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        國產(chǎn)高溫高壓汽動鼓風(fēng)機組在大高爐上的應(yīng)用實踐

        2014-01-20 06:16:01王慶豐馬忠民
        冶金動力 2014年4期
        關(guān)鍵詞:汽動鼓風(fēng)機熱效率

        王慶豐,劉 偉,馬忠民

        (安陽鋼鐵股份有限公司動力廠,河南安陽455004)

        國產(chǎn)高溫高壓汽動鼓風(fēng)機組在大高爐上的應(yīng)用實踐

        熱電

        王慶豐,劉 偉,馬忠民

        (安陽鋼鐵股份有限公司動力廠,河南安陽455004)

        【摘 要】

        安鋼3

        #

        高爐配套鼓風(fēng)站AV100-18汽動鼓風(fēng)機組采取一系列工藝技術(shù)措施優(yōu)化配置,并成功實現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機的定風(fēng)量定風(fēng)壓運行,投運以來,安全經(jīng)濟,穩(wěn)定可靠,技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟效益顯著。

        國產(chǎn);高溫高壓;汽動鼓風(fēng)機組;應(yīng)用

        1 概述

        安鋼公司在2009年決定啟動鐵前配套系列工程,作為大高爐配套的鼓風(fēng)站經(jīng)過全面論證,采用兩爐兩機模式,站內(nèi)配置2臺240 t/h高溫高壓全燃高爐煤氣鍋爐,1臺60 MW汽輪發(fā)電機組,一期上馬1臺汽輪機驅(qū)動的全靜葉可調(diào)AV100-18鼓風(fēng)機組,預(yù)留1臺備用鼓風(fēng)機組。新上的AV100-18鼓風(fēng)機組采用杭汽工業(yè)汽輪機和陜鼓軸流壓縮機,高溫高壓蒸汽驅(qū)動,在國內(nèi)同等級高爐首次采用國產(chǎn)配套設(shè)備,是國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風(fēng)機組,并成功實現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機的定風(fēng)量定風(fēng)壓運行,投運以來,安全可靠,效益明顯。

        2 工藝技術(shù)選擇

        2.1 機組采用高溫高壓蒸汽驅(qū)動

        鋼鐵企業(yè)同等級或以上高爐鼓風(fēng)多數(shù)采用電動鼓風(fēng),電拖鼓風(fēng)機優(yōu)點:系統(tǒng)簡單,故障率低,故障點少,啟動時間短;缺點:投資大,運行成本高,富余煤氣需要發(fā)電或其它形式回收利用。汽拖鼓風(fēng)機優(yōu)點:占地小,投資少,能源轉(zhuǎn)換直接,運行成本低;缺點:啟動和恢復(fù)時間長,系統(tǒng)復(fù)雜,故障點多,管理要求高。結(jié)合安鋼資金緊張、位置緊張的實際情況,根據(jù)以往2200 m3和2800 m3高爐汽動鼓風(fēng)積累的經(jīng)驗,我們在大高爐上選擇汽動鼓風(fēng)機組,該機組是目前國內(nèi)高爐功率最大的汽動鼓風(fēng)機組。國內(nèi)在4000 m3級高爐采用汽動鼓風(fēng)機組的只有兩座,其中一套機組為梅山鋼鐵全套進口MAN公司的DK100/220R垣AV90-15中溫中壓汽動鼓風(fēng)機組,汽機進汽參數(shù):壓力3.43 MPa(a),溫度435益,E點平均風(fēng)量7100 m3/min,軸功率為35799 kW,另外一套就是目前安鋼在用的國內(nèi)最大的HNK63/90/ 120垣AV100-18高溫高壓汽動鼓風(fēng)機組,汽機進汽參數(shù):壓力8.83 MPa(a),溫度535益,E點平均風(fēng)量7615 m3/min,軸功率為36958 kW,A點平均風(fēng)量8777 m3/min,軸功率為46081 kW,該機組采用全新設(shè)計工藝,機組蒸汽循環(huán)熱效率比中溫中壓機組循環(huán)熱效率高13.6%左右,以目前安鋼能源介質(zhì)定價計算,成本降低率為10.24%。高溫高壓蒸汽驅(qū)動效率和成本分析如下:

        2.1.1 高溫高壓蒸汽驅(qū)動效率分析

        蒸汽循環(huán)熱效率的提高具有很大的經(jīng)濟意義。首先,它能節(jié)約大量的燃料,熱效率提高1%,每小時即可節(jié)約標準煤200耀250 kg,同時汽耗率也隨之減少,致使設(shè)備尺寸和重量減小,金屬消耗量減少,制造成本降低。

        熱效率的公式ηt=h1-h2/h1-h2憶,熱效率ηt由h1h2和h2憶三個數(shù)據(jù)決定。新蒸汽的焓h1由其壓力P1和溫度t1決定,飽和水的焓h2憶由膨脹終了的壓力P2(即凝汽器中的壓力)決定,參數(shù)P1、t1、P2又決定著絕熱膨脹終了的焓h2,因此熱效率ηt完全由參數(shù)P1、t1、P2來決定。

        在進汽壓力P1和排汽壓力P2保持不變的情況下,提高蒸汽初溫t1可以提高循環(huán)熱效率。

        如圖1所示朗肯循環(huán)1-2-3-4-5-6-1,其進汽溫度為t1(即循環(huán)的上限溫度),平均放熱溫度T1,平均吸熱溫度為T2。若進汽溫度由t1提高到t1憶,則形成另一朗肯循環(huán)1憶-2憶-3-4-5-6-1憶,該循環(huán)的進汽溫度為t1憶,平均放熱溫度,平均吸熱溫度為。由于吸熱的上限溫度提高(t1憶﹥t1),平均吸熱溫度提高(T1憶﹥T1),平均放熱溫度又未改變(T2=T2憶),故新循環(huán)比原循環(huán)具有更高的熱效率。由此可見,提高進汽溫度,可以提高朗肯循環(huán)的熱效率。同時從圖中看出,提高進汽溫度,還可以提高排汽的干度,這對汽輪機的工作極為有利。

        圖1 朗肯循環(huán)示意圖

        在進汽溫度t1和排汽壓力P2保持不變的情況下,提高進汽壓力P1也可以提高循環(huán)熱效率。

        如圖2所示朗肯循環(huán)1-2-3-4-5-6-1,其進汽壓力為P1,平均吸熱溫度為T1,平均放熱溫度T2。若將該循環(huán)的進汽壓力由P1提高到P1憶,則形成另一朗肯循環(huán)1憶-2憶-3-4憶-5憶-6憶-1憶。進汽壓力提高后的循環(huán)的進汽壓力為P1憶,平均放熱溫度T2憶,平均吸熱溫度為T1憶。提高后進汽壓力,循環(huán)的上限溫度t1和下限溫度T2未改變,主要是蒸發(fā)段5-6的蒸汽溫度(即飽和溫度)提高了,平均吸熱溫度由T1提高T1憶(T1憶﹥T1)。因而循環(huán)熱效率提高。

        由此得出,在排汽壓力P2保持不變的情況下,提高蒸汽的初參數(shù)P1、t1可以大幅度地提高朗肯循環(huán)熱效率。

        圖2 提高進汽壓力后的朗肯循環(huán)示意圖

        高溫高壓蒸汽拖動風(fēng)機工藝流程:根據(jù)朗肯循環(huán)定律,高爐煤氣在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能,使水加熱變?yōu)檫^熱蒸汽;在汽輪機中蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能,拖動汽輪機旋轉(zhuǎn);并帶動風(fēng)機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生具有一定壓力能的壓縮空氣向高爐送風(fēng)。過熱蒸汽在汽輪機內(nèi)膨脹作功后變成濕蒸汽,濕蒸汽向循環(huán)冷卻水放熱,凝結(jié)成為凝結(jié)水(飽和水),并經(jīng)凝結(jié)水泵升壓后進入除氧器除氧,再經(jīng)高壓給水泵升壓送至鍋爐進行熱交換,從而形成汽水的密閉循環(huán)。

        現(xiàn)代汽輪機中,排汽壓力P2設(shè)計值為0.004耀0.005 MPa.其對應(yīng)的排汽溫度為28.981耀32.90益。中溫中壓和高溫高壓汽輪機排汽壓力P2相同都在0.005 MPa時,兩臺機組蒸汽按朗肯循環(huán)工作,其熱效率的比較:

        1)根據(jù)P01=3.35 MPa、t01=435益由未飽和水與過熱水蒸汽表查得:h01=3305.8kJ/kg S01=6.9818 kJ/ (kg.K);P1=8.83 MPa、t1=535益由未飽和水與過熱水蒸汽表查得:h1=3476.64 kJ/kg S1=6.7813 kJ/(kg. K);由飽和水蒸汽表查出P2=0.005 MPa時:t2=32.90益、h2憶=137.77 kJ/kg、h2義=2561.2 kJ/kg、S2憶=0.4762kJ/ (kg.K)、S2義=8.3952 kJ/(kg.K)。

        2)在P01=3.35 MPa、t01=435益中溫中壓機組:

        3)在P1=8.83 MPa、t1=535益高溫高壓機組:

        2.1.2 成本比較

        根據(jù)公司目前能源介質(zhì)單價和一年來AV80、AV90和AV100機組實際運行數(shù)據(jù),中溫中壓和高溫高壓鼓風(fēng)機組成本比較:

        1)P01=3.35 MPa、t01=435益中溫中壓鼓風(fēng)機組

        蒸汽平均成本:140元/t

        鼓風(fēng)平均成本:508元/萬m3

        鼓風(fēng)3.3 t/萬m3

        2)P01=8.83 MPa、t01=535益高溫高壓鼓風(fēng)機組

        蒸汽平均成本:150元/t

        鼓風(fēng)平均成本:456元/萬m3

        鼓風(fēng)2.5t/萬m3

        3)高溫高壓機組相對中溫中壓機組成本降低:

        508-456=52(元/萬m3)

        2.2 優(yōu)化回?zé)峤o水系統(tǒng)

        2.2.1 回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)特點

        中冶賽迪和杭州汽輪機股份有限公司接受安鋼技術(shù)人員工藝要求,在凝結(jié)水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中,取消了傳統(tǒng)工藝的高壓加熱器,在汽輪機首次采用一級抽汽兩級加熱系統(tǒng),一級工作壓力0.085 MPa(a),設(shè)計面積130 m2,二級工作壓力0.432 MPa(a),設(shè)計面積180 m2,凝結(jié)水進凝結(jié)水泵升壓經(jīng)2臺低壓加熱器加熱至120~130益送至除氧器?;?zé)峒訜嵯到y(tǒng)特點:進入汽輪機的蒸汽量分兩部分,一部分蒸汽量經(jīng)基本的循環(huán)過程,從初態(tài)的蒸汽壓力、焓值一直膨脹做功到終態(tài)蒸汽壓力、焓值;另一部分蒸汽量從初態(tài)膨脹做功到相應(yīng)的中間參數(shù)(蒸汽壓力、焓值),然后抽到低壓加熱器去加熱給水。采用回?zé)嵫h(huán)后,將使汽輪機的進汽量增加、排汽量減少,從而有利于汽輪機高壓部分效率的提高和末級余速損失的減少,在一定程度上提高汽輪機的相對內(nèi)效率,進一步提高汽輪機的熱經(jīng)濟性。

        2.2.2 疏水系統(tǒng)特點

        加熱器疏水水位過高或過低,不僅影響機組的經(jīng)濟性,而且會威脅機組的安全運行。當水位超過正常水位就會產(chǎn)生水擊(當水位接近或超過進汽口時)、減少冷卻面積降低給水溫度等,當水位低於正常水位時就會破壞虹吸現(xiàn)象(當水位降到低於吸水口)會造成蒸汽泄漏產(chǎn)生熱損失、疏水冷卻段進口處和疏水冷卻段內(nèi)產(chǎn)生沖蝕使管子損壞等。以前采用的疏水調(diào)節(jié)器是浮球式(具體結(jié)構(gòu)類似衛(wèi)生間中的抽水馬桶的進水閥)它由浮球、杠桿和閥門所組成,這種疏水器雖結(jié)構(gòu)簡單但容易卡澀、浮球破裂等,因而造成加熱器水位失控。

        為此,我們在汽輪機低壓加熱器疏水系統(tǒng)采用兩相流水位控制裝置。汽液兩相流疏水器基於“汽液兩相流”原理,摒棄了傳統(tǒng)浮球式液位控制疏水器的缺點,自動調(diào)節(jié)加熱器疏水流量,從而達到穩(wěn)定水位的目的。大大地消除設(shè)備和管道產(chǎn)生汽蝕和振動。工作系統(tǒng)見圖3。

        圖3 自調(diào)節(jié)液位控制裝置工作系統(tǒng)圖

        如圖3示意,疏水由閥體的入口進入閥腔,相變管根據(jù)加熱器液位高低采集汽相、液相信號直接進入閥腔,與疏水混合后流經(jīng)特定設(shè)計的喉部。當液位上升時,汽相信號減少,因而疏水流量增加;當液位下降時,汽相信號增加,減小了喉部有效通流面積,疏水流量降低,從而達到水位恒定的目的。

        2.2.3 操作特點

        常規(guī)事故放水閥裝在快放調(diào)節(jié)閥前,開機時需要現(xiàn)場派人操作,開度靠手動控制調(diào)整凝汽器液位,很不穩(wěn)定,并且精度不高,人力浪費,現(xiàn)場變更凝結(jié)水事故放水接口位置在快放調(diào)節(jié)閥后,便于開機時集中控制,節(jié)省人力和時間。

        2.3 在國內(nèi)大高爐成功實現(xiàn)國產(chǎn)風(fēng)機的定風(fēng)量定風(fēng)壓自動運行

        為減少對高爐爐況的影響,鼓風(fēng)機組在熱風(fēng)爐換爐過程中實現(xiàn)定風(fēng)壓運行,換爐結(jié)束后實現(xiàn)定風(fēng)量運行。定風(fēng)壓調(diào)節(jié)的控制風(fēng)壓以風(fēng)機排氣側(cè)為準,定風(fēng)量調(diào)節(jié)的控制風(fēng)量以風(fēng)機送風(fēng)風(fēng)量為準。(無放風(fēng))風(fēng)機啟機后,采用手動調(diào)節(jié)靜葉,在正常送風(fēng)后,選擇投切開關(guān),采用定風(fēng)量自動調(diào)節(jié)。另外,取四個熱風(fēng)爐充風(fēng)閥的非閉信號作為熱風(fēng)爐充風(fēng)信號(常開信號,充風(fēng)時閉合)。熱風(fēng)爐換爐時,熱風(fēng)爐充風(fēng)信號閉合,即充風(fēng)燈變綠,靜葉自動控制切換為定風(fēng)壓自動調(diào)節(jié),風(fēng)壓設(shè)定值為切換時的風(fēng)壓瞬時測量值。熱風(fēng)爐換爐結(jié)束,熱風(fēng)爐充風(fēng)信號斷開后,即充風(fēng)燈變紅,靜葉控制自動切換為定風(fēng)量自動調(diào)節(jié),定風(fēng)量設(shè)定值取定風(fēng)壓運行前瞬時測量值。熱風(fēng)爐換爐過程中,即靜葉定風(fēng)壓運行過程中,當風(fēng)量波動(相對于切換前的風(fēng)量)大于450 m3/min或風(fēng)機故障(停機或安全運行)時,靜葉控制自動切換為手動控制模式,這時風(fēng)機運行人員應(yīng)聯(lián)系高爐詢問情況,正常后靜葉控制再選擇自動切換。

        采用自動充風(fēng)后,風(fēng)量變化規(guī)律性強,高爐爐況穩(wěn)定,鐵水質(zhì)量較高。

        2.4 單機運行主要技術(shù)措施

        2.4.1 設(shè)計取消故障率高的軸頭主油泵,采用2臺高壓電動油泵,一開一備,聯(lián)鎖控制。

        2.4.2 關(guān)鍵設(shè)備和閥門采用進口高質(zhì)量產(chǎn)品,例如fisher調(diào)節(jié)閥和送風(fēng)閥等,避免影響生產(chǎn)。

        2.4.3 優(yōu)化聯(lián)鎖停機、撥風(fēng)條件,減少控制系統(tǒng)假信號誤動作停機,保證正常撥風(fēng)。

        2.4.4 加強職工培訓(xùn),推行標準化作業(yè),規(guī)范操作程序,避免人為誤操作。

        2.4.5 建立多重點檢維護防御體系,杜絕任何人為疏漏。設(shè)備點檢維護方面,立足班組崗位點檢,落實具體人員分工,讓運行人員逐步熟悉點檢項目和標準,做好時檢;加強專業(yè)點檢,成立機械液壓、電氣點檢小組,做好日檢和周檢,全面點檢的同時結(jié)合運行點檢信息,強化點檢帶病運行設(shè)備,每周把發(fā)現(xiàn)隱患匯總,制定檢修計劃和備件計劃,聯(lián)系檢修隊伍落實“及時適時維護、持續(xù)不斷改進”原則,能夠及時處理的缺陷和隱患見縫插針地及時消除。

        3 應(yīng)用效果

        2013年3月14日風(fēng)機開機,3月19日向高爐送風(fēng),3月20日高爐正常出鐵,運行各項指標均達到了設(shè)計參數(shù),同時投入定風(fēng)量風(fēng)壓自調(diào)節(jié),安全經(jīng)濟,穩(wěn)定可靠。

        本項目的AV100-18高溫高壓汽動鼓風(fēng)機組,采用目前的工藝配置,可利用12~13萬m3/h高爐煤氣,相當于發(fā)電負荷35 MW,正常生產(chǎn)不僅減少煤氣放散量、節(jié)約二次能源,相對于電動鼓風(fēng)而言,還可直接減少公司外購電量,經(jīng)濟效益和社會效益可觀。符合公司實際情況,真正實現(xiàn)了低成本運行。

        本項目一次性投資10000萬元左右,按運行330天、功率按35 MW計算,能源介質(zhì)及原材料等價格參照安鋼企業(yè)內(nèi)部結(jié)算價格確定,考慮煤氣成本,年經(jīng)濟效益為2564萬元,投資回收期為3.9年左右。不考慮煤氣成本,年經(jīng)濟效益為14444萬元,投資回收期為8.3月左右。

        4 討論

        4.1 高爐休風(fēng)時間多數(shù)論小時計算,汽動鼓風(fēng)機組停機須盤車3~5天才能停止,本體和油系統(tǒng)故障消缺不能進行,單臺設(shè)備和運行管理無法克服,鼓風(fēng)系統(tǒng)安全性值得重視,建議抓緊上馬備用風(fēng)機,建議采用“一機兩拖”的汽動鼓風(fēng)發(fā)電機組。

        4.2 高溫高壓汽動鼓風(fēng)機組系統(tǒng)復(fù)雜,技術(shù)和管理要求較高,工藝路線需要結(jié)合單位實際情況科學(xué)合理選擇。

        [1]李笑樂.工程熱力學(xué)(第2版).北京:水利電力出版社出版,1993.

        App lication of Home-made High-tem perature High-pressure Steam-driven Blower in Large Blast Furnaces

        WANG Qingfeng,LIU Wei,MA Zhongmin
        (The Power Supply Plant of Anyang Iron and Steel Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455004,China)

        The AV100-18 steam-driven blower unit for the No.3 blast furnace of Anyang Steel adopted series of technological measures to optimize process resources and suc原cessfully achieved fixed-volume and fixed-pressure operation of home-made blast blower, which has operated safely,stably and reliably,showing significant technical and economic ad原vantages.

        home-made;high-temperature high-pressure;steam-driven blower unit;appli原cation

        TH44

        B

        1006-6764(2014)04-0030-04

        2013-11-19

        王慶豐(1973-),1995年畢業(yè)于北京科技大學(xué)機械工程專業(yè),工程碩士,高級工程師,現(xiàn)從事高爐鼓風(fēng)和發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

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