如何提高高炉鼓风机运行安全性分析

姚　波

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

如何提高高炉鼓风机运行安全性分析

姚波

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

摘要：本文主要针对高炉鼓风机系统结构进行了分析，并结合其工作原理，针对高炉鼓风机运行中存在的问题，从主电机启动、保护系统以及静叶角度控制等方面对系统运行优化提出了几点建议。结合实践，调试后的高炉鼓风机在实际的运行中差动保护动作误动明显减少，鼓风机对执行机构控制力加强，能够更加直观、稳定、安全地保护系统，维持高炉鼓风机运行的安全，同时提高鼓风机工作效率，以此降低成本，减少人力物力的投入。

高炉鼓风机；运行；安全；措施

高炉鼓风机是冶金行业中最为重要的设备之一，为高炉冶炼提供源源不断的空气和动力，从而降低高炉阻损和送风系统阻损，保证炉顶压力符合冶炼需要。因此必须确保高炉鼓风机运行的稳定性，避免出现非计划性停机，如若不然在中立作用下，高炉中的溶铁、矿渣以及坍塌料就会倒灌至风口，给冶炼人员的生命安全带来威胁。

但冶炼是一个非常复杂的过程，在冶炼过程中，操作、燃料以及原料发生改变，高炉炉况都会发生改变，此时，风压、风量都会发生变化，因而必须对风机性能参数进行连续稳定的实时调节。因此需要功能强大的控制系统。本文主要以某炼钢厂的8号高炉作为实例予以分析，针对运行过程中高炉风机存在的问题进行了论述，并有针对性地提出了解决措施。

1.鼓风机概述

高炉冶炼本就是一个复杂的系统，而高炉鼓风机作为其最大的配备系统，主要有自动控制、电气控制、仪表检测、润滑、动力、保护以及冷却几大系统构成。每个系统相辅相成、相互依赖，其中对高炉鼓风机运行安全影响最大的便是电气控制系统以及自动控制系统和仪表检测系统。

1.1 电气控制系统

电气控制系统是高炉风机中最为重要的构成，依照电压的不同可以将该系统分为低压控制以及高压控制两种系统。其中高压控制的软启动是鼓风机电气控制中的核心。

电网必须提供足够无功功率才能直接启动大容量电极，但是这样就会对整个电网供电安全造成影响，因此高炉风机需要配套安装相应的软启动装置，进行降压补偿。为了消除由于高炉风机启动时对电网的影响，电机端应当相应设置无功发生器，通过无功发生器为风机提供启动时电机所需要的无功功率，减少对电网中无功功率的消耗。通过这种方式，高炉风机启动时，电机需要电网中的电流明显降低。

1.2 自动控制系统

（1）自动调节风量风压

对静叶角度进行调节便可以完成对风量和风压的调节。目前我国冶炼厂所使用的高炉风机一般都是通过对静叶角度的调节完成压缩机空气输送量的调节。

确保静叶角度保持最小角度，即14°，以降低主电机启动过程中产生的启动电流。但是静叶角度小于22°时，压缩机的运行状态相对不稳定，因而必须在启动后将静叶角度快速调整到22°以上，消除压缩机不稳定状态，这便是静叶释放。若风稳定供风，则静叶角度需要维持在22°～79°之间，因此22°被称作最小工作角。依照冶炼过程中的工艺需要，可以对静叶角度进行调整，以改变风机的出风量，风机负荷随供风量的降低而降低，因而这种控制调节系统可以减少浪费。

静叶伺服控制是静叶角度调整的关键，通过对位置变送器、PLC发送的相关信号的比较，发出私服信号，伺服机构做出相应的变动，静叶承缸向制定方向发生位移，风压、风量改变。

（2）自动防喘振

喘振问题是高炉鼓风机中常见的问题之一，也是最难解决的问题之一。冶炼过程中，由于为了配合冶炼，高炉需要随时改变冶炼供风量，高炉路况也会发生改变，因而鼓风机机壳内以及输风管网中的风压、风流量均会发生改变。若几组内气流量低时，气流会在叶片上脱离，从而形成脉动流，这种脉动气流会在出口管网出形成震荡（气容、气阻之间），这种状态下风机附属管网同气流就会出现震荡，鼓风机就会出现周期性倒流，出气口排气压力也会降低，温度骤升，并伴随巨大的吼叫声，这种现象便是喘振。对于鼓风机运行，喘振问题是致命的，会对整个高炉冶炼造成影响。因此必须尽可能地避免喘振问题的发生，引发喘振问题的不利影响有三方面：①损坏叶片；②气流脉动以及设备温升过高会引发内杠和叶片的损坏；③风量、风压大幅震荡，压缩机流量特征跳跃性大，影响机组运行工况。

1.3 仪表系统

8号鼓风机的仪表检测系统主要包括五大检测内容，即压力检测、温度假侧以及位置变送、轴位移和机组振动。风机的各个运行状态均是通过检测系统完成，并在仪表上显示相应的状态。例如系统的风机轴振动、键相位、轴位移以及变速箱轴振动等都是通过轴运动检测系统予以完成。通过该监测系统的反馈，可以有效掌握风机运行状态，避免故障的产生。

2.如何提高高炉鼓风机运行安全

依照高炉鼓风机的结构原理、结构关键点对目前高炉鼓风机中存在的问题进行了分析，并有针对性地提出了相应的优化措施。

2.1 差动保护系统出现误动作

2.1.1 问题成因

此类问题主要集中出现在主电机启动时，所谓差动保护是比较被保护设备各端口电流的大小和（或）相位的继电保护，当达到设定的动作值时启动动作元件。当被保护设备在正常运行或外部短路以及系统振荡时，由于被保护设备各端口电流之和等于0，所以差动保护不会误动作；而在被保护设备本身发生内部短路时，各端口电流之和将等于总短路电流，差动保护将灵敏动作。

以某高炉鼓风机为例，该鼓风机TCS软启动装置通过软启出线柜与电机进线端连接，即与电机进线B端连接。即当电机软启动时，电源通过启动柜QF2与TCS软起装置与电机进线B端连接，从而使电机软启动。但是因为此时安装在电机进线端的电流互感器TA2中没有电流流过，而电机的KD差动保护监测的正是TA2与TA1示数之间的差值，所以导致电机软启动时差动保护动作，而软起完成后由于电机是通过QF1运行柜与电机相互连接，此时正常情况下电流互感器TA2与TA1监测到的电流是相同的，所以差动保护不会动作。

2.1.2 解决措施

电机软启动时差动保护动作，并不是因为此时电机内部短路故障，而是因为差动保护所监测电机两端电流的监测点设置不合理所致，因此可以将软启动装置的出线接到电机进线的A点处即电流互感器TA2的上端，从而保证TA2与TA1在电机软启动时监测到的电流相同，从而避免差动保护的误动作。

2.2 静叶角度控制缺陷

2.2.1 问题成因

高炉的加风或者减少是通过调整轴流压缩机静叶的角度来完成的，而静叶角度的开度是通过静叶伺服控制系统来完成的.当DCS系统给定伺服控制器一个角度的开关度时，伺服控制器控制静叶执行机构的静叶电液伺服阀动作，同时通过执行机构的位置变送器返回一个位置信号，从而形成一个闭环控制系统。但当位置变送器发生故障时，静叶伺服控制器就会不断的发出信号给执行机构，而电液伺服阀就一直动作，直到静叶角度被调整到最大或者最小，从而使风机失控。

2.2.2 解决措施

静叶私服系统属于闭环控制系统，在控制的过程中，位置变送器能够将执行机构的状态准确地反应到控制器，但是一旦位置变送器出现问题，伺服控制器就无法获取执行机构位置以及动作情况，位置变送器也无法为系统准确的反馈信息。此时控制器就会判定执行结构并没有完成动作，因而不断地发出动作信号，知识静叶角度控制出现问题，静叶角度或大或小。针对这种问题可以通过加装动作反馈装置予以解决，原有位置反馈机构上由于多了动作反馈机构，系统便可以通过动作反馈机构发送的信号准确掌握执行机构状态，并借由动作反馈判断位置变送器是否正常。

2.3 保护系统粗糙

2.3.1 问题成因

鼓风机在高炉冶炼中占据了重要的地位，为高炉冶炼提供动力，因而必须确保其运行的安全稳定，配套设置相应的保护系统，出了润滑、动力油压力保护系统、温度保护系统以及压缩机、变速箱振动保护系以及位移保护等，除此之外还包括电气保护系统、软启动系统以及查的那个保护系统。但是目前的鼓风机安全保障体系还十分粗糙，监控画面无法直观的表现出系统故障位置、原因，只能表现出一个大概的故障类别。例如当鼓风机出现过流、接地以及短路、差动等故障时，监控器上只能显示系统出现“电气故障”。

2.3.2 解决措施

这一问题可以通过将电气故障相应的信号输出传送给软启动装置时，再同时传送给DCS系统，通过信号的双重传送，鼓风机监控画面便可以准确地显示出鼓风机出现的相应故障，从而简化维修人员排查故障的步骤，减少维修人员的工作量。

结语

通过上述分析可以看出，高炉鼓风机虽然存在诸多问题，但是通过合理的措施优化后，鼓风机运行状态明显稳定了，风机系统运行安全性也有所提高。通过计算，优化后的风机运行成本以及需要的人力大幅降低，风机的运行更加的稳定、高效、安全。

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