高炉鼓风机电动鼓风与汽动鼓风方案对比中的节能分析

【摘要】高炉鼓风机大多采用电动或汽动驱动方式，哪种驱动方式更合理，应通过综合比较来确定。文中对两种驱动方式的热能利用率进行了分析，提出了在两种方案的输入热能Q0相等、鼓风机轴功率Wb相等的条件下，通过计算△Pa值来判断哪种驱动方式的热能利用率高。

【关键词】电动鼓风；汽动鼓风；热能利用率；汽轮机内效率；

电厂汽轮机；鼓风汽轮机

0前言

高炉鼓风机是冶金工厂的主要耗能设备之一，其驱动方式对钢厂自备电厂的发电量有较大影响，鼓风机的驱动常采用电动或汽动两种方式，哪种驱动方式更合理，应通过综合分析来确定。综合分析包括多方面的因素，其中，热能利用率是关键内容之一，在热能利用方面，鼓风站与自备电厂紧密相关，应该统一考虑。本文针对两种驱动方式的热能利用率进行分析，即在相同的热能输入、相同的鼓风机轴功率的条件下，分析鼓风机驱动方式对自备电厂发电量、热能利用率的影响。一般情况下，汽轮机单机容量越高，其内效率越高，对于年产300万吨以上规模的钢厂，鼓风机的单机容量往往低于自备电厂发电机组的单机容量；当采用汽动鼓风时，鼓风汽轮机的内效率低于自备电厂汽轮机的内效率；当采用电动鼓风时，输配电系统存在升压和降压的电能损耗，这些因素在鼓风机驱动方案确定之前需要仔细分析和比较。本文认为以上两方面是方案对比的重点之一，将直接影响驱动方式的最终确定。

1能耗分析

1.1 前提条件：

在分析两种方案的过程中假定：两种方案的输入热能Q0相等、鼓风机轴功率Wb相等，鼓风汽轮机的内效率低于自备电厂汽轮机的内效率。

1.2 电动鼓风方案

图1为电动鼓风方案的能量利用图，图中ηi1为电厂汽轮机内效率、ηm1为电厂汽轮机机械效率、ηgl为电厂发电机效率，ηu1为电厂升压变压器效率、ηm为鼓风机的机械效率，ηg为鼓风电动机的效率，ηu为鼓风电动机的降压变压器效率，Pe1为电厂总发电量，Pp1为电厂和鼓风站的总自耗电。在相同的Q0和Wb的情况下，系统电能输出为：

Pa1=Pe1-Pb-Pp1

式中：Pe1=Q0 ·ηil·ηml·ηgl·ηu1

Pb=Wb/（ηm·ηg·ηd）

则：Pa1= Q0 ·ηil·ηml·ηgl·ηu1-Wb/（ηm·ηg·ηd） -Pp1

1.3汽动鼓风方案

图2为汽动鼓风方案的能量利用图，图中ηi2为电厂汽轮机内效率、ηm2为电厂汽轮机机械效率、ηg2为电厂发电机效率、ηu2为电厂升压变压器效率、ηi为鼓风汽轮机内效率、△Q为鼓风汽轮机的输入热能，Pe2为电厂总发电量，Pp2为电厂和鼓风站的总自耗电，在相同的Q0和Wb时，系统电能输出：

Pa2=Pe2-Pp2

式中：Pe2=（Q0-△Q）·ηi2·ηm2·ηg2·ηu2

△Q=Wb/（ηm·ηi）

则：Pe2=[Q0-Wb/（ηm·ηi） ]·ηi2·ηm2·ηg2·ηu2-Pp2

1.4电能输出比较

考虑汽轮机效率和电能损耗因素后，电动方案与汽动方案输出电能之差△Pa：

△Pa=Pa1-Pa2={[Q0 ·ηil·ηml·ηgl·ηu1-Wb/（ηm·ηg·ηd） ] -Pp1}-{[Q0-Wb/（ηm·ηi） ]·ηi2·ηm2·ηg2·ηu2-Pp2}

设ηl=ηil·ηml·ηgl

η2=ηi2·ηm2·ηg2 η3=ηm·ηi

则△Pa= [Q0 ·ηl·ηu1-Wb/（ηm·ηg·ηd）]-Pp1}- [Q0-Wb/η3） ]·η2·ηu2+（Pp2-Pp1）=Q0（ηl·ηu1-η2·ηu2/η3）-1/（ηm·ηg·ηd）] ·Wb+（ Pp2-Pp1）

上式是在相同的Q0和Wb条件下得出的结果，根据上式可以计算△Pa，当△Pa>0时，电动鼓风方案的热能利用率较高。

电动鼓风和汽动鼓风的方案分别见图1、图2。

图1 电动鼓风方案 图2 汽动鼓风方案

2结果与讨论

汽动鼓风方案中，鼓风机由汽动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，使热能的利用率得到提高；但由于鼓风汽轮机的内效率低于电厂汽轮机的内效率，使热能的利用率降压。

电动鼓风方案中，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消耗，使热能的利用率降低；但由于电厂汽轮机的内效率高于鼓风汽轮机的内效率，使热能的利用率提高。

当ηl·ηu1-η2·ηu2≈0 和Pp2-Pp1≈0时，

△Pa≈η2·/η3）-1/（ηm·ηg·ηd）] ·Wb

令△Pa>0

则η3/η2<ηu2·ηm·ηg·ηd

Ηi/ηi2<ηu2·ηm2·ηg2·ηg·ηd

上式说明：在两个方案中的自耗电接近、电厂汽轮机内效率接近的情况下，当鼓风汽轮机的内效率与电厂汽轮机的内效率之比小于（ηu2·ηm2·ηg2·ηg·ηd）的值时，电动鼓风方案的热能利用率较高。

3结语

综上，分析了电动、汽动鼓风方案的热能利用率，在两种方案的输入热能Q0相等、鼓风机轴功率Wb相等的前提下，通过计算△Pa值来判断哪种方案的热能利用率高，当△Pa>0时，电动鼓风方案的热能利用率较高。

作者简介：龙春香（1973-），女，电气工程师。毕业于贵州工学院电力系统及自动化专业，现贵州水城经济开发区高科开发投资有限公司从事工程管理及招投标工作。

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