王岳峰

（天津天鐵冶金集團有限公司動力廠，河北涉縣 056404）

[摘 要] 通過分析高爐配套的 AV-90 電動鼓風(fēng)機的工作參數(shù)、老區(qū)三座高爐所需風(fēng)量和風(fēng)壓，制定了以一臺AV-90 電動鼓風(fēng)機代替老區(qū)三臺小鼓風(fēng)機為老區(qū)三座高爐提供冷風(fēng)的供風(fēng)方案，實施后解決了舊風(fēng)機風(fēng)壓不足、風(fēng)量過大、無法升級、防喘振保護不全、調(diào)節(jié)功能不完善等問題。

[關(guān)鍵詞] 電動鼓風(fēng)機；風(fēng)量；風(fēng)壓；放散；高爐；喘振

0  引言

隨著煉鐵新區(qū)的建設(shè)和老區(qū)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(fēng)品質(zhì)的提升提出了更高要求。動力廠一直致力于加快風(fēng)機的技術(shù)改造和加強技術(shù)裝備工作，以便更好地滿足高爐生產(chǎn)需要，實現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機的長周期安全運行。近年來，隨著煉鐵生產(chǎn)工藝不斷改進，對高爐供風(fēng)系統(tǒng)提出了更高要求。新區(qū)電動鼓風(fēng)機的投產(chǎn),以其高效、操作簡便等優(yōu)勢成為高爐供風(fēng)系統(tǒng)的首選方案。

1 設(shè)備基本情況

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

天鐵新區(qū)建有 1 座 2 800 m³ 高爐，配套建設(shè)有2 臺 AV-90 電動鼓風(fēng)機，風(fēng)機和高爐實行一對一方式運行，風(fēng)機一用一備。

1.1 老區(qū)供風(fēng)系統(tǒng)存在的弊端

隨著大量新技術(shù)新產(chǎn)品的應(yīng)用，高爐冶煉水平和高爐利用系數(shù)相繼提高，供風(fēng)系統(tǒng)的弊端日益顯現(xiàn)：

（1）高爐與風(fēng)機參數(shù)不配套。風(fēng)機供給高爐的冷風(fēng)參數(shù)為低風(fēng)壓，高風(fēng)量，風(fēng)壓不能滿足要求，風(fēng)量始終有 10%~15%的放散浪費。

（2）高爐擴容改造，風(fēng)機無法進行升級改造。汽輪鼓風(fēng)機由于結(jié)構(gòu)的限制，無法進行升級改造。

（3）風(fēng)機產(chǎn)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(diào)節(jié)功能不完善，出現(xiàn)高爐緊急放風(fēng)或憋風(fēng)情況，系統(tǒng)自動無法調(diào)節(jié)，因高爐憋風(fēng)，多臺機組出現(xiàn)掉葉片設(shè)備事故；

風(fēng)機轉(zhuǎn)子葉片葉根為 T 型葉根，安裝形式?jīng)Q定了高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)出現(xiàn)葉片長高的情況，葉片很容易與缸體發(fā)生碰磨，發(fā)生事故。

1.2 設(shè)備狀況及管網(wǎng)系統(tǒng)

1.2.1 老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)配置為 4 根供風(fēng)母管，分別接至 4 座高爐，3 臺汽輪鼓風(fēng)機出口由 4 個配風(fēng)閥分別接至 4 座高爐供風(fēng)母管。電動鼓風(fēng)機出口分別由配風(fēng)閥接至 3# 高爐和 4#高爐。

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)配備兩套撥風(fēng)系統(tǒng)，其中 1# 高爐 供風(fēng)管道和 2# 高爐供風(fēng)管道之間配1# 撥風(fēng)系統(tǒng)，3# 高爐供風(fēng)管道和 4# 高爐供風(fēng)管道之間配備 2# 撥風(fēng)系統(tǒng)。每套撥風(fēng)系統(tǒng)由 2 個電動蝶閥和 1 個快速開關(guān)氣動閥組成。當(dāng)其中一臺鼓風(fēng)機發(fā)生事故不能提供冷風(fēng)時，在條件滿足的情況下投入相應(yīng)撥風(fēng)系統(tǒng)，由另一臺鼓風(fēng)機撥風(fēng)至事故機組對應(yīng)高爐，保證高爐風(fēng)口不罐渣，避免高爐出現(xiàn)重大事故，影響高爐生產(chǎn)。

老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)如圖 1 所示。

1.2.2 新區(qū)鼓風(fēng)機參數(shù)及管網(wǎng)系統(tǒng)

型號：AV90-15 全靜葉可調(diào)軸流壓縮機。

臺數(shù)：2 臺（一用一備）。

天鐵新區(qū)建有 1 座 2 800 m³ 6# 高爐，配套建設(shè)有 2 臺 AV-90 電動鼓風(fēng)機，風(fēng)機和高爐實行一對一方式運行，風(fēng)機一用一備。其冷風(fēng)管網(wǎng)配置為兩臺鼓風(fēng)機出口通過相應(yīng)配風(fēng)閥直接接至高爐供風(fēng)母管。其中 2 臺電鼓之間有一套撥風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺電鼓事故狀態(tài)下緊急備用。

1.3 技術(shù)開發(fā)理論分析

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

2 系統(tǒng)安全及精準調(diào)節(jié)

2.1 安全性

采取以新區(qū)一臺電動鼓風(fēng)機代替老區(qū) 3 臺鼓風(fēng)機為老區(qū) 3 座高爐提供冷風(fēng)供風(fēng)方案，即“一拖三”供風(fēng)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(qū)另一臺電鼓做備機，日常定期盤車，保證油溫，當(dāng)運行電鼓故障，備用機組直接啟動可保證送風(fēng)要求。

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

（3）老區(qū) 3 臺風(fēng)機可作備機：新區(qū)電鼓送風(fēng)正常后，老區(qū) 3 臺鼓風(fēng)機停下后可做備機使用，便于日常生產(chǎn)調(diào)節(jié)。

（4）老區(qū) 2# 撥風(fēng)系統(tǒng)可投入備用，即 3# 高爐和4# 高爐供風(fēng)管網(wǎng)之間可相互撥風(fēng)，當(dāng)其中一座高爐供風(fēng)管路出現(xiàn)故障，可投入 2# 撥風(fēng)系統(tǒng)，保證管路不斷風(fēng)。

2.2 精準調(diào)節(jié)

2.2.1 新區(qū)電鼓自控系統(tǒng)實現(xiàn)精準調(diào)節(jié)

AV90-15 鼓風(fēng)機是全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機，其運行方式靈活，正常運行時，可采取定風(fēng)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(fēng)參數(shù)要求自動調(diào)整。

（1）電動鼓風(fēng)機定壓力調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力的設(shè)定值與實際值偏差超過 30 kPa 時，跳出自動壓力調(diào)節(jié)，靜葉保持。

（2）電動鼓風(fēng)機定風(fēng)量調(diào)節(jié)，當(dāng)風(fēng)量的設(shè)定值與實際值偏差超過 150 Nm³/min 時，跳出自動流量調(diào)節(jié)，靜葉保持。

在保證高爐憋風(fēng)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(diào)節(jié)線，如圖 3 所示。

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

當(dāng)工況點上移超過喘振線時，機組進入安全運行狀態(tài)：靜葉關(guān)到 22毅，防喘閥全開，逆止閥強制關(guān)閉，報警且產(chǎn)生報警記錄。

2.2.2 老區(qū)集中控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)

（1）當(dāng)投入定風(fēng)壓自動控制模式時：撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)壓自動調(diào)節(jié)，可設(shè)定風(fēng)壓設(shè)定值為 SP 值，風(fēng)壓過程值作為 PV 值投自動。正常運行時，過程壓力 PV 跟蹤設(shè)定壓力 SP 值自動調(diào)整氣動調(diào)節(jié)閥開度，滿足供風(fēng)需要。當(dāng)過程壓力 PV 大于或小于設(shè)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(tǒng)由“定風(fēng)壓模式”自動跳出到“手動模式”，報警并記錄，人工干預(yù)調(diào)節(jié)。定風(fēng)壓自動調(diào)節(jié)可實現(xiàn)“手/自動”無擾切換。

（2）當(dāng)投入定風(fēng)量自動控制模式時：撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，可設(shè)定風(fēng)量設(shè)定值為 SP 值，風(fēng)量過程值作為 PV 值投自動。正常運行時，過程風(fēng)量 PV 跟蹤設(shè)定風(fēng)量 SP 值自動調(diào)整氣動調(diào)節(jié)閥開度，滿足供風(fēng)需要。當(dāng)過程風(fēng)量 PV 大于或小于設(shè)定風(fēng)量 SP 值 100 Nm³/min，或風(fēng)量大于 2100 Nm³/min 時，跳手動，系統(tǒng)由“定風(fēng)量模式”自動跳出到“手動模式”；定風(fēng)量自動調(diào)節(jié)可實現(xiàn)“手/自動”無擾切換。

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

P 過程壓力 >28 0kPa 時，提示放風(fēng)報警，并記錄。

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

3 控制畫面及控制方式

3.1 高爐供風(fēng)系統(tǒng)

通過 1# 高爐供風(fēng)系統(tǒng)畫面（見圖 4），可以實現(xiàn)對 1# 高爐氣動調(diào)節(jié)閥 FZ1101 的定風(fēng)壓、定風(fēng)量的手動/自動投切操作。

1# 高爐供風(fēng)系統(tǒng)見圖 5。在手動狀態(tài)下，通過點擊閥門開度指令“加 1,加 5，減 1， 5”按鈕，手動開/關(guān) 1# 高爐氣動調(diào)節(jié)閥 FZ1101，實現(xiàn)高爐風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。

選擇定風(fēng)壓模式后，投入自動控制，通過壓力設(shè)定按鈕“加 1，減 1”，實現(xiàn)壓力設(shè)定，氣動調(diào)節(jié)閥根據(jù)壓力設(shè)定進行調(diào)節(jié)，最終使過程壓力 PT1102、PT1103 趨近于設(shè)定壓力。過程壓力在此畫面中通過符號“姨”來進行選擇。

選擇定風(fēng)量模式后，投入自動控制，通過風(fēng)量設(shè)定按鈕“加 5，加 10，減 5, 減 10”，實現(xiàn)風(fēng)量設(shè)定，氣動調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量設(shè)定進行調(diào)節(jié)，最終使過程風(fēng)量 FT1101 趨近于設(shè)定風(fēng)量。

1# 高爐放風(fēng)閥，通過“投入”、“切除”按鈕，實現(xiàn)高壓保護的聯(lián)鎖投切，切除保護后，通過操作“打開”、“關(guān)閉”按鈕實現(xiàn)手動放風(fēng)操作。

畫面還可通過監(jiān)控高爐的運行狀態(tài)：

“換爐開始”、“換爐結(jié)束”“拉風(fēng)坐料”“緊急休風(fēng)”“長期休風(fēng)”進行生產(chǎn)調(diào)整。

其中 3#、4# 高爐供風(fēng)系統(tǒng)是同一根支管供風(fēng)， 即：向 3# 高爐供風(fēng)時就不能向 4# 高爐供風(fēng)，向 4# 高爐供風(fēng)時就不能向 3# 高爐供風(fēng)。

氣動調(diào)節(jié)閥為同一 臺閥門，即 FZ1301，風(fēng)向由高爐的配風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)，極大地方便了生產(chǎn)運行、記錄查詢、故 障判斷等操作的需求。

3.3 PID 畫面

系統(tǒng) PID 畫面中可以監(jiān)控各高爐自動供風(fēng)時的運行曲線及狀態(tài)參數(shù)，同時也可以對各高爐的氣動調(diào)節(jié)閥門進行手/自動的操作和定風(fēng)壓、定風(fēng)量模式的選擇。

系統(tǒng) PID 調(diào)節(jié)畫面見圖 6。在該畫面中，在工程師權(quán)限下可以設(shè)定 PID 調(diào)節(jié)器比例、積分、微分等參數(shù)。其中定風(fēng)壓、定風(fēng)量 PID 參數(shù)分別設(shè)定。

在系統(tǒng)運行過程中，當(dāng)系統(tǒng)由“自動”跳出到“手動”時，進行電鈴提示報警；當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)壓達到高壓保護放風(fēng)報警線時，進行放風(fēng)報警。

在工程師權(quán)限下，通過報警畫面設(shè)定各個參數(shù)的報警設(shè)定值。在系統(tǒng)正常運行中，當(dāng)運行數(shù)據(jù)越過報警設(shè)定值時，系統(tǒng)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?yōu)樗{色，即運行數(shù)據(jù)不再越限報警，已在正常數(shù)值內(nèi)。

系統(tǒng)對操作員的各種手動操作或干預(yù)進行記錄，以便系統(tǒng)出現(xiàn)故障后進行查詢和故障判斷。

4 運行效果

在“一拖三”系統(tǒng)投運兩年多期間，各項冷風(fēng)參數(shù)均能滿足高爐生產(chǎn)需要。與原汽輪鼓風(fēng)機供風(fēng)方式相比，其供風(fēng)壓力、流量更加穩(wěn)定，系統(tǒng)調(diào)節(jié)更加靈活高效。在系統(tǒng)換爐過程中，壓力、流量變化相應(yīng)平緩，能夠滿足換爐參數(shù)要求。

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

5 結(jié)束語

用 1 臺鼓風(fēng)機同時向 3 臺高爐供風(fēng)在國內(nèi)尚屬首次嘗試，通過前期試驗“一拖二”運行狀態(tài)良好，后試驗“一拖三”，在系統(tǒng)投運 1 年多期間，整個系統(tǒng)運行狀態(tài)良好，各臺高爐供風(fēng)全部投入自動控制運行，供風(fēng)壓力、流量更加穩(wěn)定，電動鼓風(fēng)機根據(jù)系統(tǒng)要求可自動調(diào)整負荷，冷風(fēng)放散基本為零，整個機組在經(jīng)濟狀態(tài)下運行。該技術(shù)已在天鐵開發(fā)并成熟應(yīng)用，對于高爐經(jīng)過多次擴容改造但鼓風(fēng)機未同步改造或已達到供風(fēng)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。