design of blast furnace blower station------【转贴】

利用气体压缩机械将大气加压后供给高炉冶炼所需空气的动力站设计。气体压缩机械按排气压力进行分类，0．15MPa以下(表压，下同)称为通风机；0．15～0．2MPa称为鼓风机；0．2MPa以上称为压缩机。在中国钢铁工业中，用于高炉供风的气体压缩机械，不论其排气压力高低，习惯上统称为高炉鼓风机。设计内容主要包括：供风流程和系统的确定、高炉鼓风机的选择、驱动机的选择、辅助设备的选择、脱湿装置的设计、富氧装置的设计以及高炉鼓风机站的布置等。

简史       18世纪中叶开始采用往复活塞式及罗茨式等高炉鼓风机。20世纪30年xx始采用离心式高炉鼓风机。1949年瑞士爱舍尔 - 威斯公司(Esher Wyss)制造了{dy}台固定静叶轴流式高炉鼓风机。1960年瑞士BBC公司制造了{dy}台可调静叶轴流式高炉鼓风机。20世纪80年代世界{zd0}的高炉鼓风机为可调静叶轴流式，风量为10000m3 ／min(标准状态，下同)，排气压力为0．56MPa，功率为70000kw。中国20世纪70年代以前主要选用离心式高炉鼓风机。1969年攀枝花钢铁公司1200m。高炉首次采用了本国生产的汽轮机驱动的固定静叶轴流式高炉鼓风机。1985年宝山钢铁总厂4000m3 高炉采用了同步电动机驱动的可调静叶轴流式高炉鼓风机。风量为8800m3 ／min，排气压力为0．49MPa，功率为48000kW，这是20世纪90年代以前中国{zd0}的高炉鼓风机，也是{dy}座设有脱湿装置和富氧装置的高炉鼓风机站。

供风流程和系统的确定         已采用的有仅安装高炉鼓风机的流程或增设有富氧装置、脱湿装置的各种流程。根据高炉的冶炼要求和氧气的供应条件或者大气的温度、湿度情况进行选用。

富氧装置是往送入高炉的空气中加入氧气以提高其含氧量的设备。提高含氧量能提高高炉炉缸燃烧温度，减少炉缸煤气生成量并降低炉顶煤气温度，有利于提高高炉产量和降低焦比。提高含氧量的常用方法是在高炉范围内的送风管道中加入经过氧气压缩机加压的氧气。这种方法不会改变高炉鼓风机站的流程。另一种方法是在高炉鼓风机站安设富氧装置，在高炉鼓风机的吸入管道中加入低压氧气。选用这种方法的条件是氧气站与高炉鼓风机站距离较近，从氧气站空分塔送出的低压(约0．02MPa)氧气可直接送入高炉鼓风机的吸入管道，从而可以不安设氧气压缩机，达到节省投资和节约电力的目的。

脱湿装置的功能是稳定并减少送入高炉空气的湿度。稳定湿度可以xx大气湿度波动对炉况的影响，以使高炉炉况顺行、产量提高、焦比降低。稳定湿度的常用方法是，在高炉处设增湿装置将蒸汽掺入空气中，使其湿度稳定在高于大气湿度的水平上。这种方法不会改变高炉鼓风机站的流程。另一种方法是，在高炉鼓风机站增设脱湿装置，以减少大气的湿度。这种方法可以将空气的湿度稳定在低于大气湿度的水平上。采用脱湿装置的条件除了高炉的冶炼要求外，主要是建厂地区的大气湿度大，全年需要脱湿的时间长等经济因素。

供风系统按一台高炉鼓风机配一座高炉进行设计。为确保高炉安全生产，容积相近的三座及以下高炉可合设一台备用高炉鼓风机，同时设置任一台高炉鼓风机可以向任一座高炉供风的配风管，另外还可在配风管之间设分风管。分风管的作用是，当一台高炉鼓风机发生事故紧急停机时。可以由另一台高炉鼓风机送来少量鼓风，以确保设备的安全。当在鼓风站内安设脱湿装置及富氧装置时，空气的流程是由空气过滤器至脱湿装置再至富氧装置{zh1}至高炉鼓风机。

高炉鼓风机站的供风系统见图1。图中示出三台高炉鼓风机(其中一台为备用)向二座高炉供风的系统。此系统设有冷却法脱湿装置及富氧装置，每台高炉鼓风机配有脱湿器及氧气混合器各一套，三台高炉鼓风机合用一套制冷设备和一个氮气罐。

 高炉鼓风机的选择         主要原则是，高炉鼓风机可以在建厂地区的不同季节中满足高炉不同冶炼条件所要求的风量和供风压力，同时其全年效率较高。此外，高炉鼓风机应设有足够的调节装置与保护装置。

性能     常用的高炉鼓风机有离心式和可调静叶轴流式(包括轴流 - 离心串联结构)。此外，固定静叶轴流式在中型高炉上仍有采用。高炉鼓风机的主要性能参数有风量、排气压力、功率、效率和转速(或静叶角度)。描绘这些参数之间关系的曲线称为性能曲线。在一定转速(或静叶角度)下，最小风量受喘震工况的限制；{zd0}风量受阻塞工况的限制。从喘震工况点到阻塞工况点的范围称为稳定工况区。扩大稳定工况区的方法是：可调静叶轴流式采用改变静叶角度的方法，有的还辅以改变转速，固定静叶轴流式及离心式采用改变转速的方法；小型离心式也有采用进口节流或出口节流等方法的。连接不同转速(或静叶角度)的喘震工况点而得到的曲线称为喘震线。高炉鼓风机必须远离喘震线而在稳定工况区内运行。图2是轴流式及离心式高炉鼓风机的性能曲线。

高炉鼓风机设计工况点的绝热效率，轴流式可达83％～87％或更高；无中间冷却的离心式约为70％～75％；具有中间冷却的离心式约为80％～85％。离心式在排气压力大于0．2MPa时通常为具有中间冷却的两段压缩方式，以节省功率。轴流式因效率较高，一般都是无中间冷却的一段压缩方式。在稳定工况区内，效率以设计工况点为{zg}，距离设计工况点越远，效率越低。高炉鼓风机往往不在设计工况点运行，因此其效率往往低于设计值。

规格与型式           高炉鼓风机的风量为高炉入炉风量与送风系统漏风损失之和。高炉入炉风量可根据高炉有效容积、冶炼强度及每吨焦炭的耗风量计算而得。按1m3 高炉有效容积估算，风量一般为2．1～2．5m3 ／min。排气压力取决于高炉炉顶压力、炉内料柱和送风系统的阻力，一般为0．15～0．5MPa。高炉鼓风机的规格通常指{zd0}风量与{zg}排气压力的工况。

高炉鼓风机的实际运行工况取决于吸入空气状态及高炉冶炼条件。吸入空气状态主要是指建厂地区的大气温度、压力和湿度，此外还有富氧与脱湿的影响。高炉冶炼条件主要是冶炼强度和炉顶压力。由于吸入空气状态随季节以及高炉冶炼强度及炉顶压力的波动而不同，因此要求的运行工况区的范围是比较宽广的。实际的运行工况区必须在稳定工况区的范围内。

高炉鼓风机主要有三种型式：(1)固定静叶轴流式。其稳定工况区过分狭窄，为稳定运行往往须长期放风，导致浪费能源，因此已很少采用。(2)离心式。虽然效率较低，但是由于价格较低及对空气过滤的要求不高，因此在鼓风压力要求不高的小高炉上仍然普遍采用。(3)可调静叶轴流式是高炉鼓风机的主要机型，这种机型的主要优点是：效率高、稳定工况区宽、稳定工况区内效率变化小，以及在静叶角度固定时，性能曲线较陡，适于高炉定风量操作。此外，其外形尺寸与重量较小，因而基础及厂房尺寸也小。中国高炉与高炉鼓风机的配套概况见表。

中国高炉与高炉鼓风机的配套概况

调节与保护         基本要求是满足高炉所需的风量与排气压力的变化并确保高炉鼓风机的安全运行。具体内容和型式随高炉鼓风机及驱动机的型式而异，也与功率有关。大、中型高炉的可调静叶轴流式高炉鼓风机一般设置：保持给定风量改变排气压力的定风量调节装置，在热风炉换炉时保持排气压力增加风量的定风压调节装置，以及防止发生喘震、末级叶片阻塞、旋转失速、转速超限、转子轴向位移超限等保护装置。高炉鼓风机一般采用可编程序控制器，对风量及排气压力等重要参数进行控制。

驱动机的选择      主要选用变转速汽轮机和同步电动机，也有的选用定转速汽轮机及小功率异步电动机。汽轮机通常选用凝汽式，个别也有的选用抽汽凝汽式。汽轮机的蒸汽参数通常为2．35～8．83MPa({jd1}大气压)，390～535℃，所需蒸汽由锅炉或背压汽轮机供给。驱动机的选择除与高炉鼓风机的功率大小和调节要求有关外，主要取决于建厂地区的动力供应情况，即供电的可靠性、钢铁厂副产煤气的剩余量和电力与燃料的价格等。对于固定转速的可调静叶轴流式高炉鼓风机，选用同步电动机作为驱动机首先是为了节约能源，其次是同步电动机可补偿轧钢机的无功负荷，改善钢铁厂的功率因数，对供电系统有利。此外，由电动机驱动的高炉鼓风机辅助设备少，对加快建设进度、方便操作维护以及站区总体布置都极为有利。选用电动机驱动的关键条件是高炉鼓风机不需要调节转速和供电要有足够的可靠性。

辅助设备的选择        主要是空气过滤器和消声装置的选择。

空气过滤器        减少高炉鼓风机吸入的大气中所含粉尘的设备，以防止其通流部件磨损。高炉鼓风机对空气所含粉尘的要求是：对于离心式，粉尘浓度为3～10mg／m3 ，粉尘{zd0}粒径为5～10／μm；对于轴流式，粉尘浓度为0．6～1．5mg／m3 ，粉尘{zd0}粒径为5～8／μm。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：空气不被污染、在大气温度低或湿度大时不会发生结冰或积灰等堵塞问题。曾采用过的空气过滤器有：浸油金属网格、自动浸油、百叶式、轴流旋风及自动卷帘等型式。20世纪80年代以后，中国主要采用袋式过滤器。此种过滤器的除尘效果较好，但占地面积较大、价格较高，另外还发现在某些地区的雾天或冬季有堵塞现象。

消声装置       是减低高炉鼓风机噪声、改善操作环境的设备。为达到上述目的，通常设置下述设备：(1)安装放风消声器，以减低高炉鼓风机放风时产生的噪声。放风消声器有地坑式、阻抗复合式及阻抗同心环板式等型式，其噪声衰减量{zd0}可达50dB(A)。(2)吸、送风管用玻璃棉、矿渣棉等吸声材料包扎，其噪声衰减量可达20～30dB(A)。(3)轴流式高炉鼓风机及其驱动机要安设隔声罩，罩体为微孔板夹吸声材料，罩内留有操作及检查用通道并设通风与照明设施。隔声罩的噪声衰减量约为30dB(A)。

脱湿装置的设计         安装在高炉鼓风机吸风管中的脱湿装置，有采用氯化锂干式吸附法、氯化锂湿式吸附法以及冷却法等多种型式。中国采用的是冷却法。冷却法的脱湿原理是，把高炉鼓风机吸入的空气冷却到露点以下，使部分水蒸气凝结并除去，从而减低空气的湿度。冷却法脱湿装置的主要设备有脱湿器及制冷设备。冷却法脱湿的主要优点是：出口湿度仅取决于温度，控制方便、性能稳定；工艺流程及设备简单，易于维护及检修，也便于布置；出口空气不会被腐蚀物质污染，不会引起高炉鼓风机腐蚀；由于温度下降，高炉鼓风机的功率可以减少。冷却法脱湿装置的设计要点是：(1)脱湿器出口的空气湿度，年平均为6g／m3 (露点约为2．5℃)，夏季{zg}为9g／m3 (露点约为8．6℃)，夏季提高湿度是为了减少制冷设备容量，节约投资。(2)使用低温水和盐水两种载冷剂，空气先经低温水然后再由盐水进行冷却，以减少制冷设备功率。(3)脱湿器的阻力应尽可能小，除雾器的效率应尽可能高。(4)脱湿器出口湿度的控制可采用控制载冷剂的流量与温度的方法，此方法方便而简单。(5)为方便布置，一般每台高炉鼓风机配一台脱湿器。(6)整个高炉鼓风机站共建一座制冷站，制冷机可不设备用。

富氧装置的设计      增加高炉鼓风机吸入空气含氧量的装置设计。富氧装置的主要设备有氧气混合器和充氮装置。富氧装置的能力一般按氧气体积含量由21％(大气正常值)提高到25％左右计算而得。氧气混合器一般采用喷嘴型，氧气由多个喷嘴加入空气中，设计时应注意混合均匀同时减少阻力。氧气管道除设置流量调节阀以适应高炉要求调节氧气流量外，还应设置危急切断阀，以便事故时迅速切断氧气的供给。充氮装置为保安设施，包括氮气快速开启阀和氮气罐等。在高炉鼓风机发生事故时，例如喘震时，在迅速切断氧气的同时立即迅速充入大量氮气，以降低空气的氧气含量确保高炉鼓风机不致损坏。充氮装置按含氧量降低至21％进行设计。氮气罐可以整座高炉鼓风机站共用一个。在高炉鼓风机站装设富氧装置时，高炉鼓风机的性能将有所变化，同时某些部件，例如迷宫式密封，应考虑更换材质。

高炉鼓风机站的布置        高炉鼓风机站的站址应尽量靠近高炉，并应留有与高炉座数发展相适应的余地。高炉鼓风机采用汽轮机驱动时，锅炉房与高炉鼓风站合并建设成为蒸汽鼓风站。当钢铁厂建设自备热电站时，高炉鼓风机站通常与自备热电站合并成热电鼓风站。蒸汽鼓风站及热电鼓风站除高炉鼓风机及其辅助设备外，其组成和布置与自备热电站极其相似(见自备热电站设计)。高炉鼓风机采用电动机驱动时，由于用电量大，须特别注意供电的可靠性和经济性，因此站区内通常设置变电站。在高炉鼓风站的主厂房内，中、小型高炉鼓风机一般采用横向布置，即高炉鼓风机中心线垂直于厂房轴线；大型高炉鼓风机则采用纵向布置，即高炉鼓风机中心线平行于厂房轴线。高炉鼓风机的基础通常都采用高架平台式。在高炉鼓风机站的主厂房内应设置隔声的控制室。