 Nm3/min时，跳出自动流量调节，静叶保持。

在保证高炉憋风等异常情况下，静叶可以保持一定开度，防止机组喘振。在运行工况画面上有两条线，分别是喘振线和防喘调节线，如图3所示。

图3 静叶控制画面

机组正常运行时，工况点在防喘调节线以下，若工况点上移至防喘调节线，机组将自动控制防喘振阀的打开，直至将工况点调节至防喘调节线以下（该过程报警）。防喘振阀也可手动操作。

当工况点上移超过喘振线时，机组进入安全运行状态：静叶关到22°，防喘阀全开，逆止阀强制关闭，报警且产生报警记录。

2.2.2 老区集中控制系统自动调节

（1）当投入定风压自动控制模式时：拨风系统的气动调节阀根据风压自动调节，可设定风压设定值为SP值，风压过程值作为PV值投自动。正常运行时，过程压力PV跟踪设定压力SP值自动调整气动调节阀开度，满足供风需要。当过程压力PV大于或小于设定压力SP值15 kPa，或过程压力PV大于290 kPa(高压保护线)时，系统由“定风压模式”自动跳出到“手动模式”，报警并记录，人工干预调节。定风压自动调节可实现“手/自动”无扰切换。

（2）当投入定风量自动控制模式时：拨风系统的气动调节阀根据风量自动调节，可设定风量设定值为SP值，风量过程值作为PV值投自动。正常运行时，过程风量PV跟踪设定风量SP值自动调整气动调节阀开度，满足供风需要。当过程风量PV大于或小于设定风量SP值100 Nm3/min，或风量大于2 100 Nm3/min时，跳手动，系统由“定风量模式”自动跳出到“手动模式”；定风量自动调节可实现“手/自动”无扰切换。

（3）系统高压保护：“一拖三”拨风系统设置了电动放风阀门，用于风压超过高压保护线后，自动放风，直至风压低于高压保护线后，放风门停止打开保持原位，由操作人员确认后，手动关闭或打开。

P过程压力＞28 0kPa时，提示放风报警，并记录。

P过程压力＞290 kPa时，电动门打开放风，直到P过程压力 ＜280 kPa时，放风门停止打开保持原位，需要关闭时手动关闭。

3 控制画面及控制方式

3.1 高炉供风系统

通过1#高炉供风系统画面（见图4），可以实现对1#高炉气动调节阀FZ1101的定风压、定风量的手动/自动投切操作。

图4 高炉供风系统流程画面

1#高炉供风系统见图5。在手动状态下，通过点击阀门开度指令“加 1,加 5，减 1，减5”按钮，手动开/关1#高炉气动调节阀FZ1101，实现高炉风压的调节。

图5 1#高炉供风系统

选择定风压模式后，投入自动控制，通过压力设定按钮“加1，减1”，实现压力设定，气动调节阀根据压力设定进行调节，最终使过程压力PT1102、PT1103趋近于设定压力。过程压力在此画面中通过符号“√”来进行选择。

选择定风量模式后，投入自动控制，通过风量设定按钮“加5，加10，减5,减10”，实现风量设定，气动调节阀根据风量设定进行调节，最终使过程风量FT1101趋近于设定风量。

1#高炉放风阀，通过“投入”、“切除”按钮，实现高压保护的联锁投切，切除保护后，通过操作“打开”、“关闭”按钮实现手动放风操作。

画面还可通过监控高炉的运行状态：“换炉开始 ”、“换 炉 结 束”“ 拉 风 坐 料 ”“紧 急 休风 ”“ 长 期 休风”进行生产调整。

其中3#、4#高炉供风系统是同一根支管供风，即：向3#高炉供风时就不能向4#高炉供风，向4#高炉供风时就不能向3#高炉供风。气动调节阀为同一台阀门，即FZ1301，风向由高炉的配风阀决定。

3.2 历史记录趋势

通过历史记录趋势图，可以查看各个高炉供风系统的参数，极大地方便了生产运行、记录查询、故障判断等操作的需求。

3.3 PID画面

系统PID画面中可以监控各高炉自动供风时的运行曲线及状态参数，同时也可以对各高炉的气动调节阀门进行手/自动的操作和定风压、定风量模式的选择。

系统PID调节画面见图6。在该画面中，在工程师权限下可以设定PID调节器比例、积分、微分等参数。其中定风压、定风量PID参数分别设定。

图6 系统PID调节画面

3.4 报警和操作记录

在系统运行过程中，当系统由“自动”跳出到“手动”时，进行电铃提示报警；当系统风压达到高压保护放风报警线时，进行放风报警。

在工程师权限下，通过报警画面设定各个参数的报警设定值。在系统正常运行中，当运行数据越过报警设定值时，系统报警电铃响启，并在报警画面提示报警信息；报警确认后电铃声停，此时报警若依然存在，则信息显示红色；若报警消失，则提示信息变为蓝色，即运行数据不再越限报警，已在正常数值内。

系统对操作员的各种手动操作或干预进行记录，以便系统出现故障后进行查询和故障判断。

4 运行效果

在“一拖三”系统投运两年多期间，各项冷风参数均能满足高炉生产需要。与原汽轮鼓风机供风方式相比，其供风压力、流量更加稳定，系统调节更加灵活高效。在系统换炉过程中，压力、流量变化相应平缓，能够满足换炉参数要求。

系统供风压力可达到310 kPa，较之前提高风压约50 kPa，供风温度达210℃，较之前提高约60℃。高炉日最高出铁产量较之前提高约15%。在节约热风炉燃料消耗及“大风压”运行模式下，高炉产量提高效果非常明显。

5 结束语

用1台鼓风机同时向3台高炉供风在国内尚属首次尝试，通过前期试验“一拖二”运行状态良好，后试验“一拖三”，在系统投运1年多期间，整个系统运行状态良好，各台高炉供风全部投入自动控制运行，供风压力、流量更加稳定，电动鼓风机根据系统要求可自动调整负荷，冷风放散基本为零，整个机组在经济状态下运行。该技术已在天铁开发并成熟应用，对于高炉经过多次扩容改造但鼓风机未同步改造或已达到供风极限机组，且同时存在多座类似情况的高炉具有广泛的推广价值。