汽动与电动高炉鼓风机的运行经济性比较

程亚军，贺利刚

（中节能（通化）环保能源有限公司，吉林通化134003）

汽动与电动高炉鼓风机的运行经济性比较

程亚军，贺利刚

（中节能（通化）环保能源有限公司，吉林通化134003）

汽动高炉鼓风机组能源转换环节少，经济性相对容易保障，但影响安全稳定运行的因素多。电动高炉鼓风机组运行灵活性好，可靠性相对较高，但能源转换环节多，经济性不容易得到保障。两种拖动方式各有优缺点，选用那种拖动方式更为经济、合理受到广泛关注。对此进行了技术经济对比分析，以求得到明确结论，并通过分析得出影响经济性的因素。

高炉鼓风机组；比较；经济性；效率

前言

高炉鼓风机对高炉的作用不言而喻，尤其是近些年，随着新建高炉容量的快速提升，高炉鼓风机组的重要性越发突出。对大容量高炉鼓风机组，通常分为汽动机组和电动机组，电动鼓风机组由电动机驱动风机运转，对厂区电力系统的稳定性要求较高；汽动鼓风机组由汽轮机驱动风机运转，对汽轮机、锅炉及其辅机系统的稳定性要求较高。两种拖动方式各有利弊，各钢铁厂根据自身特点和管理方式不同有不同的选择，即选择汽动鼓风机组，或选择电动鼓风机组，或两者皆有。在对两种拖动方式进行选择时，其中很重要的判断依据就是运行的经济性，由于汽动鼓风机组的汽轮机为工业汽轮机，效率相对于发电汽轮机低，而电动鼓风机组由于增加了能源转换的环节，中间环节的损失增加，哪种拖动方式经济性更好一直是行业关注的重点，尤其对大容量高炉的鼓风机组，风机功耗大，运行的经济性显得更加重要。本文着重针对钢厂两种拖动方式鼓风机组进行经济性比较，从中得出影响经济运行的因素。

1 某钢铁公司鼓风机组、发电机组的系统布局及系统简化

某钢铁公司现有两套AV80—15汽动鼓风机组和一套AV80—15电动鼓风机组，鼓风机组建在高炉鼓风站内，站内还建有2台30 MW汽轮发电机组。从图1可以看出，厂区用电从两台66/35 kV变压器取用，1#发电机组发电经1#35/10 kV变压器送往35 kV一段母线，2#发电机组发电经2#35/10 kV变压器送往35 kV二段母线，电动鼓风机组用电从35 kV二段母线经2#35/10 kV变压器取用。

汽动鼓风机组与电动鼓风机组运行方式的转换，实质上是发电机组、电动鼓风机组与汽动鼓风机组的相互替换。为了便于分析问题，我们将系统简化，只保留一台汽动鼓风机组、一台电动鼓风机组和一台汽轮发电机组，作为分析模型见图2。

图1 鼓风、发电机组全面性系统图

图2 鼓风、发电机组原则性系统图

2 经济性分析

由于1#发电机组、2#发电机组和电动鼓风机组在厂电网所处位置不同，对运行经济性会有不同的影响，在此先以1#发电机组与电动鼓风机组作为典型研究对象。

假定汽动鼓风机组轴端功耗与电动鼓风机组轴端功耗相等，均为 W0，浊ax为风机机械效率；Q1、浊i1、浊t1、浊ax1分别为汽动鼓风机组输入功率、汽轮机的内效率、循环热效率、机械效率；浊cl、浊g分别为电动鼓风机组变速箱效率、电动机效率；Q2、浊i2、浊t2、浊ax2、浊g2分别为发电机组输入功率、汽轮机的内效率、循环热效率、机械效率和发电机效率；浊tr为35/10 kV变压器效率。

式中：W1——汽动鼓风机组的总功耗；

Pzy1——汽动鼓风机组的自用电量；

W2——电动鼓风机组和发电机组的总功耗；

Pzy2——电动鼓风机组和发电机组的总自用电量。

由于Pzy1与Pzy2相差不大，同时为了便于分析主要因素，暂且将Pzy1与Pzy2视为相等，即Pzy1抑 Pzy2，所以在此主要对Q1与Q2进行对比分析。

根据图2可以得出能耗平衡等式：

其中浊1为汽动鼓风机组运行时的系统综合效率。

其中浊2为电动鼓风机组运行时的系统综合效率，此时电动鼓风机组所用电量由1#发电机组提供。

取浊1和浊2的比值，

其中浊z1=浊i1.浊t1，为汽动鼓风系统汽轮机组能量转换的综合效率；

浊z2=浊i2.浊t2，为发电系统汽轮机组能量转换的综合效率。

不论是发电用汽轮机还是工业用汽轮机，机械损失所占份额都非常小，机械效率大都在99%以上，所以可视为机械效率都相等，即浊ax1抑浊ax2，所以由上式可得

定性分析汽动鼓风机组和电动鼓风机组经济性，可从 浊1/浊2与 1 的关系判断。若 浊1/浊2约1（即 浊1约浊2或 Q1/Q2跃1），则 浊z1/浊z2约浊cl.浊g.(浊tr)2.浊g2，从式中可以看出，汽动鼓风机组汽轮机能量转换综合效率与发电机组汽轮机能量转换综合效率的比值小于能量转换其它中间环节效率的乘积时，汽动鼓风机组经济性低于电动鼓风机组经济性；同理，若 浊1/浊2跃1（即此时汽动鼓风机组经济性高于电动鼓风机组经济性。

以上是以1#发电机组与电动鼓风机组作为典型研究对象得出的结论，当以2#发电机组与电动鼓风机组作为研究对象时，由于2#发电机组与电动鼓风机组在同一10 kV母线上，2#发电机组发出的电能直接供给电动鼓风机组，而不经过两台35/10 kV变压器，故没有变压器能量转换的损失，即浊tr=1，

所以，若 浊1/浊2约1，则 浊z1/浊z2约浊cl.浊g.浊g2，此时汽动鼓风机组经济性低于电动鼓风机组经济性。若浊1/浊2跃1，则 浊z1/浊z2跃浊cl.浊g.浊g2，此时汽动鼓风机组经济性高于电动鼓风机组经济性。

3 经济性计算

3.1 效率计算

某钢铁公司鼓风机组运行负荷大约在23~24 MW之间，经查设备相关数据，此负荷下的鼓风机组汽轮机内效率 浊i1为 80.5%，循环效率 浊t1为35.66%，发电机组汽轮机内效率浊i2为85.32%，循环效率浊t2为35.58%，机械效率均视为相等，取浊ax=浊ax1=浊ax2=99%，增速箱效率浊cl为99.2%，电动机效率浊g为 98.12%[5]，发电机效率 浊g2为 97.88%，变压器效率浊tr在经济负荷范围内时达99.5%，现取为99%。

当1#发电机组运行时：

将上述取值带入式（1）得：浊1=浊ax.浊i1.浊t1.浊ax1=99%伊80.5%伊35.66%伊99%=28.14%；

将上述取值带入式（2）得：浊2=浊ax.浊cl.浊g.浊tr.浊tr.浊g2.浊i2.浊t2.浊ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊99%伊99%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=27.78%；

当2#发电机组运行时：

浊1值不变，仍为28.14%；

将上述取值带入式（3）得：浊2=浊ax.浊cl.浊g.浊g2.浊i2.浊t2.浊ax2=99%伊99.2%伊98.12%伊97.88%伊85.32%伊35.58%伊99%=28.35%。

从计算可以看出，汽动鼓风机组的效率为28.14%，运行1#发电机组时，电动鼓风机组与发电机组的联合效率为27.78%，比汽动鼓风机组效率低0.36百分点，运行2#发电机组时，电动鼓风机组与发电机组的联合效率为28.35%，比电动鼓风机组效率高0.21百分点。

3.2 能耗计算

汽动鼓风机组的输入功耗为Q1=W0/浊1，运行电动鼓风机组时的综合输入功耗为Q2=W0/浊2，两种拖动方式的输入功耗差为驻Q=Q1-Q2=W0/浊1-W0/浊2=W0（1/浊1-1/浊2）=W0（浊2-浊1）/（浊1浊2）。

若鼓风机组负荷为23000 kW，当运行1#发电机组时，则两种拖动方式的输入功耗差为驻Q=W0（浊2-浊1）/（浊1浊2）=23000伊（27.78%-28.14%）/（27.78%伊28.14%）=-1059.2 kW，即汽动鼓风机组比电动鼓风机组每小时少耗能1059.2 kWh。如果保持变压器在经济负荷范围内运行，则变压器的效率可达到99.5%，此时电动机组综合效率浊2可达28.06%，则功耗仅比汽动方式时多233.0 kW。

当运行2#发电机组时，则两种拖动方式的输入功耗差为驻Q=W0（浊2-浊1）/（浊1浊2）=23000伊（28.35%-28.14%）/（28.35%伊28.14%）=605.4 kW，即汽动鼓风机组比电动鼓风机组每小时多耗能605.4 kWh。

以上分析计算是在假设自耗电相同的情况下得出的，在不同的系统自耗电量也会有所区别，在计算经济性时如有必要，还需考虑自耗电。

4 综述

按照传统的观点，汽动鼓风机组的优点是能源转换环节少，效率相对较高，运行成本较低，缺点是系统复杂，故障点多，对企业的管理水平要求更高。电动鼓风机组能源转换环节多，每个环节都有不同程度的损耗，这也是大家质疑电动鼓风机组经济性的原因。通过分析可以看出，电动鼓风机组的经济性取决于每个环节效率的积累和叠加，只有使各环节设备长期处于良好的状态，才能使得电拖方式优于汽拖方式。哪种拖动方式更加经济、合理，受以下因素影响：

(1)大型高炉配备的汽动鼓风机组的汽轮机功率大多在30 MW以下，多采用中压机组，机组效率相对较低。如果采用电动鼓风机组，钢铁厂富余的煤气用于发电，很多钢铁企业发电机组都选用高压甚至亚临界机组，这些机组的效率要远远高于中压机组，这一效率的提升足以弥补电动鼓风机组能源转换环节带来的损耗。再则， 工业汽轮机组由于强调机动性能，牺牲了部分效率，相对发电机组的汽轮机效率偏低。所以，选用电动鼓风机组和高压、甚至亚临界发电机组的组合模式比汽动鼓风机组模式更合理，可以产生更大的经济效益。

(2)设备是否节能高效。如齿轮箱的效率一般在90%~99%之间，甚至更高，某钢铁公司鼓风机组配套瑞士RENK-MAAG公司的产品，效率可达到99.2%。

(3)设备是否长期运行在经济负荷范围内。如变压器运行负荷过高或过低，效率会下降，影响电拖方式的效率。

(4)设备状态是否良好。如汽轮机通流部分结垢；凝汽器管束水侧污垢多，造成机组真空下降等，都会使机组效率下降。

(5)设备在电网中所处的位置。如2#发电机组和电动鼓风机组处于同一段10 kV母线，减少了变压器能源转换的环节，经济性得到提升。

从以上分析可以看出，两种拖动方式的经济性受到设备选型、装备水平、维护保养水平、运行方式、系统设计等诸多因素影响，同时也与企业管理模式相关，哪一种拖动方式更加经济、合理还需对这些因素进行综合分析予以评价。

[1]朱新华,江运汉,张延峰 .电厂汽轮机[M].北京:水利电力出版社.1991年.P88—121.

[2]变速箱产品说明书及瑞士RENK-MAAG公司官方网站WWW.renk-maag.ch.

Econom ic Comparison of Operation of Steam and Electric Driving Blower for Blast Furnace

Cheng Yajun,He Ligang
（CECEP(Tonghua)Environment-Friendly Energy Co.,Ltd.,Tonghua,Jilin 134003,China）

In steam blast furnace blower unit there are fewer energy conversion links so it is relatively more economical,but there are more factors affecting safe and stable opera-tion;while electric blast furnace blower unit is more flexible in operation with higher relia-bility,but there are more energy conversion links in it,and it is relatively less economical.The two drive types each have its own advantages and disadvantages,so the choice between the two draws much attention.Technical and economic comparative analysis was carried out in the paper in an attempt to get a clear conclusion;and factors influencing the economy were found through the analysis.

blast furnace blower unit；compare；economical efficiency；efficiency

TH44

B

1006-6764(2018)01-0033-04

程亚军，男，学士学位，热能动力工程师，现从事冶金、垃圾焚烧行业锅炉、汽轮机、高炉鼓风机运行管理工作。