同軸BPRT機組在高爐上的應用及節(jié)能分析

逯 斌

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104）

同軸BPRT機組在高爐上的應用及節(jié)能分析

逯 斌

（山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104）

高爐鼓風利用BPRT技術，可以同時完成高爐鼓風及能源回收的功能，增加了能量回收，減少用地，節(jié)省投資。介紹了BPRT技術及一套系統(tǒng)的設備配置情況，并與TRT系統(tǒng)進行了比較。

BPRT；高爐；能源回收

1 概述

冶金行業(yè)中高爐鼓風機和高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置同軸系的高爐能量回收裝置，簡稱BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）裝置，該裝置將高爐鼓風機和高爐煤氣余壓回收透平（簡稱TRT—BlastFurnaceGasTopPressureRecovery Turbine Unit）串聯(lián)在同一根軸系上，可解決了現(xiàn)場空間不足的問題，并且節(jié)省大量投資，效益非?？捎^。我國在印度某項目中350 m3高爐鼓風采用了該煤氣透平與電動機同軸驅(qū)動的高爐鼓風機組技術。

本套機組主要由電動機、齒輪箱、軸流壓縮機、變速離合器和煤氣能量回收透平組成。該裝置具有高爐鼓風和能量回收的功能.它也是由電能和煤氣能雙能源驅(qū)動的鼓風機組,在該機組中的高爐煤氣透平回收能量不是用來發(fā)電,而是直接同軸驅(qū)動鼓風機,沒有發(fā)電機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎碗娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的二次能量轉(zhuǎn)換的損失。通過安裝BPRT機組，不僅能回收高爐爐頂煤氣所具有的壓力能和熱能，降低煤氣輸送管網(wǎng)的流動噪聲，而且可對高爐頂壓、軸流風機、煤氣透平進行高智能控制，提高高爐的冶煉強度和產(chǎn)量。使用BPRT系統(tǒng)不僅回收了以往在減壓閥組浪費掉的能量，而且可以減少廢棄物排放量、進一步提高能源利用率。

2 主要設備

2.1 機組主要參數(shù)

軸流壓縮機AV45-12；透平膨脹機MPG2.3-212.7/180

透平嚙合轉(zhuǎn)速3033 r/min，高爐煤氣流量正常值8～13萬m3/h,進口煤氣壓力正常值235 kPa,出口煤氣壓力正常值112 kPa，進口煤氣溫度正常值145℃，出口煤氣溫度正常值90℃。

2.2 機組介紹

同軸BPRT機組的特點是電能和煤氣能雙能源驅(qū)動，當透平正常工作時，離合器處于嚙合工作狀態(tài)，把透平回收的功率傳遞給高爐鼓風機，當爐況不順煤氣量小或休風時，離合器自動將高爐煤氣透平斷開。

在本套機組中，高爐鼓風機做為一個獨立的系統(tǒng)來設計，電動機功率仍舊按鼓風機的最大點功率選取，目的是為了不論在什么情況下都可以單獨驅(qū)動鼓風機在最大工況下運行，不影響高爐的正常生產(chǎn)。當高爐正常運行后高爐煤氣逐漸通過TRT，當TRT轉(zhuǎn)速達到變速離合器嚙合的轉(zhuǎn)速時，變速離合器自動嚙合，從而由TRT和電動機共同驅(qū)動高爐鼓風機，電動機輸出功率下降，達到節(jié)能目的。當整套機組正常運行時，高爐各種工況對鼓風機風量的需求主要通過鼓風機的靜葉調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，不論任何情況，鼓風機組都是一套獨立的系統(tǒng)，可以完全滿足高爐正常運行的各種工況，而同時對高爐頂壓的穩(wěn)定主要靠TRT的靜葉調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，TRT的控制系統(tǒng)能夠發(fā)出完整的控制信號，包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、負荷調(diào)節(jié)、自動升速、自動停機以及與高爐減壓閥組的切換等所有的功能，確保任何情況下高爐頂壓的穩(wěn)定，不影響高爐正常生產(chǎn)。

機組由以下八大部分組成：

⑴主機系統(tǒng)

⑵高低壓電氣系統(tǒng)

⑶冷卻水系統(tǒng)

⑷氮氣密封系統(tǒng)

⑸潤滑油系統(tǒng)

⑹液壓伺服控制系統(tǒng)

⑺煤氣管道及大型閥門系統(tǒng)

⑻自動控制系統(tǒng)

2.2.1 壓縮機設計參數(shù)

型號:AV45-12

設計點流量:1654 m3/min

進氣壓力:0.0977 MPa（A）

排氣壓力:0.35 MPa(A)

工作轉(zhuǎn)速:7135 r/min

軸功率:4896 kW

2.2.2 流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

根據(jù)工藝要求，主風機采用等流量控制。其流量調(diào)節(jié)用調(diào)節(jié)器給定并和流量計的實測值比較，將差值信號送給軸流壓縮機靜葉可調(diào)裝置。軸流壓縮機的各級靜葉安裝在葉片承缸上，靜葉通過曲柄、測定滑塊與導向環(huán)聯(lián)接。調(diào)節(jié)缸與機殼兩側(cè)的伺服馬達聯(lián)接，并在伺服馬達的作用下做往復運動。從而通過導向環(huán)、曲柄滑塊帶動靜葉旋轉(zhuǎn)達到調(diào)節(jié)流量的目的。

2.2.3 軸流壓縮機的防喘振調(diào)節(jié)

壓縮機工作時，如果工藝系統(tǒng)管網(wǎng)阻力增加，使壓縮機出口壓力增高，流量下降，葉片氣流沖角增大，這樣在葉片背面產(chǎn)生氣體分離，形成脫離區(qū)，使壓縮機出口壓力突然下降，一般隨著壓力下降分離消失，壓力再升時又產(chǎn)生氣體分離，這種分離反復發(fā)生形成喘振。嚴重時還會出現(xiàn)氣體的倒流，喘振使葉片產(chǎn)生強烈振動，并使壓縮機機殼內(nèi)溫度急劇升高，持續(xù)下去就會使壓縮機損壞。

為了防止喘振的發(fā)生，在壓縮機出口設置了防喘振調(diào)節(jié)閥，根據(jù)實測的喘振線標定防喘振閥的放風線進行防喘控制。實際操作中根據(jù)壓縮喉部壓差確定的流量和出口壓力，在接近排放線時，使防喘振閥打開，增加風機出口流量，從而保證壓縮機在安全區(qū)域內(nèi)運行。

2.2.4 壓縮機的逆流保護

逆流保護是壓縮機喘振的第二道保護措施，如果防喘振系統(tǒng)失靈，逆流保護可使壓縮機迅速進入安全運行。如逆流繼續(xù)存在機組則緊急停機。

2.2.5 機組的監(jiān)測保護

為了保證機組的安全運行，機組設置了潤滑油壓力、機組軸振動、軸位移等一系列監(jiān)測保護。

2.3 電動機

型號:YKS900-4

電壓:6600 V

電流:710.6 A

功率：7200 kW

效率:97.53%

功率因數(shù)：0.909

額定轉(zhuǎn)速:1495 r/min

2.4 變速箱

傳遞功率:7200 kW

工作系數(shù):1.4

輸入轉(zhuǎn)速:1485 r/min

輸出轉(zhuǎn)速:7169 r/min

2.5 變速離合器

傳遞功率:4350 kW

輸入轉(zhuǎn)速:3000 r/min

輸出轉(zhuǎn)速:7256 r/min

2.6 同軸機組運行要求

高爐爐頂壓力不穩(wěn)，會引起爐內(nèi)反應的劇烈波動。爐壓高于額定值時，會使爐內(nèi)煤氣氣流分布不均，引起崩料，而當爐內(nèi)壓力低于額定值時，會引起爐內(nèi)煤氣體積增大，氣流壓力損失增大，煤氣流速上升，使爐喉磨損嚴重，更有甚者會引起爐頂設備事故。因此作為能量回收設備，投入運行的先決條件是在任何情況下均能保證爐壓穩(wěn)定。

電動機提供透平機與鼓風機功率之間的差額，補充鼓風風機所需的功率，從而保證高爐鼓風機正常運轉(zhuǎn)。當透平機不運行時透平機的聯(lián)軸器可隨意脫開，不影響高爐鼓風機的運行。

2.7 同軸機組主機工藝布置

電動機＋齒輪變速箱＋高爐軸流壓縮機＋變速離合器＋透平機

按照施工和設備調(diào)試系統(tǒng)劃分，除主機系統(tǒng)外，還包括冷分管網(wǎng)系統(tǒng)、煤氣管網(wǎng)與大型閥門系統(tǒng)、自動化儀表控制系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)、液氬伺服控制系統(tǒng)、潤滑油控制系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和煤氣脫水系統(tǒng)。

3 TRT功率輸出計算

3.1 功率計算

=10.5×104/860×325×418×[1-(0.325÷0.112)× 1.38-1÷1.38]×0.85=2599 kW,式中

Q:透平機進口煤氣流量，取平均值10.5×104m3/h;

CP：高爐煤氣定壓比熱J/m3；

P1：透平機進口煤氣絕對壓力，MPa；

P2：透平機出口煤氣絕對壓力，MPa；

K：氣體絕熱指數(shù)，高爐煤氣K=1.38；

T1：透平機進口煤氣絕對溫度，K；

η：軸流反動式透平機效率。

電壓等級6.6 kV，不考慮各種損耗，TRT輸出功率就帶來電機電流下降250 A，從現(xiàn)場透平嚙合前后來看，平均降低電流200～300 A。

3.2 影響TRT回收能量的因素

高壓煤氣管網(wǎng)阻力、透平機進口煤氣壓力和低壓煤氣管網(wǎng)壓力，煤氣流量、透平機煤氣進口溫度和透平機作業(yè)率等。

4 BPRT與TRT的比較

4.1 BPRT與TRT裝置相比，該裝置取消了發(fā)電機及發(fā)配電系統(tǒng)，以及合并了自控系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)等設施。同軸機組在配置上比分軸機組少了一臺發(fā)電機及其發(fā)配電系統(tǒng)，其他附屬系統(tǒng)也可公用1套，設備投資可比分軸機組少20%～30%,廠房和控制室也只有1座，較后者占地面積節(jié)省1/ 2，相應降低土建投資。

4.2 BPRT機組中的高爐煤氣透平回收能量不是用來發(fā)電，而是直接同軸驅(qū)動鼓風機，沒有發(fā)電機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎碗娔苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換損失，回收效率更高。

4.3 采用TRT發(fā)電需要并網(wǎng)，需通過電力部門審批與管理，上網(wǎng)電價比下網(wǎng)電價低，差值為電力部門管理費，而對于BPRT不存在此情況。

4.4 采用TRT可避免機組頻繁啟停，而BPRT機組受高爐生產(chǎn)情況影響，每月有2～3次透平機掉速情況發(fā)生。

5 經(jīng)驗和結(jié)論

5.1 調(diào)壓閥組應使用TRT專用調(diào)壓閥組，保證高爐煤氣全部通過BPRT,其一能量回收率高，其二煤氣流量瞬時變小時易使TRT自動退出。

5.2 將布袋除塵器到機組的高壓煤氣管道做保溫，提高煤氣進口溫度，提高回收能量。

5.3 針對高爐煤氣析出的飽和水，在TRT進口煤氣和出口煤氣管道上都采取了相應措施。

5.4 油管路增加閥門，保證透平機部分能夠單獨檢修。

5.5 350m3高爐BPRT鼓風同軸機組于向高爐鼓風，運行后每噸鐵同比節(jié)電32 kW，節(jié)電率31%。對企業(yè)節(jié)能和降低噪聲污染，減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力有重要意義。

Application of Coaxial BPRT Unit in Blast Furnaces and Analysis of its Energy Saving Effect

Dai Bin
(Laiwu Steel Company of Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

Adoption of BPRT in the blast fan of blast furnace can perform air blast and energy recovery at the same time,which increases energy recovery rate,reduces space occupation and saves investment.The BPRT technologies and the equipment configuration of a BPRT system are introduced and a comparison with TRT technology is provided.

BPRT;blast furnace;energy recovery

TM61

B

1006-6764（2015）05-0030-03

2015-01-08

逯斌(1978-),男,2000年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學,大學本科學歷,工程師,現(xiàn)從事能源動力設備管理工作。