陈蓉华
(中冶赛迪工程技术股份有限公司)
摘 要：鼓风机组作为高炉的核心动力设备ꎬ 在高炉冶炼过程中起着关键性作用，对电动鼓风、 汽动鼓风、 BPRT同轴机组以及汽拖鼓风发电机组的基本原理和主要特点进行分析，并对这几种高炉鼓风驱动方案从能耗、 建设投资、 运行维护方面进行比较。
关键词：BPRT 同轴机组；电动鼓风；汽动鼓风；汽拖鼓风发电
高炉鼓风机是高炉最重要的动力设备，不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力，高炉鼓风机是炼铁系统中大容量、 高能耗设备，其驱动方式的选择对钢铁行业的节能降耗有着非常重要的作用。目前， 国内外较成熟的高炉鼓风技术有电动鼓风、汽动鼓风、 ＢＰＲＴ 同轴机组技术及汽拖鼓风发电机组 ＢＣＳＧ 技术。
1 高炉鼓风基本原理
空气经空气过滤器、整流栅、入口补偿器进入鼓风机，压缩升压后经出口补偿器、止回阀、送风消声器、电动送风阀、流量计及配风阀进入高炉送风主管，各送风主管之间设拨风系统，可以互为拨风，放风管上设有放风阀及放风消音器，作为防喘振、启动鼓风机和倒机使用。
2 各种驱动方式的基本原理及主要特点
(1) 电动鼓风机组
电动鼓风作为常规高炉鼓风机驱动方案，是利用电动机来驱动高炉鼓风机，常用的有异步电动机和同步电动机，国内中小型高炉的鼓风机多采用异步电动机，大型高炉的鼓风机多采用同步电动机，电动鼓风机组电机容量较大， 需要考虑全厂电力负荷是否能满足电机功率要求，同时电动鼓风机组启动电流较大， 需要考虑设置软启动装置或者变频启动装置。
电动鼓风机组的特点是系统简单，建设速度快，占地面积小，布置方便，同时其辅助设备少，故障率低，运行人员少，检修工作量少。
(2) 汽动鼓风机组
汽动鼓风机组是利用中温中压或者高温高压蒸汽来驱动高炉鼓风机，冶金工厂部分剩余高炉煤气、 转炉煤气和焦炉煤气送入燃气锅炉产生中温中压或者高温高压蒸汽，蒸汽进入汽轮机来拖动鼓风机转动，近年来投产的拖动汽轮机大多采用高温高压机组，汽动鼓风机组运行费用较低，但初期投资较大，占地面积大，系统复杂，运行人员较多，检修工作量大。
(３) ＢＰＲＴ 同轴机组 ＢＰＲＴ 即煤气透平与电动机同轴驱动的高炉鼓风机组，将煤气透平和高炉鼓风机两套机组并，作为同一系统来设计，BPRT 同轴机组由电能和高炉煤气压降能共同驱动的鼓风机组，高炉透平回收能量不用来发电，直接同轴驱动鼓风机，当透平正常工作时，离合器处于啮合工作状态，把透平回收的功率传递给高炉鼓风机，同时不足功率由电动机出力驱动，当炉况不顺煤气量小或者高炉休风时，离合器自动将高炉煤气透平脱开，高炉鼓风机全部由电动机驱动。
BPRT 机组主要特点是将高炉煤气余压透平发电装置 (TRT)、 电动机及高炉鼓风机合为一体， 高炉煤气通过煤气透平膨胀做功回收的能量直接补充高炉鼓风机的能耗，避免能量转换的损失，同时合并了鼓风站和TRT 厂房， 使 TRT 原有的庞大系统简化合并，取消 TRT 发电机及发配电系统，合并自控系统、 滑油系统和动力油系统等，BPRT 技术轴系较复杂，全厂煤气管网工程量大，大中型高炉业绩少，目前在小高炉上有部分应用。
(4) 汽拖鼓风发电机组 BCSG 技术包括汽轮机、发电机、 鼓风机、 离合器、 辅助设备及自电控系统等，系统组成如图 1 所示。
BCSG 机组主要特点是将汽轮机、 发电机和高炉鼓风机合为一体，把富余的各种煤气通过燃气锅炉生产蒸汽， 蒸汽驱动蒸汽轮机， 把热能转化为机械能，直接驱动鼓风机，蒸汽产量一般大于驱动鼓风机所需的蒸汽量，富余蒸汽还可以驱动发电机发电，汽轮机进汽侧通过变速离合器与鼓风机连接，实现与鼓风机的啮合、 脱开功能。
汽轮机排汽侧通过离合器与发电机连接，实现与发电机的啮合、 脱开功能，机组可实现汽轮机与鼓风机、 发电机同时运行，先满足鼓风机运行，再实现最大发电，也可实现汽轮机和鼓风机单独运行、 汽轮机和发电机单独运行，汽拖鼓风发电机组 BCSG 方案由于其复杂的轴系，目前在国内的应用相对较少，鼓风机组的备用机组。
3 几种驱动方案的比较
(1) 能耗比较
电动鼓风机组鼓风机由电动机驱动，产生了输配电系统升降压和电动机的能量损耗，使热能利用率降低，汽动鼓风机组由汽轮机直接驱动，避免了输配电系统升降压和电动机的能量损耗，热能利用率提高，但由于鼓风汽轮机的内效率低于电厂汽轮机的内效率，使热能的利用率降低ꎬ电动鼓风机组的热能效率较高[1] 。
BPRT 同轴机组煤气透平机将煤气的压力能和热能转变为机械能后直接驱动高炉鼓风机， 与电动鼓风机组和单独 TRT 相比，减少了TRT 发电机机械能转变为电能和鼓风电动机电能转变为机械能过程中所产生的损失以及电能传输过程中的线路损失。 因此， BPRT 机组能耗较电动鼓风机组低。
某工程 BPRT 投运后，透平机未投入和投入后鼓风机组各项数据比较见表1。从表中可以看出，BPRT 机组透平机正常投运后，鼓风机电机电流降低，电机功率降低，吨铁电耗也大大降低，汽拖鼓风发电机组即 BCSG 方案，因鼓风汽轮机的内效率较低，鼓风能耗与汽动鼓风机组的相当。
(2)建设投资比较
电动鼓风方案若采用外购电，建设投资费用较汽动鼓风方案低，若考虑厂内自发电供电，则涉及到发电厂建设费用等，电动鼓风方案投资较汽动鼓风方案高。
BPRT 同轴机组设备投资方面，较常规电动鼓风机组 ＋ TRT 机组少了1套 TRT 发电机和公用辅助系统， BPRT机组与常规分体式电动鼓风 ＋TRT 方案主要设备投资的比较见表 2。 从设备投资来看，BPRT 鼓风方案节省投资，从厂房投资来看， BPRT 机组共用 1 个主厂房， 常规电动鼓风和TRT 各设置 1个厂房，厂房总占地面积BPRT 方案有优势。 但 BPRT方案由于煤气透平机设置在鼓风站内， 且高炉煤气是具有爆炸危险的乙类火灾危险介质， BPRT 鼓风站厂房火灾危险性等级提高至乙类二级，导致厂房土建成本增加。同时，BPRT 站房内电气元件 (如吊车、 润滑油站和动力油站电机、 电气仪表现场控制箱等) 需要考虑防爆设计，也增加了电气方面的投资。综合来看， BPRT方案投资较电动鼓风方案低。
汽拖鼓风发电机组即 BCSG 方案目前仅作为备机方案在少数工程中有实施，与常规备用电动鼓风机组相比投资费用较高。
(3) 运行、 维护比较
启动时间方面， 电动鼓风方案辅助设备少，操作简单，启动过程时间短、 速度快，机组启动操作到具备送风条件只需要约 10 ~ 15min，从机组启动到升速并网仅需3min。汽动鼓风机组有相对复杂的辅助设备和管道系统， 暖机、 暖管时间较长，启动时间较长[2] 。BPRT 机组启动时由电机驱动， 当高炉煤气压力稳定后透平机再投入运行， 启动时间与电动鼓风方案一致，汽拖鼓风发电机组即 BCSG方案跟汽动鼓风方案一样存在复杂的辅助设备和管道系统，暖机、 暖管时间较长，启动时间较长。
运行维护方面，电动鼓风机组由于系统简单、 辅助设备少、 故障率低，不存在跑、 冒、滴、 漏现象，运行维护工作量少，检修次数约为1次/ a， 检修时间约为 7 ~ 15d / a， 汽动鼓风机组和 BCSG方案由于系统相对复杂、 辅助设备多，设备出现故障的机率增加，运行维护工作量较大， 检修次数约为 4 次/ a，检修时间约为 20~ 30d / a， BPRT机组鼓风站和TRT厂房合并建设， 运行、 检修劳动定员较电鼓 ＋ TRT 方案大大减少，运行维护成本大大降低。
稳定性方面， 电动鼓风方案系统简单，保护完善，机组运行工况平稳，运行参数稳定，调整操作简单可靠，能准确快速地响应高炉的风量风压要求，汽动鼓风方案和汽拖鼓风发电机组由于汽水系统复杂，汽动鼓风机受辅助设备和锅炉参数等影响容易产生波动，调整操作相对复杂，BPRT 机组由于透平机的冲转压力受高炉炉顶压力影响，一旦炉顶压力波动，可能造成 BPRT 机组运行不稳定，需要将透平机频繁地切出来。
4 结语
对电动鼓风方案、 汽动鼓风方案、 BPRT 同轴机组方案以及汽拖鼓风发电机组 BCSG方案进行了分析和比较，各种方案各有优缺点， 对于中小型高炉，目前很多钢厂搬迁改造选择采用ＢＰＲＴ 同轴机组方案ꎬ 在国内投产的最大BPRT同轴机组为AV 71系列，对于 2000m3 以上高炉，大多采用电动鼓风或者汽动鼓风方案，也有部分钢厂在汽动鼓风改电动鼓风时建设煤气发电，对于高炉鼓风驱动方案，钢铁企业应根据自身建设条件并结合节能减排以及经济性进行选择。
参考文献
[1] 刘经校 高炉电动鼓风与汽动鼓风方案对比中的节能分析 [J]. 冶金动力，2008，(6): 40－ 41.
[2] 马光宇，蔡九菊，谢国威不同驱动方式的高炉鼓风机性能分析[J]. 冶金能源.