陳蓉華
(中冶賽迪工程技術股份有限公司)
摘 要：鼓風機組作為高爐的核心動力設備? 在高爐冶煉過程中起著關鍵性作用，對電動鼓風、 汽動鼓風、 BPRT同軸機組以及汽拖鼓風發電機組的基本原理和主要特點進行分析，并對這幾種高爐鼓風驅動方案從能耗、 建設投資、 運行維護方面進行比較。
關鍵詞：BPRT 同軸機組；電動鼓風；汽動鼓風；汽拖鼓風發電
高爐鼓風機是高爐最重要的動力設備，不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力，高爐鼓風機是煉鐵系統中大容量、 高能耗設備，其驅動方式的選擇對鋼鐵行業的節能降耗有著非常重要的作用。目前， 國內外較成熟的高爐鼓風技術有電動鼓風、汽動鼓風、 ＢＰＲＴ 同軸機組技術及汽拖鼓風發電機組 ＢＣＳＧ 技術。
1 高爐鼓風基本原理
空氣經空氣過濾器、整流柵、入口補償器進入鼓風機，壓縮升壓后經出口補償器、止回閥、送風消聲器、電動送風閥、流量計及配風閥進入高爐送風主管，各送風主管之間設撥風系統，可以互為撥風，放風管上設有放風閥及放風消音器，作為防喘振、啟動鼓風機和倒機使用。
2 各種驅動方式的基本原理及主要特點
(1) 電動鼓風機組
電動鼓風作為常規高爐鼓風機驅動方案，是利用電動機來驅動高爐鼓風機，常用的有異步電動機和同步電動機，國內中小型高爐的鼓風機多采用異步電動機，大型高爐的鼓風機多采用同步電動機，電動鼓風機組電機容量較大， 需要考慮全廠電力負荷是否能滿足電機功率要求，同時電動鼓風機組啟動電流較大， 需要考慮設置軟啟動裝置或者變頻啟動裝置。
電動鼓風機組的特點是系統簡單，建設速度快，占地面積小，布置方便，同時其輔助設備少，故障率低，運行人員少，檢修工作量少。
(2) 汽動鼓風機組
汽動鼓風機組是利用中溫中壓或者高溫高壓蒸汽來驅動高爐鼓風機，冶金工廠部分剩余高爐煤氣、 轉爐煤氣和焦爐煤氣送入燃氣鍋爐產生中溫中壓或者高溫高壓蒸汽，蒸汽進入汽輪機來拖動鼓風機轉動，近年來投產的拖動汽輪機大多采用高溫高壓機組，汽動鼓風機組運行費用較低，但初期投資較大，占地面積大，系統復雜，運行人員較多，檢修工作量大。
(３) ＢＰＲＴ 同軸機組 ＢＰＲＴ 即煤氣透平與電動機同軸驅動的高爐鼓風機組，將煤氣透平和高爐鼓風機兩套機組并，作為同一系統來設計，BPRT 同軸機組由電能和高爐煤氣壓降能共同驅動的鼓風機組，高爐透平回收能量不用來發電，直接同軸驅動鼓風機，當透平正常工作時，離合器處于嚙合工作狀態，把透平回收的功率傳遞給高爐鼓風機，同時不足功率由電動機出力驅動，當爐況不順煤氣量小或者高爐休風時，離合器自動將高爐煤氣透平脫開，高爐鼓風機全部由電動機驅動。
BPRT 機組主要特點是將高爐煤氣余壓透平發電裝置 (TRT)、 電動機及高爐鼓風機合為一體， 高爐煤氣通過煤氣透平膨脹做功回收的能量直接補充高爐鼓風機的能耗，避免能量轉換的損失，同時合并了鼓風站和TRT 廠房， 使 TRT 原有的龐大系統簡化合并，取消 TRT 發電機及發配電系統，合并自控系統、 滑油系統和動力油系統等，BPRT 技術軸系較復雜，全廠煤氣管網工程量大，大中型高爐業績少，目前在小高爐上有部分應用。
(4) 汽拖鼓風發電機組 BCSG 技術包括汽輪機、發電機、 鼓風機、 離合器、 輔助設備及自電控系統等，系統組成如圖 1 所示。
BCSG 機組主要特點是將汽輪機、 發電機和高爐鼓風機合為一體，把富余的各種煤氣通過燃氣鍋爐生產蒸汽， 蒸汽驅動蒸汽輪機， 把熱能轉化為機械能，直接驅動鼓風機，蒸汽產量一般大于驅動鼓風機所需的蒸汽量，富余蒸汽還可以驅動發電機發電，汽輪機進汽側通過變速離合器與鼓風機連接，實現與鼓風機的嚙合、 脫開功能。
汽輪機排汽側通過離合器與發電機連接，實現與發電機的嚙合、 脫開功能，機組可實現汽輪機與鼓風機、 發電機同時運行，先滿足鼓風機運行，再實現最大發電，也可實現汽輪機和鼓風機單獨運行、 汽輪機和發電機單獨運行，汽拖鼓風發電機組 BCSG 方案由于其復雜的軸系，目前在國內的應用相對較少，鼓風機組的備用機組。
3 幾種驅動方案的比較
(1) 能耗比較
電動鼓風機組鼓風機由電動機驅動，產生了輸配電系統升降壓和電動機的能量損耗，使熱能利用率降低，汽動鼓風機組由汽輪機直接驅動，避免了輸配電系統升降壓和電動機的能量損耗，熱能利用率提高，但由于鼓風汽輪機的內效率低于電廠汽輪機的內效率，使熱能的利用率降低?電動鼓風機組的熱能效率較高[1] 。
BPRT 同軸機組煤氣透平機將煤氣的壓力能和熱能轉變為機械能后直接驅動高爐鼓風機， 與電動鼓風機組和單獨 TRT 相比，減少了TRT 發電機機械能轉變為電能和鼓風電動機電能轉變為機械能過程中所產生的損失以及電能傳輸過程中的線路損失。 因此， BPRT 機組能耗較電動鼓風機組低。
某工程 BPRT 投運后，透平機未投入和投入后鼓風機組各項數據比較見表1。從表中可以看出，BPRT 機組透平機正常投運后，鼓風機電機電流降低，電機功率降低，噸鐵電耗也大大降低，汽拖鼓風發電機組即 BCSG 方案，因鼓風汽輪機的內效率較低，鼓風能耗與汽動鼓風機組的相當。
(2)建設投資比較
電動鼓風方案若采用外購電，建設投資費用較汽動鼓風方案低，若考慮廠內自發電供電，則涉及到發電廠建設費用等，電動鼓風方案投資較汽動鼓風方案高。
BPRT 同軸機組設備投資方面，較常規電動鼓風機組 ＋ TRT 機組少了1套 TRT 發電機和公用輔助系統， BPRT機組與常規分體式電動鼓風 ＋TRT 方案主要設備投資的比較見表 2。 從設備投資來看，BPRT 鼓風方案節省投資，從廠房投資來看， BPRT 機組共用 1 個主廠房， 常規電動鼓風和TRT 各設置 1個廠房，廠房總占地面積BPRT 方案有優勢。 但 BPRT方案由于煤氣透平機設置在鼓風站內， 且高爐煤氣是具有爆炸危險的乙類火災危險介質， BPRT 鼓風站廠房火災危險性等級提高至乙類二級，導致廠房土建成本增加。同時，BPRT 站房內電氣元件 (如吊車、 潤滑油站和動力油站電機、 電氣儀表現場控制箱等) 需要考慮防爆設計，也增加了電氣方面的投資。綜合來看， BPRT方案投資較電動鼓風方案低。
汽拖鼓風發電機組即 BCSG 方案目前僅作為備機方案在少數工程中有實施，與常規備用電動鼓風機組相比投資費用較高。
(3) 運行、 維護比較
啟動時間方面， 電動鼓風方案輔助設備少，操作簡單，啟動過程時間短、 速度快，機組啟動操作到具備送風條件只需要約 10 ~ 15min，從機組啟動到升速并網僅需3min。汽動鼓風機組有相對復雜的輔助設備和管道系統， 暖機、 暖管時間較長，啟動時間較長[2] 。BPRT 機組啟動時由電機驅動， 當高爐煤氣壓力穩定后透平機再投入運行， 啟動時間與電動鼓風方案一致，汽拖鼓風發電機組即 BCSG方案跟汽動鼓風方案一樣存在復雜的輔助設備和管道系統，暖機、 暖管時間較長，啟動時間較長。
運行維護方面，電動鼓風機組由于系統簡單、 輔助設備少、 故障率低，不存在跑、 冒、滴、 漏現象，運行維護工作量少，檢修次數約為1次/ a， 檢修時間約為 7 ~ 15d / a， 汽動鼓風機組和 BCSG方案由于系統相對復雜、 輔助設備多，設備出現故障的機率增加，運行維護工作量較大， 檢修次數約為 4 次/ a，檢修時間約為 20~ 30d / a， BPRT機組鼓風站和TRT廠房合并建設， 運行、 檢修勞動定員較電鼓 ＋ TRT 方案大大減少，運行維護成本大大降低。
穩定性方面， 電動鼓風方案系統簡單，保護完善，機組運行工況平穩，運行參數穩定，調整操作簡單可靠，能準確快速地響應高爐的風量風壓要求，汽動鼓風方案和汽拖鼓風發電機組由于汽水系統復雜，汽動鼓風機受輔助設備和鍋爐參數等影響容易產生波動，調整操作相對復雜，BPRT 機組由于透平機的沖轉壓力受高爐爐頂壓力影響，一旦爐頂壓力波動，可能造成 BPRT 機組運行不穩定，需要將透平機頻繁地切出來。
4 結語
對電動鼓風方案、 汽動鼓風方案、 BPRT 同軸機組方案以及汽拖鼓風發電機組 BCSG方案進行了分析和比較，各種方案各有優缺點， 對于中小型高爐，目前很多鋼廠搬遷改造選擇采用ＢＰＲＴ 同軸機組方案? 在國內投產的最大BPRT同軸機組為AV 71系列，對于 2000m3 以上高爐，大多采用電動鼓風或者汽動鼓風方案，也有部分鋼廠在汽動鼓風改電動鼓風時建設煤氣發電，對于高爐鼓風驅動方案，鋼鐵企業應根據自身建設條件并結合節能減排以及經濟性進行選擇。
參考文獻
[1] 劉經校 高爐電動鼓風與汽動鼓風方案對比中的節能分析 [J]. 冶金動力，2008，(6): 40－ 41.
[2] 馬光宇，蔡九菊，謝國威不同驅動方式的高爐鼓風機性能分析[J]. 冶金能源.