王岳峰(天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠,河北涉縣056404)
隨著煉鐵新區(qū)的建設(shè)和老區(qū)高爐擴(kuò)容改造,我公司高爐冶煉水平得到大幅度提高,對(duì)冷風(fēng)品質(zhì)的提升提出了更高要求。動(dòng)力廠一直致力于加快風(fēng)機(jī)的技術(shù)改造和加強(qiáng)技術(shù)裝備工作,以便更好地滿足高爐生產(chǎn)需要,實(shí)現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。近年來,隨著煉鐵生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn),對(duì)高爐供風(fēng)系統(tǒng)提出了更高要求。新區(qū)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的投產(chǎn),以其高效、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)成為高爐供風(fēng)系統(tǒng)的首選方案。
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(tái)陜鼓生產(chǎn)的AV56型電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和多臺(tái)上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的Z2000型汽輪鼓風(fēng)機(jī)自稱,風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行,即一臺(tái)風(fēng)機(jī)對(duì)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(tái)AV-90電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行,風(fēng)機(jī)一用一備。
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(jī)參數(shù)不配套。風(fēng)機(jī)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(fèi)。
(2)高爐擴(kuò)容改造,風(fēng)機(jī)無法進(jìn)行升級(jí)改造。汽輪鼓風(fēng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)的限制,無法進(jìn)行升級(jí)改造。
(3)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品不成熟,部分功能無法使用,防喘振保護(hù)不全,機(jī)組運(yùn)行不安全。機(jī)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(dòng)無法調(diào)節(jié),因高爐憋風(fēng),多臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)掉葉片設(shè)備事故;風(fēng)機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)葉片長(zhǎng)高的情況,葉片很容易與缸體發(fā)生碰磨,發(fā)生事故。
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(tái)汽輪鼓風(fēng)機(jī)出口由4個(gè)配風(fēng)閥分別接至4座高爐供風(fēng)母管。電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)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)管道之間配制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(gè)電動(dòng)蝶閥和1個(gè)快速開關(guān)氣動(dòng)閥組成。當(dāng)其中一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)發(fā)生事故不能提供冷風(fēng)時(shí),在條件滿足的情況下投入相應(yīng)撥風(fēng)系統(tǒng),由另一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)撥風(fēng)至事故機(jī)組對(duì)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。
圖1 老區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)
1.2.2 新區(qū)鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)及管網(wǎng)系統(tǒng)
型號(hào):AV90-15全靜葉可調(diào)軸流壓縮機(jī)。
臺(tái)數(shù):2臺(tái)(一用一備)。
天鐵新區(qū)建有1座2 800 m36#高爐,配套建設(shè)有2臺(tái)AV-90電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)和高爐實(shí)行一對(duì)一方式運(yùn)行,風(fēng)機(jī)一用一備。其冷風(fēng)管網(wǎng)配置為兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)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(tái)電鼓之間有一套撥風(fēng)系統(tǒng),當(dāng)其中一臺(tái)電鼓事故狀態(tài)下緊急備用。
圖2 新區(qū)冷風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)
按照老區(qū)高爐耗冷風(fēng)1 650 Nm3/min、風(fēng)壓0.31 MPa計(jì)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(dòng)鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)最大工作點(diǎn)為風(fēng)量6 400 Nm3/min,風(fēng)壓0.47 MPa,功率35 000 kW,為保證機(jī)組運(yùn)行安全,風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)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(jì)參數(shù)可以同時(shí)為3臺(tái)高爐提供冷風(fēng)。
采取以新區(qū)一臺(tái)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)代替老區(qū)3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)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?yàn)殡姽墓收显斐筛郀t事故擴(kuò)大,可采取以下幾種解決方案:
(1)新區(qū)另一臺(tái)電鼓做備機(jī),日常定期盤車,保證油溫,當(dāng)運(yùn)行電鼓故障,備用機(jī)組直接啟動(dòng)可保證送風(fēng)要求。
(2)新區(qū)2臺(tái)電鼓之間有1套撥風(fēng)系統(tǒng)可投入備用。當(dāng)2臺(tái)電鼓同時(shí)運(yùn)行時(shí),若其中一臺(tái)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(tái)風(fēng)機(jī)可作備機(jī):新區(qū)電鼓送風(fēng)正常后,老區(qū)3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)停下后可做備機(jī)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)。
2.2.1 新區(qū)電鼓自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)
AV90-15鼓風(fēng)機(jī)是全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī),其運(yùn)行方式靈活,正常運(yùn)行時(shí),可采取定風(fēng)壓或者定流量?jī)煞N運(yùn)行方式,具有操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn),可以按照高爐對(duì)冷風(fēng)參數(shù)要求自動(dòng)調(diào)整。
(1)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)定壓力調(diào)節(jié),當(dāng)壓力的設(shè)定值與實(shí)際值偏差超過30 kPa時(shí),跳出自動(dòng)壓力調(diào)節(jié),靜葉保持。
(2)電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)定風(fēng)量調(diào)節(jié),當(dāng)風(fēng)量的設(shè)定值與實(shí)際值偏差超過150 Nm3/min時(shí),跳出自動(dòng)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(jī)組喘振。在運(yùn)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。
圖3 靜葉控制畫面
機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),工況點(diǎn)在防喘調(diào)節(jié)線以下,若工況點(diǎn)上移至防喘調(diào)節(jié)線,機(jī)組將自動(dòng)控制防喘振閥的打開,直至將工況點(diǎn)調(diào)節(jié)至防喘調(diào)節(jié)線以下(該過程報(bào)警)。防喘振閥也可手動(dòng)操作。
當(dāng)工況點(diǎn)上移超過喘振線時(shí),機(jī)組進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài):靜葉關(guān)到22°,防喘閥全開,逆止閥強(qiáng)制關(guān)閉,報(bào)警且產(chǎn)生報(bào)警記錄。
2.2.2 老區(qū)集中控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)
(1)當(dāng)投入定風(fēng)壓自動(dòng)控制模式時(shí):撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)壓自動(dòng)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(dòng)。正常運(yùn)行時(shí),過程壓力PV跟蹤設(shè)定壓力SP值自動(dòng)調(diào)整氣動(dòng)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(hù)線)時(shí),系統(tǒng)由“定風(fēng)壓模式”自動(dòng)跳出到“手動(dòng)模式”,報(bào)警并記錄,人工干預(yù)調(diào)節(jié)。定風(fēng)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)“手/自動(dòng)”無擾切換。
(2)當(dāng)投入定風(fēng)量自動(dòng)控制模式時(shí):撥風(fēng)系統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量自動(dòng)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(dòng)。正常運(yùn)行時(shí),過程風(fēng)量PV跟蹤設(shè)定風(fēng)量SP值自動(dòng)調(diào)整氣動(dòng)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2 100 Nm3/min時(shí),跳手動(dòng),系統(tǒng)由“定風(fēng)量模式”自動(dòng)跳出到“手動(dòng)模式”;定風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)“手/自動(dòng)”無擾切換。
(3)系統(tǒng)高壓保護(hù):“一拖三”撥風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置了電動(dòng)放風(fēng)閥門,用于風(fēng)壓超過高壓保護(hù)線后,自動(dòng)放風(fēng),直至風(fēng)壓低于高壓保護(hù)線后,放風(fēng)門停止打開保持原位,由操作人員確認(rèn)后,手動(dòng)關(guān)閉或打開。
P過程壓力>28 0kPa時(shí),提示放風(fēng)報(bào)警,并記錄。
P過程壓力>290 kPa時(shí),電動(dòng)門打開放風(fēng),直到P過程壓力 <280 kPa時(shí),放風(fēng)門停止打開保持原位,需要關(guān)閉時(shí)手動(dòng)關(guān)閉。
通過1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)畫面(見圖4),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)1#高爐氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FZ1101的定風(fēng)壓、定風(fēng)量的手動(dòng)/自動(dòng)投切操作。
圖4 高爐供風(fēng)系統(tǒng)流程畫面
1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)見圖5。在手動(dòng)狀態(tài)下,通過點(diǎn)擊閥門開度指令“加 1,加 5,減 1,減5”按鈕,手動(dòng)開/關(guān)1#高爐氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥FZ1101,實(shí)現(xiàn)高爐風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。
圖5 1#高爐供風(fēng)系統(tǒng)
選擇定風(fēng)壓模式后,投入自動(dòng)控制,通過壓力設(shè)定按鈕“加1,減1”,實(shí)現(xiàn)壓力設(shè)定,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)壓力設(shè)定進(jìn)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(hào)“√”來進(jìn)行選擇。
選擇定風(fēng)量模式后,投入自動(dòng)控制,通過風(fēng)量設(shè)定按鈕“加5,加10,減5,減10”,實(shí)現(xiàn)風(fēng)量設(shè)定,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)風(fēng)量設(shè)定進(jìn)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(shí)現(xiàn)高壓保護(hù)的聯(lián)鎖投切,切除保護(hù)后,通過操作“打開”、“關(guān)閉”按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)放風(fēng)操作。
畫面還可通過監(jiān)控高爐的運(yùn)行狀態(tài):“換爐開始 ”、“換 爐 結(jié) 束”“ 拉 風(fēng) 坐 料 ”“緊 急 休風(fēng) ”“ 長(zhǎng) 期 休風(fēng)”進(jìn)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(shí)就不能向4#高爐供風(fēng),向4#高爐供風(fēng)時(shí)就不能向3#高爐供風(fēng)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥為同一臺(tái)閥門,即FZ1301,風(fēng)向由高爐的配風(fēng)閥決定。
通過歷史記錄趨勢(shì)圖,可以查看各個(gè)高爐供風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù),極大地方便了生產(chǎn)運(yùn)行、記錄查詢、故障判斷等操作的需求。
系統(tǒng)PID畫面中可以監(jiān)控各高爐自動(dòng)供風(fēng)時(shí)的運(yùn)行曲線及狀態(tài)參數(shù),同時(shí)也可以對(duì)各高爐的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行手/自動(dòng)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。
圖6 系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)畫面
在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,當(dāng)系統(tǒng)由“自動(dòng)”跳出到“手動(dòng)”時(shí),進(jìn)行電鈴提示報(bào)警;當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)壓達(dá)到高壓保護(hù)放風(fēng)報(bào)警線時(shí),進(jìn)行放風(fēng)報(bào)警。
在工程師權(quán)限下,通過報(bào)警畫面設(shè)定各個(gè)參數(shù)的報(bào)警設(shè)定值。在系統(tǒng)正常運(yùn)行中,當(dāng)運(yùn)行數(shù)據(jù)越過報(bào)警設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)報(bào)警電鈴響啟,并在報(bào)警畫面提示報(bào)警信息;報(bào)警確認(rèn)后電鈴聲停,此時(shí)報(bào)警若依然存在,則信息顯示紅色;若報(bào)警消失,則提示信息變?yōu)樗{(lán)色,即運(yùn)行數(shù)據(jù)不再越限報(bào)警,已在正常數(shù)值內(nèi)。
系統(tǒng)對(duì)操作員的各種手動(dòng)操作或干預(yù)進(jìn)行記錄,以便系統(tǒng)出現(xiàn)故障后進(jìn)行查詢和故障判斷。
在“一拖三”系統(tǒng)投運(yùn)兩年多期間,各項(xiàng)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(jī)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(dá)到310 kPa,較之前提高風(fēng)壓約50 kPa,供風(fēng)溫度達(dá)210℃,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(yùn)行模式下,高爐產(chǎn)量提高效果非常明顯。
用1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)向3臺(tái)高爐供風(fēng)在國(guó)內(nèi)尚屬首次嘗試,通過前期試驗(yàn)“一拖二”運(yùn)行狀態(tài)良好,后試驗(yàn)“一拖三”,在系統(tǒng)投運(yùn)1年多期間,整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好,各臺(tái)高爐供風(fēng)全部投入自動(dòng)控制運(yùn)行,供風(fēng)壓力、流量更加穩(wěn)定,電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)系統(tǒng)要求可自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷,冷風(fēng)放散基本為零,整個(gè)機(jī)組在經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行。該技術(shù)已在天鐵開發(fā)并成熟應(yīng)用,對(duì)于高爐經(jīng)過多次擴(kuò)容改造但鼓風(fēng)機(jī)未同步改造或已達(dá)到供風(fēng)極限機(jī)組,且同時(shí)存在多座類似情況的高爐具有廣泛的推廣價(jià)值。