汽動與電動高爐鼓風機的運行經濟性比較

程亞軍，賀利剛

（中節(jié)能（通化）環(huán)保能源有限公司，吉林通化134003）

汽動與電動高爐鼓風機的運行經濟性比較

程亞軍，賀利剛

（中節(jié)能（通化）環(huán)保能源有限公司，吉林通化134003）

汽動高爐鼓風機組能源轉換環(huán)節(jié)少，經濟性相對容易保障，但影響安全穩(wěn)定運行的因素多。電動高爐鼓風機組運行靈活性好，可靠性相對較高，但能源轉換環(huán)節(jié)多，經濟性不容易得到保障。兩種拖動方式各有優(yōu)缺點，選用那種拖動方式更為經濟、合理受到廣泛關注。對此進行了技術經濟對比分析，以求得到明確結論，并通過分析得出影響經濟性的因素。

高爐鼓風機組；比較；經濟性；效率

前言

高爐鼓風機對高爐的作用不言而喻，尤其是近些年，隨著新建高爐容量的快速提升，高爐鼓風機組的重要性越發(fā)突出。對大容量高爐鼓風機組，通常分為汽動機組和電動機組，電動鼓風機組由電動機驅動風機運轉，對廠區(qū)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高；汽動鼓風機組由汽輪機驅動風機運轉，對汽輪機、鍋爐及其輔機系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。兩種拖動方式各有利弊，各鋼鐵廠根據(jù)自身特點和管理方式不同有不同的選擇，即選擇汽動鼓風機組，或選擇電動鼓風機組，或兩者皆有。在對兩種拖動方式進行選擇時，其中很重要的判斷依據(jù)就是運行的經濟性，由于汽動鼓風機組的汽輪機為工業(yè)汽輪機，效率相對于發(fā)電汽輪機低，而電動鼓風機組由于增加了能源轉換的環(huán)節(jié)，中間環(huán)節(jié)的損失增加，哪種拖動方式經濟性更好一直是行業(yè)關注的重點，尤其對大容量高爐的鼓風機組，風機功耗大，運行的經濟性顯得更加重要。本文著重針對鋼廠兩種拖動方式鼓風機組進行經濟性比較，從中得出影響經濟運行的因素。

1 某鋼鐵公司鼓風機組、發(fā)電機組的系統(tǒng)布局及系統(tǒng)簡化

某鋼鐵公司現(xiàn)有兩套AV80—15汽動鼓風機組和一套AV80—15電動鼓風機組，鼓風機組建在高爐鼓風站內，站內還建有2臺30 MW汽輪發(fā)電機組。從圖1可以看出，廠區(qū)用電從兩臺66/35 kV變壓器取用，1#發(fā)電機組發(fā)電經1#35/10 kV變壓器送往35 kV一段母線，2#發(fā)電機組發(fā)電經2#35/10 kV變壓器送往35 kV二段母線，電動鼓風機組用電從35 kV二段母線經2#35/10 kV變壓器取用。

汽動鼓風機組與電動鼓風機組運行方式的轉換，實質上是發(fā)電機組、電動鼓風機組與汽動鼓風機組的相互替換。為了便于分析問題，我們將系統(tǒng)簡化，只保留一臺汽動鼓風機組、一臺電動鼓風機組和一臺汽輪發(fā)電機組，作為分析模型見圖2。

圖1 鼓風、發(fā)電機組全面性系統(tǒng)圖

圖2 鼓風、發(fā)電機組原則性系統(tǒng)圖

2 經濟性分析

由于1#發(fā)電機組、2#發(fā)電機組和電動鼓風機組在廠電網(wǎng)所處位置不同，對運行經濟性會有不同的影響，在此先以1#發(fā)電機組與電動鼓風機組作為典型研究對象。

假定汽動鼓風機組軸端功耗與電動鼓風機組軸端功耗相等，均為 W0，濁ax為風機機械效率；Q1、濁i1、濁t(yī)1、濁ax1分別為汽動鼓風機組輸入功率、汽輪機的內效率、循環(huán)熱效率、機械效率；濁cl、濁g分別為電動鼓風機組變速箱效率、電動機效率；Q2、濁i2、濁t(yī)2、濁ax2、濁g2分別為發(fā)電機組輸入功率、汽輪機的內效率、循環(huán)熱效率、機械效率和發(fā)電機效率；濁t(yī)r為35/10 kV變壓器效率。

式中：W1——汽動鼓風機組的總功耗；

Pzy1——汽動鼓風機組的自用電量；

W2——電動鼓風機組和發(fā)電機組的總功耗；

Pzy2——電動鼓風機組和發(fā)電機組的總自用電量。

由于Pzy1與Pzy2相差不大，同時為了便于分析主要因素，暫且將Pzy1與Pzy2視為相等，即Pzy1抑 Pzy2，所以在此主要對Q1與Q2進行對比分析。

根據(jù)圖2可以得出能耗平衡等式：

其中濁1為汽動鼓風機組運行時的系統(tǒng)綜合效率。

其中濁2為電動鼓風機組運行時的系統(tǒng)綜合效率，此時電動鼓風機組所用電量由1#發(fā)電機組提供。

取濁1和濁2的比值，

其中濁z1=濁i1.濁t(yī)1，為汽動鼓風系統(tǒng)汽輪機組能量轉換的綜合效率；

濁z2=濁i2.濁t(yī)2，為發(fā)電系統(tǒng)汽輪機組能量轉換的綜合效率。

不論是發(fā)電用汽輪機還是工業(yè)用汽輪機，機械損失所占份額都非常小，機械效率大都在99%以上，所以可視為機械效率都相等，即濁ax1抑濁ax2，所以由上式可得

定性分析汽動鼓風機組和電動鼓風機組經濟性，可從 濁1/濁2與 1 的關系判斷。若 濁1/濁2約1（即 濁1約濁2或 Q1/Q2躍1），則 濁z1/濁z2約濁cl.濁g.(濁t(yī)r)2.濁g2，從式中可以看出，汽動鼓風機組汽輪機能量轉換綜合效率與發(fā)電機組汽輪機能量轉換綜合效率的比值小于能量轉換其它中間環(huán)節(jié)效率的乘積時，汽動鼓風機組經濟性低于電動鼓風機組經濟性；同理，若 濁1/濁2躍1（即此時汽動鼓風機組經濟性高于電動鼓風機組經濟性。

以上是以1#發(fā)電機組與電動鼓風機組作為典型研究對象得出的結論，當以2#發(fā)電機組與電動鼓風機組作為研究對象時，由于2#發(fā)電機組與電動鼓風機組在同一10 kV母線上，2#發(fā)電機組發(fā)出的電能直接供給電動鼓風機組，而不經過兩臺35/10 kV變壓器，故沒有變壓器能量轉換的損失，即濁t(yī)r=1，

所以，若 濁1/濁2約1，則 濁z1/濁z2約濁cl.濁g.濁g2，此時汽動鼓風機組經濟性低于電動鼓風機組經濟性。若濁1/濁2躍1，則 濁z1/濁z2躍濁cl.濁g.濁g2，此時汽動鼓風機組經濟性高于電動鼓風機組經濟性。

3 經濟性計算

3.1 效率計算

某鋼鐵公司鼓風機組運行負荷大約在23~24 MW之間，經查設備相關數(shù)據(jù)，此負荷下的鼓風機組汽輪機內效率 濁i1為 80.5%，循環(huán)效率 濁t(yī)1為35.66%，發(fā)電機組汽輪機內效率濁i2為85.32%，循環(huán)效率濁t(yī)2為35.58%，機械效率均視為相等，取濁ax=濁ax1=濁ax2=99%，增速箱效率濁cl為99.2%，電動機效率濁g為 98.12%[5]，發(fā)電機效率 濁g2為 97.88%，變壓器效率濁t(yī)r在經濟負荷范圍內時達99.5%，現(xiàn)取為99%。

當1#發(fā)電機組運行時：

將上述取值帶入式（1）得：濁1=濁ax.濁i1.濁t(yī)1.濁ax1=99%伊80.5%伊35.66%伊99%=28.14%；

將上述取值帶入式（2）得：濁2=濁ax.濁cl.濁g.濁t(yī)r.濁t(yī)r.濁g2.濁i2.濁t(yī)2.濁ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊99%伊99%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=27.78%；

當2#發(fā)電機組運行時：

濁1值不變，仍為28.14%；

將上述取值帶入式（3）得：濁2=濁ax.濁cl.濁g.濁g2.濁i2.濁t(yī)2.濁ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=28.35%。

從計算可以看出，汽動鼓風機組的效率為28.14%，運行1#發(fā)電機組時，電動鼓風機組與發(fā)電機組的聯(lián)合效率為27.78%，比汽動鼓風機組效率低0.36百分點，運行2#發(fā)電機組時，電動鼓風機組與發(fā)電機組的聯(lián)合效率為28.35%，比電動鼓風機組效率高0.21百分點。

3.2 能耗計算

汽動鼓風機組的輸入功耗為Q1=W0/濁1，運行電動鼓風機組時的綜合輸入功耗為Q2=W0/濁2，兩種拖動方式的輸入功耗差為駐Q=Q1-Q2=W0/濁1-W0/濁2=W0（1/濁1-1/濁2）=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）。

若鼓風機組負荷為23000 kW，當運行1#發(fā)電機組時，則兩種拖動方式的輸入功耗差為駐Q=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）=23000伊（27.78%-28.14%）/（27.78%伊28.14%）=-1059.2 kW，即汽動鼓風機組比電動鼓風機組每小時少耗能1059.2 kWh。如果保持變壓器在經濟負荷范圍內運行，則變壓器的效率可達到99.5%，此時電動機組綜合效率濁2可達28.06%，則功耗僅比汽動方式時多233.0 kW。

當運行2#發(fā)電機組時，則兩種拖動方式的輸入功耗差為駐Q=W0（濁2-濁1）/（濁1濁2）=23000伊（28.35%-28.14%）/（28.35%伊28.14%）=605.4 kW，即汽動鼓風機組比電動鼓風機組每小時多耗能605.4 kWh。

以上分析計算是在假設自耗電相同的情況下得出的，在不同的系統(tǒng)自耗電量也會有所區(qū)別，在計算經濟性時如有必要，還需考慮自耗電。

4 綜述

按照傳統(tǒng)的觀點，汽動鼓風機組的優(yōu)點是能源轉換環(huán)節(jié)少，效率相對較高，運行成本較低，缺點是系統(tǒng)復雜，故障點多，對企業(yè)的管理水平要求更高。電動鼓風機組能源轉換環(huán)節(jié)多，每個環(huán)節(jié)都有不同程度的損耗，這也是大家質疑電動鼓風機組經濟性的原因。通過分析可以看出，電動鼓風機組的經濟性取決于每個環(huán)節(jié)效率的積累和疊加，只有使各環(huán)節(jié)設備長期處于良好的狀態(tài)，才能使得電拖方式優(yōu)于汽拖方式。哪種拖動方式更加經濟、合理，受以下因素影響：

(1)大型高爐配備的汽動鼓風機組的汽輪機功率大多在30 MW以下，多采用中壓機組，機組效率相對較低。如果采用電動鼓風機組，鋼鐵廠富余的煤氣用于發(fā)電，很多鋼鐵企業(yè)發(fā)電機組都選用高壓甚至亞臨界機組，這些機組的效率要遠遠高于中壓機組，這一效率的提升足以彌補電動鼓風機組能源轉換環(huán)節(jié)帶來的損耗。再則， 工業(yè)汽輪機組由于強調機動性能，犧牲了部分效率，相對發(fā)電機組的汽輪機效率偏低。所以，選用電動鼓風機組和高壓、甚至亞臨界發(fā)電機組的組合模式比汽動鼓風機組模式更合理，可以產生更大的經濟效益。

(2)設備是否節(jié)能高效。如齒輪箱的效率一般在90%~99%之間，甚至更高，某鋼鐵公司鼓風機組配套瑞士RENK-MAAG公司的產品，效率可達到99.2%。

(3)設備是否長期運行在經濟負荷范圍內。如變壓器運行負荷過高或過低，效率會下降，影響電拖方式的效率。

(4)設備狀態(tài)是否良好。如汽輪機通流部分結垢；凝汽器管束水側污垢多，造成機組真空下降等，都會使機組效率下降。

(5)設備在電網(wǎng)中所處的位置。如2#發(fā)電機組和電動鼓風機組處于同一段10 kV母線，減少了變壓器能源轉換的環(huán)節(jié)，經濟性得到提升。

從以上分析可以看出，兩種拖動方式的經濟性受到設備選型、裝備水平、維護保養(yǎng)水平、運行方式、系統(tǒng)設計等諸多因素影響，同時也與企業(yè)管理模式相關，哪一種拖動方式更加經濟、合理還需對這些因素進行綜合分析予以評價。

[1]朱新華,江運漢,張延峰 .電廠汽輪機[M].北京:水利電力出版社.1991年.P88—121.

[2]變速箱產品說明書及瑞士RENK-MAAG公司官方網(wǎng)站W(wǎng)WW.renk-maag.ch.

Econom ic Comparison of Operation of Steam and Electric Driving Blower for Blast Furnace

Cheng Yajun,He Ligang
（CECEP(Tonghua)Environment-Friendly Energy Co.,Ltd.,Tonghua,Jilin 134003,China）

In steam blast furnace blower unit there are fewer energy conversion links so it is relatively more economical,but there are more factors affecting safe and stable opera-tion;while electric blast furnace blower unit is more flexible in operation with higher relia-bility,but there are more energy conversion links in it,and it is relatively less economical.The two drive types each have its own advantages and disadvantages,so the choice between the two draws much attention.Technical and economic comparative analysis was carried out in the paper in an attempt to get a clear conclusion;and factors influencing the economy were found through the analysis.

blast furnace blower unit；compare；economical efficiency；efficiency

TH44

B

1006-6764(2018)01-0033-04

程亞軍，男，學士學位，熱能動力工程師，現(xiàn)從事冶金、垃圾焚燒行業(yè)鍋爐、汽輪機、高爐鼓風機運行管理工作。