冶 金 动 力 ２０１６年第２期 ＭＥＴＡＩ Ｉ．ＵＲＧＩＣＡＬ Ｐ（）ＷＥＲ 总第１９２期 １０８０ ｍ３高炉冷风系统运行稳定性研究与实践 刘 磊 （ｉＪＪ东钢铁集团有限公司，山东济南２５０１０１） 【摘要】针对４台１０８０ ｍ 高炉配套汽轮鼓风机运行不稳定的问题，通过实施主油泵联轴器改造、防喘阀 起源改造、在线不减负荷凝汽器铜管差漏以及对调速系统的改造等措施，减少了汽轮机故障停机次数和供风波 动，为高炉稳定生产创造了条件。 【关键词】汽轮鼓风机；稳定性；防喘阀；凝汽器；调速系统 【中图分类号】ＴＫ２２９ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００６—６７６４（２０１６）０２—００２６—０５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ １０８０ ｍ３ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｃｏｌｄ Ｂｌａｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｌｉｕ Ｌｅｉ （Ｊｉｎａｎ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ：ｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｏｉｌ ｐｕｍｐ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅ ｖａｌｖｅ ｏｒｉｇｉｎ，ｏｎｌｉｎｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｌａ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｃｏｐｐｅｒ ｔｕｂｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｏａｄ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｉｉｆ－ ｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ １０８０ ｍ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｈｕｔｄｏｗｎｓ ａｎｄ ｂｌａｓｔ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｓｔｂａｉｌｉｔｙ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌｏｗｅｒ；ｓｔｂａｉｌｉｔｙ；ａｎｔｉ－ｓｕｒｇｅ ｖａｌｖｅ；ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ；ｓｐｅｅｄ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ １概述 ３技术改造措施 莱钢能源动力厂现有６台汽轮鼓风机组（四用 ３．１ 对主油泵联轴器的技术改造 两备），担负着炼铁厂４台１０８０ ｍ３高炉的冷风供应 ３．１．１主油泵在汽轮机组中的作用 任务。汽轮鼓风机组由于设计、安装等方面的原因， 工业汽轮机主油泵为离心泵，通过挠性联轴器 机组运行存在不稳定的问题。近儿年来，机组逐步暴 由汽轮机转子带动齿轮箱来驱动，安装汽轮机的机 露出主油泵异音振动、防喘阀误动作、调速系统波动 头位置，为汽轮鼓风机组提供润滑、调节及保安系统 及凝结器泄露等设备问题，造成机组停机２Ｏ余次， 用油，其运行的正常与否直接关系着整个机组的安 严重制约着高炉冶炼的连续稳定生产。通过设备改 全稳定。 造和工艺调整，保证了风机连续稳定运行。 ３．１．２问题分析 ２存在问题及技术难点 针对汽轮鼓风机组在运行中暴露出的主油泵异 音振动、防喘阀误动作、调速系统波动及凝结器泄露 ．…等设备问题，通过研究和分析，找出故障频发的原 ： ，１ｆ 龋 ｝ ＿ 因，并进行相应的技术改造，不断提升机组运行的稳 定性，满足高炉冶炼的需要。 －，一 Ｉ 技术难点主要有：①主油泵运行异音振动的技 泽 ０ 术改造②防喘阀气源改造③凝结器铜管泄露查找 Ｚ －ｌ Ｊ¨ ｊ ④调速系统波动的技术改造 如图１所示，汽轮机主油泵联轴器由中间套筒、 ２０１６年第２期 总第１９２期 冶 金 动 力 ＭＥＴＡＵ ）ＩｉＧ１ＣＡＬ ＰＩ ⅣＥＲ 膜片和ｚ型垫片组成，汽轮机转子通过联轴器带动 主油泵转动运行。主油泵在运行中，经常发生ｚ型垫 片破碎或是膜片损坏导致的振动大和异音故障。对 ｚ型垫片和膜片更换后，主油泵仅能维持正常运行 两个月，严重制约着机组的稳定运行。经过研究和分 大，轴向力基本都由ｚ形垫片来承担，从而导致其破 碎。 ｆ２１主油泵泵轮平衡孔尺寸较小。 汽轮机主油泵为单级离心泵，在泵的后盖板靠 近轮毂处钻有平衡孑Ｌ，并在后盖板上增加一个密封 圈，密封圈的外径与叶轮吸人口外径相等。泵工作 时，后盖板密封圈内的液体与吸入口相通，其压力与 吸入口压力相近。密封圈外后盖板面积与吸入口外 前盖板的面积相等，因而派出液体的压力在前、后盖 板上的总作用力基本相等，少部分未被平衡的轴向 力由轴承承受。在对泵轮平衡孔检查时发现，其平衡 孔尺寸６ｘ ４．３ ｍｍ，平衡孑Ｌ直径小。 ３．１．３技术改进措施 析，找出主油泵联轴器产生故障的主要原因为： ｆ１１主油泵联轴器中间套筒内孔尺寸设计不合 理。 图ｌ所示，主油泵联轴器为两个半联轴器、中间 套筒、膜片及ｚ形垫片等共同组成。膜片和ｚ形垫 片的作用都是承受汽轮机转子和泵轮转子的轴向剪 切力。汽轮机转子在运行时需经常变工况，此时转子 轴向位移将发生变化，这时膜片和ｚ形垫片可通过 自身的弹性形变，来抵消汽轮机转子轴向移动时对 泵轴的轴向冲击；另外当油泵运行工况变化时，膜片 和ｚ形垫片同样通过自身的弹性形变，抵消泵轴对 汽轮机转子的轴向冲击。通过检查分析中间套筒两 侧内孑Ｌ尺寸原设值计不合适，按照设计尺寸装配，联 轴器实际运行时膜片形变较小，而ｚ形垫片形变较 （１１对主油泵联轴器中间套筒尺寸重新设计。如 图２所示，通过分析计算，把中间套筒原内孔尺寸 ￣３０ｍｍ￣３ｍｍ，改造为两侧内孔尺寸￣３０ｍｍ× ３．５ｒａｍ，即在中间套筒两侧增加１ａｒｍ的间隙，增加 膜片所承受的轴向推力，减少ｚ型垫片所受的轴向 力。 图２中间套筒改造前后尺寸 （２１泵轮平衡孔的优化设计。通过分析计算，将 泵轮平衡孔尺寸由①４．３ ｍｍ改为①５．４ ｍｍ。平衡 故障导致的设备停机。 ３．２防喘阀气源的改造 孔扩大至５．４ｍｍ，能够减少泵轴两侧１８—２４％的不平 衡力，从而减少中间传动轴的对主油泵联轴器ｚ型 垫片的轴向推力。通过理论计算分析，泵轮的平衡孑Ｌ 尺寸为 ４．３ｒａｍ，减少油泵的效率在１％ ３％之间， 将尺寸扩大至 ５．４ ｍｍ后，减少油泵的效率在 １．４％ ３．４％之间，因此平衡孔尺寸扩大后对油泵的 ３．２．１风机防喘阀的作用和工作原理 风机防喘阀，安装在风机出口送风管道上，用于 调节风机运行工况和起保安作用，其运行的稳定性 直接影响机组安全和高炉的稳定顺行。风机防喘阀 选用ＦＩＳＨＥＲ气动快开调节阀，对控制气源要求较 高，既要保证气源的清洁，又要保证气源的无水干 正常运行不会造成影响。 ３．１．４实施效果 主油泵联轴器技术改造后，解决了主油泵运行 燥，否则都会对防喘阀的关键部件定位器造成影响， 导致防喘阀的波动，影响高炉安全生产。 防喘阀的动作是靠仪表程序和阀位定位器来实 异音和振动大的故障，使用寿命由原来的两个月提 现的。定位器是防喘阀的一个重要控制元件，它要求 高至一年以上，取得了较好的效果，杜绝了因主油泵 气源必须是压力稳定（０．４ ０．８ ＭＰａ）、洁净的、无水 冶 金 动 力 ２８ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ Ｐ（）ｗＥＲ ２０１６年第２期 总第１９２期 分。气源中的杂质、水分和压力低会影响定位器的正 常工作，造成防喘阀调整迟缓卡涩、阀位波动或自动 打开，从而影响高炉的正常生产。 ３．２．２故障分析 ． 风机防喘阀用气原设计为低压氮气，压缩空气 为备用气源。受系统影响，低压氮气管网压力长期低 于０．４ ｂｌＰａ，无法满足防喘阀气源要求要求，被迫长 期使用压缩空气。压缩空气中含有大量的水分，经过 升压后水的露点升高，压缩空气析出液态水。水分的 主要危害有两点：一是水珠进入到定位器后直接影 ３．２．４实施效果 风机防喘阀使用中压氮气做为气源后，定位器 未再发生卡涩堵塞故障，防喘阀运行稳定，保证了防 喘阀的正常开关。 ３．３针对凝结器铜管易泄露，泄露难查找的采取的 对策 ３．３．１问题分析 汽轮机在运行时，由于循环水质和凝结器冷水 管束材质缺陷和铸造等缺陷，经常导致凝结器管束 发生泄漏，使铜管内的循环水进入凝结水系统，使锅 响防喘阀工作。二是防喘阀气源系统管路为普通焊 管，水分使管路锈蚀，造成了气源的污染，堵塞定位 器中的（直径小于１ ｍｍ）小孔，从而影响了防喘阀正 常工作。 ３．２．３风机防喘阀改造的对策 针对氮气压力低，采用中压氮气经过减压后作 为防喘阀的主要气源。中压氮气压力稳定、洁净（不 含有水分及颗粒杂质），经过减压后可满足防喘阀的 要求，是防喘阀的优质气源。中压氮气经过汽动快切 阀和电动调节阀调整至Ｏ．６８ ＭＰａ后，输送至各个风 机防喘系统。将中压氮气并入机组的压缩空气和低 压氮气管道，中压氮气为主要气源，低压氮气和压缩 空气分别为第一备用气源和第二备用气源，气源质 量和稳定性有了较大提高。改造系统如图３所示： 图３防喘阀氮气管路改造示意图 炉给水受到污染，影响锅炉给水品质，严重时机组大 量排水，造成严重浪费。凝结器发生的泄漏时，需停 机采用注水查漏法对泄露的铜管进行查找和封堵， 往往需要四至五天的时间进行处理。 ３．３．２技术措施 ｆ１１薄膜真空在线查漏技术的应用 机组运行中，退出需要查漏的凝汽器。在凝汽器 汽侧真空状态下，将塑料薄膜用耦合剂均匀贴附在 在凝汽器前、后水室的端管板上。在凝汽器汽侧负压 作用下，薄膜开始向渗漏的铜管内移动，用肉眼即可 以看到该处薄膜在管口处向内凹陷，直至吸破，由此 迅速、准确的检查出泄漏的铜管并封堵。查漏原理见 图４： 图４凝汽器管路查漏原理图 （２）凝结器铜管改造为不锈钢管 ８ 风机凝结器铜管由于材质缺陷，加上循环水 对铜管的腐蚀，经常发生铜管的泄露现象，而且随着 机组运行时间的越来越长，铜管发生泄漏的次数越 来越多，而且泄露的铜管的数量逐渐增多。通过分析 研究，采用？２５Ｘ０．５Ｘ５４１０的３０４不锈钢管替代？ ２５Ｘ１Ｘ５４１０的黄铜管，共３６６２根。 ３．３．３实施效果 采用薄膜真空在线查漏法后，可以不停机在线 对泄露的铜管进行查漏，减少了机组的开停机次数。 查漏快速、迅速和准确率高，提高了检修的效率，达 到了预期的目的。８ 风机凝结器铜管改为不锈钢管 后，机组管束未再发生泄漏现象。 ３．４调速系统波动的技术措施 ２０１６年第２期 冶 金 动 力 总第１９２期 也ＴＡＩ．Ｉ．ＵＲＧＩＣＡＬ ＰＯＷＥＲ ２９ ３．４．１ 问题分析 大量补充未进行净化的新油。④风机控制油滤油器 机组的运行中，风机负荷的调整、汽轮机负荷的 精度在２０ ，过滤后的油质一般在８ １０级。这与伺 调整是通过静叶伺服阀、电液转换器来实现的。由于 服阀小于８级的要求存在差距。 风机静叶伺服阀、汽轮机电液转换器精密度高，受油 ３．４。２技术措施 质的影响非常大，当油质污染等级较高时，油质中的 ｆ１）加强运行机组轴封压力的调整，在保证真空 杂质就会堵塞伺服阀的通道，造成机组负荷波动或 不变的情况下，尽量降低轴封进气压力，减少轴封漏 停机。因此油质污染等级的降低是保证机组负荷稳 气（特别是低压轴封的漏气），防止蒸汽顺轴漏入汽 定的重要原因。 机轴瓦。 油质污染的主要原因为：①机组运行时常有偶 ｆ２１在保证机组各轴瓦回油通畅的情况下调整排 然事故发生，使透平油受到污染。设备清洁度先天不 油烟风机的出口门，防止油箱负压过大使空气中杂 足，在机组运行时常有污染杂质出现，而油系统设备 质的和蒸汽漏人轴瓦。 在机组运行时受到磨损。例如交流润滑油泵、直流事 ｆ３１在油系统对油脂温度要求的范围内尽量降低 故油泵、推力轴承、支持轴承的磨损、冷油器漏油等。 油温运行。 ②设备本身设计不合理或运行操作不当使透平油油 （４１对油系统进行检查，对蒸汽系统和高温热源 质下降。例如，汽轮机排烟装置排烟不畅 轴承箱及油 进行保温，防止高温热源对油系统局部进行加温以 箱内形成不了设计所要求的１９０ ３９０ Ｐａ真空度。油 加速油质的热氧化裂解。 挡、汽封不严或安装不当，蒸汽进入轴承箱，油中含 ｆ５）安装在线旁虑系统。在油系统增加ＨＮＰ０７３ 水，使油箱等部件生锈，此外油中含水增加透平油乳 系列双级高真空滤油机保证油中水分、杂质的及时 化速度。降低油的理化特性，使调节系统失灵，给机组 滤除减少油质与水分子的接触时间防止优质的乳 安全运行带来危害。③因油系统泄漏、油箱油位低， 化。 图５风机油系统图 ３．４．３实施效果 过减压后作为防喘阀的主要气源。较好的解决了低 机组润滑油油质有了较高的提升，润滑油实现 压氮气压力不稳定的现象和压缩空气中含水量较大 了“体”外循环，降低了控制有系统、润滑油系 污染堵塞防喘阀定位器的现象，保证了防喘阀的稳 统滤油器的工作压力，保证了静叶伺服阀、电液转换 定运行。气源改在后，汽轮机鼓风机未再发生因防喘 器的稳定运行。 阀气源故障导致的设备故障，确保了高炉冶炼的连 ４取得的效果 续稳定。 （１）通过对主油泵联轴器中间套筒的尺寸进行 （３）采用机组在线不减负荷凝结器铜管薄膜查 改造，并对安装数据进行调整优化，解决了机组主油 漏法，能够快速、准确的查找出泄露的铜管，降低了 泵运行异音和振动大的问题，使用寿命由原来的两 机组查漏的检修时间；将８ 机组凝结器铜管改造为 个月延长至目前的一年以上，保证了机组的安全稳 不锈钢管。不锈钢管较铜管壁厚减少一半，既可以增 定运行。 加换热效率，又能防止循环水对其的腐蚀，延长使用 （２）通过对防喘阀气源的改造，采用中压氮气经 寿命。 （下转第３２页） 冶 金 动 力 ２０１６年第２期 ３２ 旧ＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＰＯＷＥＲ 总第１９２期 表２各级抽汽等效热降及抽汽热效率 将轧钢车间蒸汽并人５０ ＭＷ机组的方案具有 名称 等效热降ｘ／（ｋｌ＆ｇ）抽汽热效率∞肠 以下优点： ｆｌ１高效将轧钢蒸汽并人５０ ＭＷ机组后，机组 的热耗降低２２７．８７ ｋＪ／ｋＷｈ，标煤节省量为８．８３ ｇ／ ｋＷｈ，所节约燃料每年可多发电９．２ｘｌ０６ｋＷｈ，具有良 好的经济效益。 ｆ２１节省投资。从工程造价的角度考虑，余热回收 量相同的情况下，相对于螺杆发电机等装置，安装蒸 汽回收装置的费用比较小。 （３）Ｎ ｔｌ￣装置通过热力计算后选择合理的安装位 置，不会对锅炉及汽轮机的运行产生影响，凝结水与 （ Ｘｒ／ｂＸ２９３００） 轧钢车间蒸汽的换热行为对全厂汽水系统的运行不 轧钢车间蒸汽按平均产汽量９ ｔ／ｈ考虑，经济性 发生影响。 计算结果汇总如下： （４１对轧钢车间蒸汽流量变化具有良好的适应 排挤抽汽等效焓降ＡＨ：２６．１９ ｋＪ＆ｇ 性。我公司自主研发的蒸汽回收装置的配置可以根 热耗率降低６ｑ：２２７．８７ ｋＪ＆Ｗｈ 据蒸汽流量的变化灵活调节，保证轧钢蒸汽无放散， 标煤节省量 ：８．８３ ｗｈ 全部回收。 ３．２汽轮机真空影响计算 ｒ５１检修维护方便。我公司自主研发的回收装置 根据文献１计算，各排挤抽汽进人凝汽器总量 采用整装式，占地小，可布置在除氧层空闲场地上， 为８．４６ 。蒸汽回收装置节约新汽量为４．５４ ，冷 可利用除氧层顶部单轨吊，安装检修方便。 凝量净增量为３．９２ ｔ／｝１． 同时，该方案也为冶金工厂的低压饱和蒸汽的 对于湿冷机组，汽轮机背压增量与冷凝量的关 高效利用提供了一条新的思路。 系可借助于凝汽器变工况计算，由于冷凝量增加引 【参考文献】 起的汽轮机背压升高值为０．０６ ｋＰａ，汽轮机排汽比 【１］林万超．火电厂热系统节能理论【Ｍ】．西安：西安交通大学出版社， 焓值升高值为Ｏ．６９ ｋＪ／ｋｇ，仅相当于轧钢车间蒸汽 ｌ９９４．１１． 排挤抽汽的等效焓降的２．６％，由此可见，轧钢车间 收稿日期：２０１５－１２－１０ 并人５０ ＭＷ回热系统所带来的经济性远比真空微 作者简介：刘璐（１９７９一），女，工程师，大学本科学历，毕业于河南科 技大学暖通专、 现从事发电及余热回收等热力专业设计工作。 降所带来的的损失大得多。 ４总结 （上接第２９页） ｍ３高炉冷风系统运行稳定性，取得了较好的效果， （４）通过对润滑油箱增加滤油机，优化机组轴封 在同行业具有较高的推广价值。 的操作调整，加强机组油档的检修控制，提高机组润 收稿日期：２０１５－１２－１０ 滑油的等级，防止油质污染导致电液转换器和伺服 作者简介：刘磊（１９８３一），男，大学本科学历，工程师，现从事热能方 阀卡涩造成机组调速系统波动。 面项目管理工作。 各项技术改造和操作法的应用，提升了１０８０