高炉鼓风系统运行工艺

高炉鼓风机是高炉设备的心脏 ，鼓风机所输送的高压风流 ，经热风炉加热到约1300℃，由设在高炉炉腹下的环型风管 ，通过安装在高炉四周的风口吹入高炉内。大气首先经过自洁式空气过滤器除尘 ，然后经过脱湿器脱湿后 ，再经过混合器进行机前富氧后进入高炉鼓风机进行压缩 ，最后将压缩后的高压气体送到炼铁单元。鉴于高炉鼓风生产运行与机组设备保护控制 ，液压控制技术在高炉鼓风系统的应用包括鼓风机静叶、主放风

阀、副放风阀、防阻塞阀以及急速减压阀。

高炉鼓风系统是由鼓风机、热风炉和冷、热风管等组成。　高炉鼓风机18世纪中叶开始用往复式蒸汽鼓风机，后来使用煤气内燃机式鼓风机、蒸汽涡轮鼓风机和同步电动鼓风机。20世纪30年代前使用离心式鼓风机较多。50年代开始使用轴流式鼓风机，它比离心式鼓风机效率高、结构轻、风量大、特性曲线陡,适于定风量操作;缺点是叶片易受灰尘磨损，影响风量，且噪声大。近年来使用大容量同步电动鼓风机，虽然耗电多，但因使用可控硅控制，启动方便，易于维修，投资较少。

高炉鼓风机按单位炉容 2.1～2.5 标米3/分的风量，或按冶炼强度的1.15～1.25配备。目前最大鼓风机鼓风量是 10000标米3/分，风压5.7公斤力/厘米2，功率7万千瓦。轴流式最大风量可达12000标米3/分。

为了防止带入炉内的水分降低炉缸温度，并影响炉况稳定、顺行，近年有些高炉在鼓风机吸风口外设脱湿装置，冷风的湿分可脱至1～3克/标米3(冬天)、8～10克/标米3(夏天)。每脱湿1克/标米3，相当于提高风湿6℃。

冷风管和热风管：鼓风通过冷风管进入热风炉预热，再经热风管送到高炉风口进入高炉。经压缩后的冷风温度可达200～280℃，所以冷风管内需加绝热层。综合鼓风时，可在冷风管内加氧气、蒸汽等（氧气也可从鼓风机吸风口加入）。热风管内需衬砌耐火砖并加绝热层，要设置膨胀圈多处。围管固定于框架上。热风管和围管联接处喷涂耐火材料，以解决耐火砖难砌的问题。热风管上设有“倒流风管”，以排除休风时自高炉倒流的煤气。现代高炉的热风阀由铸铜改为用钢板焊接，阀面衬以耐火材料，阀内用水或汽化冷却，可提高寿命1～2倍。

脱湿鼓风技术

1、技术方法

脱湿鼓风技术是指预先将空气中的湿度降低到某一较低数值之后而送往高炉，又称鼓风除湿。目前采用的脱湿方法主要有干法、湿法和冷凝法三种，有时还可混合采用。为避免干法或湿法中腐蚀性介质腐蚀高炉鼓风机，同时冷凝法通过降低空气温度还能相应增加风机风量，其总能耗及运转费用要比干法和湿法低，因此重钢采用冷凝法，即采用冷凝方式在热交换器中将空气降温，使之超过露点，除去饱和水。

2、技术原理

以往高炉大多采用自然湿度鼓风，其生产普遍存在一个现象，即夏季产量较低，焦比较高，冬季产量较高，焦比较低，这主要是因为冬季气温较低，空气湿度较小，密度较大，致使鼓风中的水分减少。质量流增加。因此，冬季被看做是高炉生产的黄金季节。为了实现高炉生产的“四季如冬”，根据重钢高炉和其鼓风状况及气候条件，对鼓风系统采用脱湿工艺技术，即将进入鼓风机之前的湿空气通过脱湿箱冷却，使其温度降低到空气含湿量相对应的饱和温度以下，湿空气中的多余饱和量的水分凝结而析出，水分再经过除水器排出，使空气中含水量降低。空气经过脱湿箱后再送人高炉鼓风机，从而保证进人高炉热风炉的供风湿度稳定，风量稳定，进而保证了高炉稳定顺行。

拨风保安技术

1、拨风保安工艺

拨风保安系统由拨风管道、拨风阀和隔离阀组成。在高炉供风管道之间加装拨风管道，在拨风管道上安装拨风阀，其前后为隔离阀，当鼓风系统故障时，由PLC系统按设定的条件控制拨风阀，从而实现拨风系统动作。

2、拨风条件的设定

当鼓风系统同时具备以下条件时，拨风阀开启。

（1）出现鼓风机主电机跳闸信号或鼓风机安全运行信号；

（2）鼓风机止回阀关闭到位；

（3）根据高炉实际运行情况，重钢设定拨风压力0.22MPa，即拨风管道压力大于0.22MPa，故障管道压力小于0.22MPa。

高炉鼓风系统存在问题

根据目前国内各钢厂高炉拨风系统的设置，拨风用户的风量，风压是根据操作过程中积累的经验来确定的，而在拨风系统投入运行时拨风风源能够提供的风量，风压又是和风源鼓风机及所对应的高炉的运行状况密切相关的，因此，在高炉系统的不同运行工况下，需要拨风的风量，风压需要进一步核实#拨风风源系统及高炉系统在不同的工况下能够提供的拨风风量，风压也需要进一步核实。

这两个问题解决后，则拨风系统可以做到更符合实际工况，最大限度的满足拨风用户的需要，并最大限度的减小对拨风风源所对应的高炉系统的影响，

高炉鼓风系统自动控制

拨风系统的控制系统主要包括拨风风源的条件控制，拨风用户的控制，所有控制都是通过拨风阀的动作来实现的。

拨风系统的风源条件控制，拨风用户的控制都可以通过控制系统实现自动，自动选择满足拨风风源条件的鼓风机作为拨风风源，当拨风用户需要拨风时自动判断拨风阀开启条件是否满足，但在拨风系统控制系统设计时需考虑到该系统从自动到手动控制的无干扰切换，便于灵活操作，同时亦可考虑在系统控制台上设置（紧急拨风）按钮，该按钮用于在拨风运行条件满足而控制系统出现故障状况下的一种应急措施。

在实际操作过程中，可根据设备状况，操作人员的熟练程度确定控制系统是否切除而采取手动操作。

高炉鼓风系统优点

液压控制技术在现代工业产品、生产过程和工业自动化显示出了如此越来越重要的作用和地位 ，是因为液压传动系统与控制系统的具有以下优点。

1）液压传动力矩大。液压系统易于传递较大的力矩 ，可输出恒定的力和扭矩 ，不管速度如何变化 ，它都可以保证为负载提供连续的稳定不变的力和扭矩。

2）连续调节性能好、易于控制、定位精度高。

3）工作平稳、冲击小。由于液压油具有一定的缓冲和阻尼作用 ，在一定程度上可以消除或缓和机械系统刚性碰撞产生的冲击、震动和噪声。

4）安全可靠、易于实现过载保护。

高炉鼓风系统维护

压力确保 4.0 MPa-4.5 MPa，喷管油压为 800 kPa 左右 ，若油压低于 3.5 MPa 时先发报警 ，油压低于 3.0 MPa，备用泵会自启动。

控制油温度一般为 45℃左右 ，当温度超过 60℃就要报警 ，控制油温度也不能太低 ，否则油粘度大 ，对控制设备操作不利。

蓄能器内蓄油量试验应在定期盘车或停机时进行 ，一般以能开启主放风阀两个来回动作为宜。

鼓风机开机前或定期盘车时 ，都应对静叶、主放风阀、副放风阀、防阻塞阀、急速减压阀作动作试验 ，确认正常。

控制油系统经常巡视 ，检查油压、油温及油位 ，注意漏油 ，注意 C 型阀的辅助活塞卡涩现象。 2100433B

高炉鼓风系统效率提升

大、中型高炉所用的鼓风机中，大多采用汽轮机驱动的离心式压缩机和轴流式压缩机。近年来随着电机技术的不断发展，高炉鼓风机一般都采用大容量同步电动轴流式压缩机，这种压缩机的电气设备较多，耗电量大，但相比较汽轮机驱动方式投资较少。以某大型钢铁公司高炉鼓风站的数据为例，该高炉鼓风站由5 台全静叶可调轴流式高炉鼓风机组成，并由5 台功率为48MW 的同步电动机驱动，运行模式采用4 用1 备，担负着向全厂4 座高炉全年连续送风的重任，整个鼓风机站的电能消耗约为每年11亿度，约占到整个厂区总电耗的10%。根据某年运行数据统计得出，5台鼓风机电机耗电量为11.38 亿度，而鼓风机站总耗电量为11.64 亿度，占总耗电量的97.7%以上，可见鼓风机的耗电量巨大。

高炉鼓风机站所消耗的能源由数个辅助子系统组成，包括：鼓风制冷脱湿系统、鼓风富氧系统、鼓风除尘过滤系统以及送风管网系统等，这些辅助子系统的运行状况直接影响到鼓风机组的整体运行效率，对高炉鼓风系统能耗有较大的影响。这些因素包括：鼓风机本体的运行效率、除尘过滤及脱湿系统的阻力损失、脱湿效率以及管网输送阻力损失等。

对于高炉鼓风系统效率方面的分析研究，大部分是针对鼓风机送风量过大，出现放风，造成能量损失进行改造；或者是针对高炉鼓风机的防喘振控制策略进行研究。尤其是戚学锋等人进行了高炉鼓风机设备在运行过程中的寻优控制方法的研究，并在包头钢铁公司进行了应用，该方法的原理是在已获得鼓风机特性曲线的基础上，结合风机的效率—流量曲线，通过控制风机的转速和静叶角度，使风机能运行在具有较高运行效率和适宜的喘振裕度的工作点上。但该法仅是针对鼓风机设备本体，并未涉及到对周边子系统的分析和研究。而目前针对提高整个高炉鼓风系统的运行效率和节电潜力的研究是鼓风站节能降耗的一个重要研究课题。

鼓风系统效率影响因素分析

从以下两个方面阐述影响高炉鼓风系统运行效率的因素：

第一，结合高炉炼铁工艺要求对除尘过滤系统、制冷脱湿系统、管网送风系统等重要辅助系统进行运行状况分析，找出影响各自能耗的因素，提出节能运行建议。

第二，对影响鼓风机主机运行效率的因素，如过滤系统的阻力损失、管网阻力损失等问题进行分析研究，并提出调整改进措施，达到节约能源的目的。典型的高炉鼓风系统流程图见图1。

1、鼓风除尘过滤系统

（1） 自洁式空气过滤器应用

高炉鼓风进口端过滤器主要采用自洁式空气过滤器，过滤元件为刚性滤筒。空气通过粗滤筒过滤后，经由自洁式过滤器进行细过滤得到洁净空气，当滤筒内外压力差值达到设定值时，启动反吹系统，进行滤筒自洁清理。

高炉鼓风过滤器也有采用布袋式除尘过滤器的，过滤元件为细长的口袋。由于具有除尘效率高、结构简单、平时维护量小的特点，该类型过滤器得到迅速推广和应用。除尘效果良好，鼓风机运行近二十年，鼓风机叶片磨损较少。但由于自洁式过滤器的除尘性能更加优越，安装维护更加简便，将布袋过滤器更换为自洁式空气过滤器。自洁式空气过滤器是由鼓风机抽吸形成负压，过滤器吸入周围空气，经由粗滤筒将空气中悬浮较大物体进行粗过滤，空气中的粉尘在经过滤芯时，由于粉尘重力作用或静电作用以及颗粒碰撞接触作用被阻留在滤筒外，洁净空气经过文氏管加速后，由出口管送出。

（2）空气除尘过滤系统对鼓风效率的影响

高炉鼓风机高速旋转的叶轮或叶片，对吸入空气中的飘尘十分敏感，粉尘(直径≥4μm)对风机叶片的磨损是影响设备长期正常运行的主要原因之一。钢铁企业的空气中主要成分为粉尘颗粒，大气中所含的粗糙矿物尘粒及各种气体的混合物对鼓风机有以下危害：

1）对于前几级叶片，粉尘附着于叶片表面，容易对叶片造成点状腐蚀；

2）后几级叶片，空气温度升高，粉尘难于附着于叶片表面，而是随气流对叶片造成冲刷磨损；

3）由于上述因素影响，鼓风机风量降低，喘振线下移，有效运行范围缩小，风机效率降低，甚至被迫停机检修；

4）因自洁式除尘器运行阻力上升，会导致风机的运行点发生偏移，风机消耗功率随之增加。大型轴流式鼓风机揭缸检修时，发现鼓风机动叶（第一级）磨损厉害，原因是自洁式滤筒过滤器过滤颗粒直径较大。因此，在鼓风机机前配备有效的空气过滤器是很有必要的。

高炉鼓风机对空气过滤器的基本要求有：除尘效率高，在当地大气含尘量的情况下能满足高炉鼓风机

对粉尘含量的要求，同时流动阻力尽量小，此外还应考虑鼓风机周边空气不被严重污染，以及在低温天气或者空气湿度较大时，不会发生结冰或积灰等堵塞问题。一般自洁式过滤器滤筒初始压力差为200~300Pa，但当滤筒压差持续保持在1200Pa 以上时，鼓风机电耗增大，需更换滤筒，一般滤筒使用寿命为2 年。随着鼓风机运行时间增加，滤筒的过滤能力将逐步下降，滤筒附着的灰尘也逐渐难以清除，即使反吹系统一直在运行，滤筒的内外压差逐渐上升，引起过滤器阻力上升，使得风机耗电量增加。

（3）空气除尘过滤系统的节能措施

1）实时控制反吹间隔时间

自洁式过滤器设置的反吹周期是当滤筒压力差小于600Pa 时，每30s 反吹一次；压力差大于600Pa 时，每15s 反吹一次，一次反吹2 组滤筒。如果缩短反吹间隔时间，滤筒压力差将会迅速下降。由于反吹间隔时间缩短，压力差增长速度放缓。根据实验数据，滤筒压差由582Pa 至608Pa，反吹间隔时间为30s 时，需要24h；若将反吹间隔时间修改为15s，当滤筒压差达到608Pa，需要52h，即延长滤筒使用寿命28h。

2）人工吹扫与风机耗电量的关系分析

考虑到阴雨天气，导致大气湿度增加，严重影响自洁式空气过滤器的自洁效果，针对还未使用到两年滤筒压差却大于1200Pa的滤筒而言，可考虑采用人工吹扫方法对其进行拆卸清扫。为不影响鼓风机的正常运行，人工清扫采用的是不停机清扫，即每次只拆卸一组滤筒，其余滤筒正常运行，清扫完毕后，拆卸另一组滤筒继续清扫。

根据鼓风机运行数据统计，滤筒阻力（进出口压力差）每增加100Pa，在提供相同的鼓风风量的前提下，鼓风机有功功率要增加22kW，由此可得出人工清扫一次节约电耗为

ΔI =0.22∙ΔP∙T （1）

式中，ΔI 为人工清扫后鼓风机节约电量，kW·h；ΔP 为人工清扫后滤筒运行阻力下降值，Pa；T 为人工清扫后滤筒在允许压差下的运行周期，h。由于滤筒运行阻力随着运行时间而逐步上升，运行阻力上升趋势以及有效运行时间的长短与环境条件有密切关系，因此，上述计算出的节电量与实际状况略有差异。

3）滤筒材料选用

空气过滤器的滤筒材料：①透气性能好，以保证滤芯的流动阻力小；②滤筒结构简单，且有一定刚性强度，即能承受吸气时外部的压力，又能承受反吹时的冲击力；③滤筒材料孔隙度适当，滤清效率高，不易侵灰，以保证过滤效率和精度。

2、鼓风制冷脱湿系统

高炉除湿鼓风作为一项炼铁界所公认的节能技术，其不仅能有效减少高炉能量消耗，又有利于高炉生产的稳定，提高产品产量。鼓风制冷脱湿系统由制冷系统和脱湿系统两部分组成。一般采用在鼓风机吸入管侧装置冷却器、利用大型冷冻机冷却介质、再由介质冷却空气的间接冷冻脱湿的方法。空气经过冷却器冷却后使空气温度下降，从而脱去空气中的湿分，低温低湿的空气进入高炉鼓风机。产生了以下直接经济效益和间接经济效益。

（1）高炉顺行增产效益

高炉除湿鼓风后，鼓风机进口的空气密度提高，根据钢铁行业的经验数据显示，在相同风量的情况下，鼓风含湿量每降低1g/Nm³，高炉炼铁产量能够增加0.1%～0.5%。

（2）降低综合焦比

高炉鼓风除湿后，加热需要的燃料减少,根据经验可知,含湿量每降低1g/Nm³，可降低综合焦比0.8kg/t 铁；同时每吨铁水可多喷煤粉量1.7kg/t 铁，按煤代焦置换系数0.8 计算，每吨铁水可以减少焦炭用量1.36kg/t 铁。

（3）节约鼓风机能耗

高炉除湿鼓风后，鼓风机进口的空气密度提高,在高炉产量相同的情况下，可减少鼓风风量使其能耗下降，平均节能5%～10%。虽然除湿系统需要增加部分能耗，但其增加值小于鼓风能耗的下降值。

（4）脱湿冷凝水回收再利用

由于制冷脱湿系统是保证高炉鼓风送风湿度的主要辅机设备，同时也是所有的辅机中所占能耗比重最大的设备，因此针对制冷脱湿系统的运行特点提出节能措施，可以进一步减少鼓风机运行的系统整体能耗。

根据制冷脱湿系统的冷冻机和脱湿器的运行状况分析，以及制冷脱湿系统的运行特点，提出一个脱湿冷凝水回收再利用主要的节能措施。高炉鼓风系统采用的脱湿方法大多是冷凝脱湿，每年每台脱湿器在脱湿期内都会产生大量10℃左右的低温冷凝水。在夏季高温气候条件下，如果将这些冷凝水收集起来，用于办公室房间空调制冷，可以达到良好的节能效果。

3、送风管网系统

高炉鼓风机单体送风流程系统的组成主要有空气过滤器、脱湿器、制冷机、富氧混合器、鼓风机等，并配风道的阀门附件，如逆止阀、防阻塞阀、吐出阀、送风切换阀等，同时为了满足工艺和设备保护要求，旁路上配有防风阀门和急速减压阀等附件。

（1）送风流程能耗阻力分析

鼓风机在输送空气的过程中，必须要保证足够的出口风压来克服送风系统阻力损失、高炉炉料阻力损失，并且提供一定的高炉炉顶压力值。这些阻力直接影响鼓风机的能耗，因此，降低系统的阻力损失以减少鼓风机能耗具有实质性作用。

鼓风机单体送风流程管网布置较为简单，由于鼓风风量相当大，所以引起的风压阻力损失不容忽视。如果鼓风机进风口的流动阻力增大，将直接导致鼓风机进风负压升高，鼓风机实际工况点向非正常工况区域(喘振区域)偏移，鼓风机效率下降，造成电动机能耗增加。为了保证鼓风送风的稳定性，一般要求在输送管网中产生相对较小的阻力损失，其包括沿程阻力损失和局部阻力损失两部分。沿程阻力主要与管道长度和材料以及管道走向有关，局部阻力则与管网上的部件和装置有关，如：管道的变径、阀门、弯头等。根据送风管网的实际运行状况，计算管网阻力损

失时将送风管网系统分成两段进行分析研究。

第一管段：过滤器进口到鼓风机进口

第二管段：鼓风机出口到送风切换阀出口

由于鼓风采用的是机前富氧的方式，对吸入的空气进行加氧处理的，因此送风量在富氧混合器前后的风量将有所变化，又以富氧混合器为界将第一管段分成A 和B 两段分别进行阻力计算。同时根据富氧混合器的构造以及空气富氧的方式，可以认为富氧混合器所造成的压力损失忽略不计。

（2）送风管网节能措施

在整个管网阻力损失中脱湿器和空气过滤器所造成的局部阻力损失约占第一管段总损失的70%。对这两部分的基本构造进行优化设计是降低整个管网阻力损失的关键。对于一般装有脱湿装置的高炉鼓风系统而言，鼓风机全年向高炉送风可以分为脱湿期和非脱湿期两个阶段。一般高炉鼓风脱湿期为4~11 月份，其他月份由于空气湿度低，不需要进行脱湿处理。但是在实际的鼓风操作中，非脱湿期的空气仍然通过脱湿器，这样会造成很大的局部阻力损失，增加了鼓风机的耗电量。因此，可以在非脱湿期更改空气输送路径，通过安装旁通管道，使空气绕过脱湿器，这样可以减少脱湿器造成的约1000Pa的局部阻力损失。

对现有管路系统进行改造，加装旁通管路。空气绕过脱湿器，从旁通管道流向富氧混合器，在这段旁通管道上，空气流动的阻力损失主要是阀门和两个弯头引起的局部阻力损失，沿程阻力损失很小。根据往年2月份的平均数据进行计算得出，这段管路造成的阻力损失约为132Pa，而空气经过脱湿器所造成的局部阻力损失为851Pa，相差719Pa。根据高炉鼓风运行经验，当鼓风机吸入压力每降低100Pa，在输送相同的鼓风量的前提下，有功功率平均下降22kW 计，则以700Pa 的阻力损失计算，功率消耗下降值为154kW。若以单台鼓风机在非脱湿期内（按4个月算）全天连续运行计算，则可以减少鼓风机耗电量约45万kW·h，节省电费（按0.6元/kW·h 计算）约为27万元。因此，在现有送风管道中，加装一个旁通管路，在非脱湿期将旁通阀门打开，用挡板关闭空气过滤器和脱湿器之间的流通空间，让过滤后的空气直接从旁通管路流向富氧混合器，以减少鼓风机能耗，这个节能改造措施是经济可行的。

结论

通过对高炉鼓风辅机系统（主要针对自洁式过滤器、鼓风脱湿装置）以及管路送风系统阻力的计算分析，从理论上对能量的损耗进行推理和计算，寻找出流程上耗能大和能量损失大的因子，并以此为依据，进行理论上的优化，为进一步挖掘高炉鼓风系统的节能潜力，提出可行的优化和改造方案。相关结论如下：

1）空气除尘过滤系统：通过对除尘过滤系统运行数据的分析计算，并且对比反吹间隔时间与滤筒使用寿命和单位时间内风机电耗的关系，提出反吹间隔时间的最佳值，即滤筒压力差小于600Pa时，反吹间隔时间为14s，滤筒压力差大于600Pa 时，反吹间隔时间为5s。同时可采用人工清扫滤筒的方式来延长滤筒使用寿命。

2）制冷脱湿系统：针对冷凝脱湿特性，提出冷凝水回收再利用的节能措施。经计算分析可得，夏季脱湿器每天每小时共产生10℃冷水约为22.56t，若用于夏季空调制冷可供约1300m²的办公室内区使用。

3）鼓风机单体送风流程系统：通过管网阻力计算，可以得出鼓风机机前管网阻力损失偏大，机后的阻力损失在理论计算范围之内，因此对于降低机前鼓风阻力损失是降低整个管网系统的关键，提出在现有管网系统中加装旁通管路的节能改造措施，可以为鼓风站每年节电约45万kW·h，节省电费约为27万元。 2100433B

横断面为圆形的炼铁竖炉，用钢板作炉壳，里面砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分。炉喉之上设置装料设备（见高炉供料和装料系统）。炉缸上部沿周均匀设风口，热风通过热风围管、支管和弯头、直吹管由风口鼓入炉内（见高炉鼓风系统）。风口平面之下有出渣口，渣口平面之下有出铁口（图1 高炉内型构造示意）。随着钢铁工业的发展，高炉本体和附属设备也不断扩大，高炉最大容积在20世纪初为几百立方米，60年代为 2000～3000米□，70年代达4000～5000米□。