同轴BPRT机组在高炉上的应用及节能分析

逯 斌

（山钢股份莱芜分公司，山东莱芜271104）

同轴BPRT机组在高炉上的应用及节能分析

逯 斌

（山钢股份莱芜分公司，山东莱芜271104）

高炉鼓风利用BPRT技术，可以同时完成高炉鼓风及能源回收的功能，增加了能量回收，减少用地，节省投资。介绍了BPRT技术及一套系统的设备配置情况，并与TRT系统进行了比较。

BPRT；高炉；能源回收

1 概述

冶金行业中高炉鼓风机和高炉煤气余压透平发电装置同轴系的高炉能量回收装置，简称BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）装置，该装置将高炉鼓风机和高炉煤气余压回收透平（简称TRT—BlastFurnaceGasTopPressureRecovery Turbine Unit）串联在同一根轴系上，可解决了现场空间不足的问题，并且节省大量投资，效益非常可观。我国在印度某项目中350 m3高炉鼓风采用了该煤气透平与电动机同轴驱动的高炉鼓风机组技术。

本套机组主要由电动机、齿轮箱、轴流压缩机、变速离合器和煤气能量回收透平组成。该装置具有高炉鼓风和能量回收的功能.它也是由电能和煤气能双能源驱动的鼓风机组,在该机组中的高炉煤气透平回收能量不是用来发电,而是直接同轴驱动鼓风机,没有发电机的机械能转变为电能和电能转变为机械能的二次能量转换的损失。通过安装BPRT机组，不仅能回收高炉炉顶煤气所具有的压力能和热能，降低煤气输送管网的流动噪声，而且可对高炉顶压、轴流风机、煤气透平进行高智能控制，提高高炉的冶炼强度和产量。使用BPRT系统不仅回收了以往在减压阀组浪费掉的能量，而且可以减少废弃物排放量、进一步提高能源利用率。

2 主要设备

2.1 机组主要参数

轴流压缩机AV45-12；透平膨胀机MPG2.3-212.7/180

透平啮合转速3033 r/min，高炉煤气流量正常值8～13万m3/h,进口煤气压力正常值235 kPa,出口煤气压力正常值112 kPa，进口煤气温度正常值145℃，出口煤气温度正常值90℃。

2.2 机组介绍

同轴BPRT机组的特点是电能和煤气能双能源驱动，当透平正常工作时，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，当炉况不顺煤气量小或休风时，离合器自动将高炉煤气透平断开。

在本套机组中，高炉鼓风机做为一个独立的系统来设计，电动机功率仍旧按鼓风机的最大点功率选取，目的是为了不论在什么情况下都可以单独驱动鼓风机在最大工况下运行，不影响高炉的正常生产。当高炉正常运行后高炉煤气逐渐通过TRT，当TRT转速达到变速离合器啮合的转速时，变速离合器自动啮合，从而由TRT和电动机共同驱动高炉鼓风机，电动机输出功率下降，达到节能目的。当整套机组正常运行时，高炉各种工况对鼓风机风量的需求主要通过鼓风机的静叶调节来实现，不论任何情况，鼓风机组都是一套独立的系统，可以完全满足高炉正常运行的各种工况，而同时对高炉顶压的稳定主要靠TRT的静叶调节来实现，TRT的控制系统能够发出完整的控制信号，包括转速调节、负荷调节、自动升速、自动停机以及与高炉减压阀组的切换等所有的功能，确保任何情况下高炉顶压的稳定，不影响高炉正常生产。

机组由以下八大部分组成：

⑴主机系统

⑵高低压电气系统

⑶冷却水系统

⑷氮气密封系统

⑸润滑油系统

⑹液压伺服控制系统

⑺煤气管道及大型阀门系统

⑻自动控制系统

2.2.1 压缩机设计参数

型号:AV45-12

设计点流量:1654 m3/min

进气压力:0.0977 MPa（A）

排气压力:0.35 MPa(A)

工作转速:7135 r/min

轴功率:4896 kW

2.2.2 流量调节系统

根据工艺要求，主风机采用等流量控制。其流量调节用调节器给定并和流量计的实测值比较，将差值信号送给轴流压缩机静叶可调装置。轴流压缩机的各级静叶安装在叶片承缸上，静叶通过曲柄、测定滑块与导向环联接。调节缸与机壳两侧的伺服马达联接，并在伺服马达的作用下做往复运动。从而通过导向环、曲柄滑块带动静叶旋转达到调节流量的目的。

2.2.3 轴流压缩机的防喘振调节

压缩机工作时，如果工艺系统管网阻力增加，使压缩机出口压力增高，流量下降，叶片气流冲角增大，这样在叶片背面产生气体分离，形成脱离区，使压缩机出口压力突然下降，一般随着压力下降分离消失，压力再升时又产生气体分离，这种分离反复发生形成喘振。严重时还会出现气体的倒流，喘振使叶片产生强烈振动，并使压缩机机壳内温度急剧升高，持续下去就会使压缩机损坏。

为了防止喘振的发生，在压缩机出口设置了防喘振调节阀，根据实测的喘振线标定防喘振阀的放风线进行防喘控制。实际操作中根据压缩喉部压差确定的流量和出口压力，在接近排放线时，使防喘振阀打开，增加风机出口流量，从而保证压缩机在安全区域内运行。

2.2.4 压缩机的逆流保护

逆流保护是压缩机喘振的第二道保护措施，如果防喘振系统失灵，逆流保护可使压缩机迅速进入安全运行。如逆流继续存在机组则紧急停机。

2.2.5 机组的监测保护

为了保证机组的安全运行，机组设置了润滑油压力、机组轴振动、轴位移等一系列监测保护。

2.3 电动机

型号:YKS900-4

电压:6600 V

电流:710.6 A

功率：7200 kW

效率:97.53%

功率因数：0.909

额定转速:1495 r/min

2.4 变速箱

传递功率:7200 kW

工作系数:1.4

输入转速:1485 r/min

输出转速:7169 r/min

2.5 变速离合器

传递功率:4350 kW

输入转速:3000 r/min

输出转速:7256 r/min

2.6 同轴机组运行要求

高炉炉顶压力不稳，会引起炉内反应的剧烈波动。炉压高于额定值时，会使炉内煤气气流分布不均，引起崩料，而当炉内压力低于额定值时，会引起炉内煤气体积增大，气流压力损失增大，煤气流速上升，使炉喉磨损严重，更有甚者会引起炉顶设备事故。因此作为能量回收设备，投入运行的先决条件是在任何情况下均能保证炉压稳定。

电动机提供透平机与鼓风机功率之间的差额，补充鼓风风机所需的功率，从而保证高炉鼓风机正常运转。当透平机不运行时透平机的联轴器可随意脱开，不影响高炉鼓风机的运行。

2.7 同轴机组主机工艺布置

电动机＋齿轮变速箱＋高炉轴流压缩机＋变速离合器＋透平机

按照施工和设备调试系统划分，除主机系统外，还包括冷分管网系统、煤气管网与大型阀门系统、自动化仪表控制系统、高低压电气系统、液氩伺服控制系统、润滑油控制系统、氮气系统、冷却水系统和煤气脱水系统。

3 TRT功率输出计算

3.1 功率计算

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

Q:透平机进口煤气流量，取平均值10.5×104m3/h;

CP：高炉煤气定压比热J/m3；

P1：透平机进口煤气绝对压力，MPa；

P2：透平机出口煤气绝对压力，MPa；

K：气体绝热指数，高炉煤气K=1.38；

T1：透平机进口煤气绝对温度，K；

η：轴流反动式透平机效率。

电压等级6.6 kV，不考虑各种损耗，TRT输出功率就带来电机电流下降250 A，从现场透平啮合前后来看，平均降低电流200～300 A。

3.2 影响TRT回收能量的因素

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、透平机煤气进口温度和透平机作业率等。

4 BPRT与TRT的比较

4.1 BPRT与TRT装置相比，该装置取消了发电机及发配电系统，以及合并了自控系统、润滑油系统、动力油系统等设施。同轴机组在配置上比分轴机组少了一台发电机及其发配电系统，其他附属系统也可公用1套，设备投资可比分轴机组少20%～30%,厂房和控制室也只有1座，较后者占地面积节省1/ 2，相应降低土建投资。

4.2 BPRT机组中的高炉煤气透平回收能量不是用来发电，而是直接同轴驱动鼓风机，没有发电机的机械能转变为电能和电能转变为机械能的能量转换损失，回收效率更高。

4.3 采用TRT发电需要并网，需通过电力部门审批与管理，上网电价比下网电价低，差值为电力部门管理费，而对于BPRT不存在此情况。

4.4 采用TRT可避免机组频繁启停，而BPRT机组受高炉生产情况影响，每月有2～3次透平机掉速情况发生。

5 经验和结论

5.1 调压阀组应使用TRT专用调压阀组，保证高炉煤气全部通过BPRT,其一能量回收率高，其二煤气流量瞬时变小时易使TRT自动退出。

5.2 将布袋除尘器到机组的高压煤气管道做保温，提高煤气进口温度，提高回收能量。

5.3 针对高炉煤气析出的饱和水，在TRT进口煤气和出口煤气管道上都采取了相应措施。

5.4 油管路增加阀门，保证透平机部分能够单独检修。

5.5 350m3高炉BPRT鼓风同轴机组于向高炉鼓风，运行后每吨铁同比节电32 kW，节电率31%。对企业节能和降低噪声污染，减少生产成本，提高企业竞争力有重要意义。

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年毕业于安徽工业大学,大学本科学历,工程师,现从事能源动力设备管理工作。