BPRT回收高炉能量的探讨

张 安

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013）

热电

BPRT回收高炉能量的探讨

张 安

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013）

介绍了煤气透平、电动机及高炉鼓风机三机同轴机组(BPRT)组合情况及工艺特点，并对运行中设备常出现的问题进行综合分析，提出了相应的解决措施及建议。

BPRT;鼓风机;透平;控制;问题

1 引言

《钢铁产业发展政策》规定钢铁企业高炉煤气的余压、余热应予回收。BPRT这项新技术就是利用这部分能量直接作为旋转机械能补充在高炉鼓风机的轴系上，避免了能量的二次转换，使驱动高炉鼓风机的电机降低电流而节能，这不仅有效解决了煤气环保问题，同时使企业取得了良好的回收效℃。

2 BPRT装置

电动机+齿轮箱+高炉鼓风机+离合器+煤气透平机

煤气透平机与电动机同轴驱动高炉鼓风机，这种三机组合(Blast Furnace Power Recovery Turbine)简称BPRT。

高炉鼓风机所需功率和煤气透平所供功率一般不平衡，因此，高炉鼓风机一端通过齿轮箱联接电动机，另一端采用离合器联接煤气透平，这样，电机可以提供煤气透平与高炉鼓风机功率之间的差额，补充高炉鼓风机所需的功率。

当煤气透平工作时：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。

当煤气透平不工作时：离合器自动将透平断开，从而不影响高炉鼓风机的运行，以保证高炉的正常生产。

主要组成部分：1）高炉鼓风主机系统；2）煤气透平主机系统；3）管网输配与大型阀门系统；4）液压润滑控制系统；5）冷却水系统；6）自动控制及高低压电气系统等。

2.1 高炉鼓风机主机系统

高炉鼓风机主要为高炉输送稳定的风量和压力，主机的调节控制主要有：流量控制、压力控制、限负荷控制、防喘振控制、逆流保护和逻辑控制等，常用的是根据工艺流程的不同要求，设为等流量，定风量调节，通过控制静叶开度，来改变压缩机的出口压力，并保持流量稳定。或设为等压力，定风压调节，通过控制静叶开度，来改变流量，并保持压缩机的出口压力稳定。

2.2 煤气透平主机系统

透平运行前：净化后的煤气通过减压阀组进入全厂煤气管网系统，由减压阀组自动控制炉顶压力。

透平运行后：正常情况下，煤气全量通过透平机组，减压阀组全关，当煤气量超过透平最大通过量时，由减压阀组协调透平控制顶压。

煤气通过透平机组膨胀做功带动离合器，当啮合后从而给风机的主电机省电。

2.3 高精度炉顶压力智能稳定系统

通过运用管网流体力学原理，建立起顶压波动量与控制调节量之间的高级数学模型和先进控制算法，同时采用了一种具有自我修正完善功能的混合式智能专家控制算法和高级切换算法。

2.4 自动化控制系统

1）主要完成生产过程的数据采集和初步处理，数据显示和记录，数据设定和生产操作，执行对生产过程的连续调节控制和逻辑顺序控制。

2）主要部分由控制站、工程师站、操作员站、打印机、网络及交换机（Switch）等设备组成。

控制站完成数据采集和初步处理，并执行生产过程的连续调节控制和逻辑顺序控制。

操作员站可以进行包括总貌显示、分组显示、操作显示、调整显示、趋势显示、报警显示等多种方式显示和记录；通过键盘和鼠标，按画面操作提示进行生产操作。

3）主要控制方式

“远程”与“就地”的选择。

（1）当选择“远程”时，控制系统参与控制，其主要控制方式有“自动”和“手动”两种：

在“自动”控制方式下，控制系统按照预先设定的控制方案，自动完成所有控制功能。通过PLC实现本功能。

在“手动”控制方式下，控制系统按照操作员的操作指令，完成设备的单独控制。通过PLC实现本功能。

(2)当选择“就地”时，控制系统不参与控制，在现场操作箱上通过操作开关完成设备的单独控制。“现场”控制方式主要用于设备检修。

2.5 液压润滑控制系统

液压系统主要组成部分：由油泵、循环油泵、滤油器、加热器、蓄能器、阀及配管等组成。

液压系统为风机和透平提供不低于12 MPa的油压，同时为紧急快切阀、旁通阀快切阀提供动力。

润滑系统主要组成部分：由油泵、油箱、高位油箱、油冷却器、油滤器、阀及配管组成。

润滑系统为风机和透平的润滑供油。其中高位油箱能保证两台油泵在出现故障时，短时为润滑部位供油，以保证机组安全停稳。

2.6 透平工艺流程

高炉煤气经重力除尘器、布袋除尘器、透平入口蝶阀、插板阀、紧急切断阀进入透平,再经透平膨胀做功。透平膨胀做功后、经出口插板阀、蝶阀、进入低压管网。透平运行异常时自动关闭紧急切断阀，打开旁通快开阀，以保证透平安全停稳，其工艺流程见图1所示。

图1 透平工艺流程

2.7 透平出力

透平出力计算依据以下经验公式计算：

式中：N-透平功率,kW

T-透平入口煤气温度,℃

P1-透平入口煤气压力,kPa，绝压

P2-透平出口煤气压力,kPa，绝压

fd-煤气中水汽冷凝所放出的气化潜热的热量修正系数，一般当湿式除尘时fd=1.1耀1.13；当干式除尘时fd=1

ŋt-透平效率

从上式可得出：透平功率与煤气入口温度、流量成正比，与煤气出入口压力间的压缩比有关，与透平机效率成正比。

2.8 透平效率

透平分向心式、轴流冲动式、轴流反动式三种，其效率分别为75豫，80豫，85豫，它与气体的流向、叶片压损的不同有关。

另外，影响透平回收能量的因素还与高压煤气管网阻力、透平机进口煤气压力和低压煤气管网压力，煤气流量、透乎机煤气进口温度和透平机作业率等有关。

随着技术的发展，高炉采用计算机为中心的控制系统，实现了高炉顶压的自动控制。

3 透平装置需要探讨的问题

1）在透平超转速的情况下油门开启不可靠，建议采用电子测速，在控制系统中设置次高转速报警，超转速联锁关闭快切阀进行停机，确保透平装置的安全。

2）主油泵运行不可靠，故障较多，影响透平运行，并且维护较难，因此，需配置一用一备供油泵，取消主油泵，确保透平装置的正常运行。

3)目前干式煤气净化温度高，透平机组进、出口接管位移量较大，下进下出机组稳定性差，建议采用径向进轴向出的透平机组，可确保机组正常运行。另外，还可降低机组的基础和厂房高度，节省基建投资。

4)干式透平除垢及波纹补偿器防腐

高炉煤气干式透平机组积灰主要成分为氨盐，其组成成分为：氯离子含量55%，氨(NH3)含量30%，不可溶残渣15%左右。

近来，已研发成功通过在透平入口喷洒干式阻垢挤(主要成分有机胺、咪唑啉、表面活性剂等)，除垢效果非常显著。

随着钢铁企业炉料中海外矿比例的增加，烧结工艺中添加CaCl2及干法除尘和喷煤新工艺的采用，使高炉煤气中腐蚀成分增加，金属波纹膨胀节的腐蚀日℃严重，尽管国内众多补偿器厂家采用了波纹管材质升级，如选用316L、254Mo、Incoloy800、825、Inconel600、固容处理、波纹管表面喷涂耐腐蚀材料等方法，企图解决金属波纹膨胀节的腐蚀，但其平均使用寿命仍然很短，有的甚至几个月，给冶金企业造成相当大的经济损失和安全生产隐患。鉴于以上情况，科研部门运用全新理念研制成功的成熟而先进的高分子复合波纹膨胀节。高分子复合波纹膨胀节是由高分子缓蚀层、阻蚀层、结构层复合构成，该高分子材质能抵御酸、碱、盐、有机溶剂的腐蚀，且不受煤气pH值和Cl谣等H2SxOy、硫化物、奈、焦油等含量的限制。适用温度范围-72~550℃，其寿命是金属波纹膨胀节的2~4倍以上。

5）BPRT工艺管道设计中，存在着冷风管道和煤气管道布置较为复杂，特别是多座高炉共用。

干式透平煤气进口管对主机的推力过大引起机组的震动烧毁轴瓦的严重事故时有发生，所以更显煤气管道布置的重要性。

6）高炉煤气具有爆炸危险的乙类火灾危险介质，以煤气泄漏源为中心，地坪上7.5 m高度和15 m半径以内范围，泄漏源顶部7.5 m高度和7.5 m半径以内范围为防爆2区；泄漏源15 m半径范围内的地坪下的坑、沟为防爆1区。通常高炉鼓风机厂房是按不防爆的，高炉煤气透平机厂房是按防爆2区设计的，所以高炉鼓风机厂房和高炉煤气透平机厂房合二为一时，特别要注意电气设备防爆的问题，如电动机防爆问题，吊车防爆问题，液压润滑站油泵防爆问题。仪表电气现场控制箱防爆等问题。

4 同轴BPRT技术的展望

2004年5月在安阳永兴钢铁公司380 m3同轴BPRT机组投入使用以来运行平稳，回收效率高，经济效℃显著。随着技术的不断发展，BPRT机组相继投产，近来天钢1080 m3高炉BPRT投产和2012年四川威钢1870 m3高炉BPRT的顺利投产等，标志着BPRT机组逐步向中型高炉上发展，为社会和企业带来可观的经济效率。

5 结束语

随着BPRT机组的相接投产，逐渐被各钢铁企业所认识，接下来是探讨如何在2000 m3以上高炉上使用，更好的贯彻国家节能减排的政策，更好的做到机组安全可靠，这具有深远的意义。

BPRT不仅能回收高炉炉顶煤气所具有的压力能和热能，而且能够降低减压阀组的噪声，利用煤气透平将这部分能量直接作为旋转机械能作用在高炉鼓风机轴系上，节省了能量的二次转换，提高能量利用效率3豫耀5豫，使高炉余压煤气回收装置潜力得到充分发挥。

另外,同轴BPRT机组在配置上比分轴机组少了一台发电机及发配电系统，一台吊车，一套液压润滑系统，设备投资可比分轴机组少20豫耀30豫，厂房也相应减少一座，占地面积也相应减少约50%左右。在现目前土地资源非常紧张的情况下，这对企业来说是非常重要的。

A Discussion on Energy Recovery of Blast Furnace by BPRT Unit

Zhang An
(CISDI Engineering Technology Co,Ltd.,Chongqing 400013China)

The integration performance and technology characteristics of the co-axel unit of gas turbine,motor and blast furnace blower(BPRT)are introduced,the problems frequently occurring during equipment operation are comprehensively analyzed and corresponding mea原sures as well as proposals are put forward.

BPRT;blower;turbine;control;problem

TK11

B

1006-6764（2014）11-0030-03

2012－05－20

张安（1961原），男，大学专科学历，工程师，现从事冶金燃气系统的设计、咨询工作。