第八章高炉鼓风机Word文件下载.doc

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式中K——焦炭、石灰石及烧结矿损耗系数，采用0.95~0.98

Pj——每吨生铁消耗的湿焦炭量，t/t；

Pt——每吨生铁消耗的石灰石量，t/t；

Pa——每吨生铁消耗的烧结矿量，t/t；

Cj——焦炭的固定碳含量，%；

Ci——石灰石的含碳量，%；

Ca——烧结矿的含碳量，%；

Ct——生铁的含碳量，%；

α——氮气在空气中的含量与在煤气中的含量的而笔直，一般采用1.35~1.40；

CO2、CO、CH4——各种气体在高炉煤气中的体积含量，%。

高炉鼓风机出口风量也可根据燃烧强度（要扣除富氧）计算燃烧所需要的最大风量，加上热风炉换炉时风机自动补风的要求，再加上漏风损失。

常用的参数是风量系数，指每立方米炉容每分钟鼓入风的立方米数。

风量不仅与炉容有关，而且与高炉的强化程度有关。

一般小高炉的冶炼强度较高，单位炉容所需的风量比大高炉多些，各类型高炉单位炉容需要的风机出口风量见：

表8-1。

鼓风机出口风压应能满足高炉炉顶压力，并克服炉内料柱阻力损失和送风系统阻力损失。

鼓风机出口压力P可用下式表示：

P=Pt+ΔPBF+ΔPHS

式中Pt——炉顶压力，Pa；

ΔPBF——高炉内料柱阻损，Pa；

ΔPHS——送风系统的阻损，一般为0.1×

105~0.2×

105Pa。

炉内料柱阻力损失与炉容大小、炉型有关，还取决于原燃料条件、装料制度和冶炼强度。

送风系统阻力损失，主要取决于送风管路布置形式，气流速度和热风炉型式。

不同容积高炉的炉顶，料柱和送风系统的阻力损失，高炉所需风压见表8-2。

2、送风均匀稳定又有良好的调节性能和一定的调节范围当高炉要求固定风量操作时，风量不应受风压的影响，即当风压波动时，风量不受风压的影响。

也有定风压操作的，如解决炉况不顺行，热风炉换炉时暂时性波动等的影响，它要求变动风量时保证风压的稳定。

此外，高炉操作常要加风或减风就，当采用不同的炉顶压力操作，炉内料柱透气性变化时，都需要风机出口风量和风压能在较大范围内变动。

在不同的气象条件下，例如在夏季和冬季，由于大气温度、压力和湿度的变化，风机的实际出口风量和风压必然有相应的变化。

因此要求风机应有良好的调节性能和一定的调节范围。

3、应充分发挥鼓风机的能力就高炉而言，要有合理的冶炼强度范围，就进风状态来说，有气温、气压、大气湿度和季节的不同，就鼓风机的运行来说，，有安全运行范围和高效率经济运转区的不同。

所以，应该使风机对大气条件的变化所产生的影响尽量小些，风量大时要避免防风运转，风量小时要避免风机喘振；

暂时需要最大风量时，不应要求最高的压力，否则使驱动机功率增大。

总之，要避免风机出力不够或大马拉小车的现象。

调节范围要适当，要使经常运行的范围处在高效率去。

第二节高炉鼓风机的原理和性能

一般排气压力在（1.15~7.0）×

10-1MPa的风机称鼓风机。

鼓风机是一种能量转换的工具，可分为叶轮式或透平式（离心式和轴流式）和容积式（活塞式和旋转式）两类。

过去，小高炉（小于28m3）使用罗茨鼓风机。

大、中型高炉使用轴流式和离心式鼓风机。

1、罗茨鼓风机罗茨鼓风机的结构原理如图8-1。

在机壳内有两根平行轴2，带动两个“8”字形转子1分别反向旋转。

当转子旋转时，空气从进风口5吸入空腔4，而空腔6和7的气体被逐出出风口。

罗茨鼓风机的气体是在容积不变的情况下升高压强的，可称“等容压缩”。

这类风机叫“定容式”或“容积式”风机。

调节风量只能采用高压空气部分防控或引流至低压管的办法。

切忌不能用关闭进、出风口的方法调风量，否则可能发生机械故障。

两转子间及其和机壳之间保持0.4~0.5mm的间隙，以避免引起接触摩擦，转子得以高速旋转而不需润滑。

间隙过大会大量泄露影响效率。

当进出口压差愈大，间隙漏风也愈严重。

可见，这种风机的风压有一定限制，一般约在（1.2~2）×

10-1MPa范围，送风量小于400m3/min。

理论排风量（即流量qv）与转子外圈直径D、转子长度L及其外轮廓形状有关。

当转子外形呈渐开线时，流量最大，转子转一圈则qv=0.8545D2L2。

因有间隙泄露，实际流量Q为：

Q=0.1592qvω·

ηv

式中ω——转子转速，r/s;

ηv——体积效率，随风压而变，一般罗茨风机为0.93。

由上式看出，转速一定时，罗茨风机送出的风量基本不受管路风压波动的影响。

电动机轴瓦率（N·

KW）决定于送风系统的压力损失。

N=K

式中H——为初始和终了风压之差，MPa；

ηa——绝热效率，约为0.75；

ηm——机械效率，约为0.90；

K——电动机功率备用系数。

运行中，一般转速不变，风量也不变，所以N取决于H。

2、离心式鼓风机有效容积55m3以上高炉常用此种风机。

利用旋转的叶轮，推动气体质点运动，产生离心力，从而提高气体的势能和动能，送出具有一定压力和容量的风。

鼓风机叶轮的形状见图8-2。

叶轮旋转时，气体沿轴向流入，当气体在叶片间流动时，气体的动能与势能都有增加，获得机械能的气体沿径向流出。

为了使离心风机能产生较高的风压，往往将几个叶轮装在同一轴的机壳中串联使用，一般成“多级离心风机”，又叫“透平鼓风机”。

每个叶轮就是鼓风机的一个级，一般经过2~5级叶轮就能将气体由低压变为高压（2×

105~5×

105Pa）。

工作叶轮愈多，获得的压力愈高。

大型离心式鼓风机常为两边进气中间排气的结构，工作叶轮多达8~10级。

离心式鼓风机叶轮的圆周速度为250~300m/s。

风量与转速成正比，风压则和转速的平方成正比。

平时风量随风压大小而变化，而风压又自动限制在某个限度内，无论设备系统的阻力情况怎样，风压都不能超越这一限度。

如关闭出风口，这时气体随不能排出机外，也无气体吸入，风机内部的风压不会继续升高，只是机内的气体随着叶轮旋转而已。

故又称它为“定压式风机”，允许变动出风口或进风口开启程度来调节风量。

图8-3为四级离心式高炉鼓风机的构造。

空气自进风口2进入第一级的叶轮3，在离心力的作用下，提高了速度和密度的空气从叶轮顶端排出，进入环形空间扩散器4，在扩散器内空气的部分动能转变为压力能，已压缩的空气在经固定的导向叶片5，流向下一级叶轮，经过四级叶轮，将空气压力提高到出口需要的水平，在最后一级叶轮的导轮之后，装有蜗壳，以汇集及引导气流流向机壳的排气管口，排气管口为一圆锥形扩散段，以将气体的部分动能转变为压力能。

在一定的吸气条件下，离心式鼓风机的风压、效率及功率随风量与转速而变化的关系曲线，叫做鼓风机的特性曲线。

图8-4为用于1500~2000m3高炉的K-4250-41-1型离心式鼓风机的特性曲线。

图8-5为用于1000m3高炉的K-3250-41-1型离心式鼓风机的特性曲线。

离心式鼓风机的特性曲线有以下特点：

⑴风机风量随外界阻力（要求的出口压力）增加而减少，反之风量会自动增加。

当高炉炉况波动，炉顶压力或炉内料柱阻力变化时，风机出口压力的波动会引起风量的变化。

为了保证高炉在所规定的风量下工作，鼓风机设有风量自动调节机构。

图8－3四级离心式高炉鼓风机

1－机壳；

2－进气口；

3－工作叶轮；

4－扩散器；

5－固定导向叶片；

6－出气口

图8－4K－4250－41－1型离心式鼓风机特性曲线

图8-4K-3250-41-1型鼓风机特性曲线

当风机的转速改变时，风量和风压也随之变化，故可以依靠自动控制风机的转速，来使风量保持在所规定的范围。

⑵风机风压过低时，风量达到最大区段，此时原动机功率也增加，故大量放风时会到导致原动机过载。

⑶风机风压过高时，风量迅速减小，超过飞动线（也叫喘振线）时，出现倒风现象，这时风机和管网系统内的气体，不断往复振荡，风机性能被破坏，出现周期性剧烈振动的噪音，风机处于飞动状态而损坏，这种现象叫喘振现象，必须防止。

产生喘振现象的边界线，如图8-4、8-5上的点划线表示。

鼓风机只能在喘振边界线右边的安全运行区范围内工作，一般为喘振边界线向右风量增加20%处，偏左运行危险，偏右运行不经济。

⑷风机转速愈高，风压—风量曲线末尾的一部分线段越来越陡。

因此，当风量过大时，压力降低很多，中等风量时，曲线较平坦，效率也较高，这一个较宽的高效率区间，称为经济运转区。

⑸风机的特性曲线是随吸气装填的不同而变的。

图8-4、8-5的特性曲线是在特定的吸气条件下测得的。

由于大气温度、压力和湿度等气象条件的变化和各地区海拔高度的不同，其风量（风的质量流量）的变化是很大的。

同一风机同一转速在夏季的出口风压往往要比冬季出口风压低20%~25%。

因此，当应用风机特性曲线时，必须根据高炉所在地区和不同季节的气象条件，作风量和风压的折算。

3、轴流式鼓风机随着高炉有效容积的扩大，要求鼓风机设备体积小、效率高。

离心式鼓风机体积庞大、制造困难，功率消耗多。

而且离心式鼓风机气体方向和在叶轮内的方向成垂直，使其效率降低。

为减少气体转向，使之沿着轴向吸入和排出，出现了轴流式鼓风机。

轴流式鼓风机是利用装有叶片的叶轮将能量传递给气体。

图8-6为多级轴流式鼓风机简图。

静叶系统（导流叶系列）固定在机壳上，和机壳一起构成定子。

工作也系统，即动叶系列固定在转子上，转子支撑在轴承上，轴承既承受整个转子的径向载荷，又承受风机工作时所产生的轴向力。

一个工作叶片和它后面的一片导流静叶的组合叫做轴流式风机的一个级，轴流式鼓风机均为多级的，一般为5~10级。

其工作原理：

当原动机带动转子高速旋转时（圆周速度可达200~300m/s），气体从轴向吸入，经过进口导流器，依次流过轴流式风机的各个级。

在叶片连续旋转推动下，使之加速并沿轴向排出，从而获得动能和势能，气体离开最后一级后，经出口导流器和出口扩压器流向排气管口。

图8-6多级轴流式鼓风机简图

每一级导流静叶片用来使气体流入下一集时具有必须的速度与方向，同时还由于其能的减小而使气体得到压缩。

进气管口的作用是使气体能均匀进入环形收敛器，收敛器是为了使进入进口导流器前的气体加速，并具有较均匀的速度场和压力场。

出口导流器是为了使气流在出口处具有轴向速度，一级为了压缩气体。

在出口扩散器中，由于气体动能的减小气体继续增压。

轴流式鼓风机的构造见图8-7。

由于气体在轴流式鼓风机中被片螺旋推进，沿着轴向流动而没有转折，加之各种叶片装置、扩散器、吸气与排气管口等通流部件都比离心式鼓风机更合理，即风机叶片具有最佳翼型，且其静叶片角度又可调。

所以和能力等同的离心式鼓风机相比，尺寸小，效率高（提高效率10%以上）；

同时由于调节静叶片角度，可以扩大风量的变动范围，提高风机的稳定性，适于为大型高炉鼓风，广泛应用于大型高炉。

我国新建1000m3以上的高炉，均采用轴流式鼓风机。

国产固定叶片的Z-3250-46风机早已在梅山厂和攀钢等高炉上正常运转。

宝钢1号高炉为全静叶可调轴流式鼓风机，并采用同步电动机驱动，最大风量时8800m3/min，最大风压为0.61MPa。

图8－7轴流式鼓风机

2－转子；

3－工作动叶；

4－导流静叶；

5－吸气口；

6－排气口

多级轴流式风机的使用范围受4条接线的限制（见图8-8所示）。

曲线1为喘振线即飞动线，曲线2为旋转失速线，曲线4为第一级阻塞线，3为末级阻塞线。

对静叶可调型风机，静叶动叶各有一条末级阻塞线。

当风机工作在喘振区时，风机中的某一级就会出现正失速而导致的现象，一般来说大量区的喘振又末级叶栅的正失速所引起，小流量区的喘振由第一级叶栅的正失速引起。

一般在特性曲线图上设计一条防喘振线，叫放风线。

工况点到该线时就放风，以降压增量的方法避免喘振，喘振线与放风线的距离间隔，应按风量留约10%余量。

旋转失速的影响：

当风机在小流量区运行时，气流流入叶栅的正冲角增大，使叶片背面气流脱落，并逐渐向背弧方向传播，从而形成旋转失速，在小流量区域旋转失速形成一个区，成为旋转失速区。

旋转失速区运转使叶片产生并应力而导致疲劳破坏，从外部不易发现不正常现象，它是逐渐产生破坏的迹象仅当风机运行至某一天，因叶片经受长期疲劳达到极限后，才出现严重破坏，此破坏是很危险的。

第一级阻塞线是在大流量区，风机在第一级阻塞线为运行，由于流速增加，超过一定值时，叶片上出现负失速，使流过该叶片处的流量减少，而两边流道的流量则增加，最后导致整个叶轮的负失速。

但是流过鼓风机的流量不可能无限增加，在给定吸气条件下，若通过第一级叶栅上的气流速度达到音速（马赫数等于1）时，即使在提高转速或改变静叶角度，流量也不会增大，这就是鼓风机的第一级阻塞界限，鼓风机的最大风量也取决于它。

它只造成阻气现象，而不产生对叶片的周期性交变应力，故对叶片危害不大。

图8-8轴流鼓风机工况范围

末级阻塞线是在低压区，当风机出口压力降低时，鼓风机内的气体将膨胀而加快流速，并在末级叶栅上达到音速，这是即使再降低出口风压，也不会影响鼓风机的工作状况，者就是末级阻塞现象。

由此会导致末级叶栅前（按气流方向）的气压升高，末级叶栅后的气压降低，使其前后压差加大，显然在此线以下运行时不利的。

可见，鼓风机安全运行有一个范围，一般称此为安全运行区或稳定工作区，不同形式的鼓风机这个区域的边线也不完全一样。

如果鼓风机在安全运行区以外工作，就会发生事故，甚至会把鼓风机毁掉。

鼓风机正常运行范围应是其稳定工作区加上各种安全措施（如防喘振放风线、防阻塞线和压力限制线等）之后的区域，可称此范围为鼓风机的有效使用区。

图8-9为转速和静叶角均可调的轴流式鼓风机特性曲线，它反映出鼓风机的有效使用区。

横坐标是鼓风机出口风见谅，以吸入状态下的体积流量为单位（m3/min）；

纵坐标是风机压力比，即排气绝对压力与吸气压力之比。

从轴流式鼓风机特性曲线可以看出：

⑴风机流量随外界阻力（即要求的出口压力）增加而减少得不多，越是大流量区，几乎成了与风压坐标相平衡的直线，这样有利于高炉稳定风量操作。

但根据高炉鼓风量来判断炉况时，必须注意到当风压波动时，风量的变化反映迟钝，甚至不动。

这与建立在离心式鼓风机特性曲线上传统的风量关系观念是不同的。

⑵与离心式鼓风机比较，其特性曲线较陡，允许风量变化范围窄，即稳定运转区较窄，可见轴流式风机效率高的优越性只有在高炉稳定风量操作时才能真正地发挥出来，如果原料条件差，风量调节贫乏，风机的工作效率必然降低，当其效率与理论效率的比值降到0.9时，轴流式风机的高效率的特点就发挥不出来了。

所以在考虑是否选用轴流式风机时机要考虑建厂的具体条件又要考虑可能达到的精料水平。

轴流式鼓风机的自动控制系统主要有定风量、定风压、防喘振、防阻塞控制器及逆流保护器等。

轴流式风机对灰尘很敏感，吸入空气要过滤，常用的油浸过滤器是使空气通过

图8-9轴流鼓风特性曲线

吸入状态气压：

752mmHg（752×

133.322Pa）；

气温20℃；

相对湿度：

72%；

N=21800KW；

n=3860r/min，ξ=1

含油的移动金属网板而除尘的，但鼓风中含油会污染叶片使性能降低。

另一种是干式的，以化学纤维制的布膜为滤材，这种尼纶布是连续卷取式的，通过一定时间以后，布膜前后压差达到一定值时，就自动卷起，后续的布膜再起过滤作用，效果较高的是化学纤维布制的布袋除尘器。

为了解决轴流式鼓风机的噪音（比离心式鼓风机大10dB左右），要设消音器和隔音罩。

目前我国不少高炉采用离心式鼓风机，在新的通用设计中，推荐255m3以下的高炉采用离心式鼓风机，620m3以上的高炉均采用轴流式鼓风机。

第三节鼓风机的驱动与调节

高炉鼓风机主要采用蒸汽透平驱动，其次是电动机驱动。

风机系统设置风量自动控制装置，在高炉操作变化时，自动保持风量为所规定的值。

离心式鼓风机是通过调节鼓风机转速来调节风量，因此，现有大中型高炉的离心式鼓风机多采用蒸汽透平驱动，依靠自动控制蒸汽透平的转速来调节风机的风量。

轴流式鼓风机的静叶片栅角度多为可调的，利用静叶可变机构，可以在轴流式鼓风机转速一定的情况下，实现风机特性的大幅度变化，使大容量的轴流式鼓风机也可以采用电动机驱动。

电动机驱动与蒸汽透平相比较，建设费用少，设备比较紧凑，能在10~20min内起动（蒸汽透平机要2~4h），操作人员较少。

为了防止鼓风机的喘振现象，保证鼓风机的安全，必须设置喘振自动防止装置。

即在风机排气管上安装放风阀，当风机风量减小或风压增加到临近喘振边界线时，自动打开放风阀，使一部分风量经由放风阀排入大气或排入风机吸风管内，使风机的风量仍较喘振边界线的风量为大，以避免可能产生的喘振现象。

如图8-10所示，风机在A 点以定风量运转时，如高炉内的租损增大，风压达到B点，则立即打开放风阀，风机沿BC线运行到C点处，这是风压保持C点的值，而由于BC间的风量经放风阀放掉，入炉风量仍为Q0，高炉内的阻损减少时，风机又自动沿BC线逆向返回到B点，放风阀完全关闭。

图8-10防止风机喘振原理

第四节高炉与鼓风机配合

高炉有合适的风压风量要求，鼓风机有它的名牌（或额定的）风量风压，二者并不是一回事，高炉要求的运行于调节范围和鼓风机提供的安全运行范围，特别是高效率的经济区范围，也不是一回事。

所以炉机配合时很重要的，它不仅影响高炉生产水平和效率，还影响基建投资的合理和运行中能源利用的程度。

在一定的冶炼条件下，炉机选配得当，使二者的生产能力都能得到充分的发挥。

即不会因炉容过大受制于风机能力不足，也不会因风机能力过大而让风机经常处在不经济区运行或放风操作，浪费大量能源。

选择风机时应给高炉留有一定的强化余地时合理的，一般为10%~20%左右。

大风量，虽然高炉可以强化，利用系数提高，但每天的实际产铁量却比应得的少。

如4250m3/min风机，在原燃料和操作条件相近时，若是配到1719m3高炉可比配到1513m3高炉每天多生产100t生铁。

马钢高炉在其它条件基本不变的情况下，只将炉容有250m3扩大到300m3，就使日产量提高50t。

较比降低30~60Kg/t。

所以不宜片面追求高炉强化指标，要注意单位产量的俄投资，这是衡量设计的高炉与风机配合的指标。

为充分发挥风机能力，在可能范围内应扩大炉容。

鼓风机运行工况点必须在鼓风机有效使用区内。

工况点的确定，首先要考虑气象修正系数，这是因为高炉所需风量是按标准状态下计算的，但是大气的温度、压力和湿度则因地因时而异，鼓风机的吸气条件并不是标准状态，因此必须用气象修正系数来修正。

例如，按西南某地设计的Z-3250-46风机，在沿海某厂试车时，风量增加了13.8%，夏季运行时还增加了7.7%。

说明吸气条件不同时鼓风机的特性曲线不同。

考虑大气状况影响的换算公式为：

qv=K×

Q或Q=qv/K

式中qv——鼓风机出口风量，m3/min；

Q—鼓风机特性曲线上工况点的容积流量，m3/min；

K——风量修正系数。

P=K’×

P’

式中P——某地区鼓风机实际出口风压，MPa；

P’——鼓风机特性曲线上工况点的风压，MPa；

K’——风压修正系数。

我国各类地区风量修正系数K值及风压修正系数K’值见表8-3。

风量修正系数K值可按PV/T=P’V’/T’的理想气体状态方程式计算，在扣除大气中湿分所占区的体积。

表8－3我国各类地区风量修正系数和风压修正系数

注：

地区分类按海拔标高划分：

高原地区：

一类——海拔约3000m以上地区，如：

昌都、拉萨等；

二类——海拔1500～2300m地区，如：

昆明、兰州、西宁等；

三类——海拔800～1000m地区，如：

贵阳、包头、太原等；

平原地区：

四类——海拔高度在400m以下地区，如。

重庆、武汉、湘潭等；

五类——海拔高度在100m以下地区，如鞍山、上海、广州等。

确定鼓风机的工况点时还要考虑管网特性曲线，见图8-11.风机在一定转速下的特性曲线AB，随着外界阻力增大，工况点自然是由A向B移动，即风压上升风量减小，直到最高点B，产生倒风现象，风机严重振动，此即飞动点。

至于工况点时在AB线上的哪一点，这就看管网特性，即在气体流动的管网中的压量关系。

一般随风量增加风压也相应增加，如图中OC（常压操作时）、OD（高压操作时）。

显然管网特性曲线是要通过O点的，具体确定的工况点则是管网特性曲线与风机特性曲线的交点E和F，当高炉采用常压操作，需要的压力低、风量小，要在经济工况区运行，高压操作时，能使压力有一个提高的可能。

如高炉难行憋风时，管网特性曲线将变陡，工况点也随之而上升。

鼓风机最大送风能力应能满足高炉在夏季达到最高冶炼强度时的需要，如图8-12；

AB

图8-12高压高炉鼓风机工况区示意图

两点，以免在夏季风机能力不足而影响高炉生产。

其次在冬季，风机出力较大时，要求它能保证高炉在最低冶炼强度下操作而不放风或不进入飞动区，如上图中CD两点。

图中ABCD范围就是运行工况区。

第五节提高风机的出力和风机串、并联

对于已建成的高炉，由于生产条件改变，感到风机能力不足，或者新建高炉缺少配套风机，都要求采取采取措施，满足高炉生产的要求。

提高风机出力的措施主要有：

改造现有鼓风机本身的性能。

如改变驱动力，增大其功率，使风量、风压增加；

提高转子的转速使风量风压增加；

还可以改变风机叶片尺寸，叶片加宽和改变其角度均可改变风量。

改变吸风参数，改变吸风口的温度和压力，如喷水降温，设置前后加压机，均可提高风机的的出力。

通常的办法是同性能的风机串联或并联。

1.风机串联即在主风机吸风口前置一加压机，使主风机吸入的空气密度增加，由于主风机的容积流量是不变的，因而通过主风机的空气量增大，不仅提高了压缩比，而且提高了风量，提高了风机出力。

串联用的加压风机，其风量可比主风机稍大，而风压较低。

两个风机串联时，风机的特性曲线低于二者叠加的，两风机串联距离、管网的影响。

同时，在加压风机后设冷却装置，否则主风机温度过高。

一般串联时为了提高风压。

如果高炉管网阻力很大，高炉透气性差，而不需大风量，串联后可获得好的效果。

2.风机并联一般选用同性能的风机并联，把两台鼓风机的出口管道顺着风的流动方向合并成一条管道送往高炉。

并联的效果，原则上时风压不变，风量叠加。

当管网阻力小，需风量大的，可采用风机并联送风。

为了保证风机并联效果，除两台风机应尽量采用同型号或性能相同外，每台鼓风机的出口，都应设置逆止阀和调节阀。

逆止阀用来防止风的倒