2×1260m3高爐BPRT技術(shù)的應用設計

汪延來

（中冶華天工程技術(shù)有限公司,安徽馬鞍山 243000）

1 概述

按照天津某鋼鐵廠的總體規(guī)劃，擬在現(xiàn)有廠區(qū)毗鄰位置建200 萬t 長材項目，配套建設2×1260 m3高爐系統(tǒng)工程及相應的公輔設施。

為了貫徹國家節(jié)能減排的方針，減少工程占地面積及設備投資，本次設計中將TRT 和鼓風機作為同一系統(tǒng)來設計，使得TRT 原有的發(fā)配電系統(tǒng)簡化合并，取消發(fā)電機及發(fā)配電系統(tǒng)，整合了自控系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)等，并將回收的能量直接作為旋轉(zhuǎn)機械能補充在軸系上，避免了能量轉(zhuǎn)換的損失，使驅(qū)動鼓風機的電機降低電流而節(jié)能。

2 BPRT機組的工作原理

BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）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的簡稱，該裝置將高爐鼓風機和高爐煤氣余壓透平串聯(lián)在同一根軸系上。

機組配置方式：電動機+齒輪箱+軸流壓縮機+變速離合器+透平膨脹機，如圖1 所示。

圖1 BPRT機組配置簡圖

BPRT 系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的TRT 裝置和高爐鼓風機組。在傳統(tǒng)TRT 裝置和高爐鼓風機組的基礎(chǔ)上，專門合并集成了高精度頂壓智能穩(wěn)定裝置。

該系統(tǒng)主要由十大子系統(tǒng)組成：①高爐鼓風主機系統(tǒng)。②能量回收主機系統(tǒng)。③高精度頂壓智能穩(wěn)定系統(tǒng)。④管網(wǎng)輸配與大型閥門系統(tǒng)。⑤自動化儀表控制系統(tǒng)。⑥高低壓電氣系統(tǒng)。⑦液壓伺服控制系統(tǒng)。③潤滑油控制系統(tǒng)。⑨氮氣密封系統(tǒng)。⑩冷卻水系統(tǒng)。

帶有余壓、余熱的高爐煤氣進入透平膨脹機，在透平機內(nèi)膨脹做功，將動能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機械能，通過變速離合器直接傳遞給軸流壓縮機。這樣就能降低電機出力，達到能量回收的目的。

該機組既能滿足高爐供風工藝的需要，又能通過同軸透平把余壓、余熱能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能,并且直接傳遞給壓縮機軸端、降低電機出力，達到能量回收。

透平機的投入與切除是通過變速離合器來實現(xiàn)的。當透平機轉(zhuǎn)速達到3000 r/min 時，變速離合器能夠自動在線嚙合使透平機投入運行，同軸驅(qū)動鼓風機，使電動機電流降低，實現(xiàn)節(jié)能；當透平機轉(zhuǎn)速低于2900 r/min 時，變速離合器能夠自動在線切除使透平機脫開，此時變速離合器兩側(cè)均屬獨立旋轉(zhuǎn)設備，相互不傳遞任何轉(zhuǎn)矩，從而不影響鼓風機向高爐持續(xù)正常送風。

3 設計特點

結(jié)合總圖布置場地緊張的特點，兩座高爐合建鼓風機站一座。新建站房長66 m，寬33 m。

站內(nèi)設2 臺AV63-14 型全靜葉可調(diào)電動軸流鼓風機。進口流量Q=3664 m3/min，鼓風機進、出口壓力分別為0.09976 MPa（A）、0.46 MPa（A）。并設1 臺AV56-13 軸流鼓風機作為備用機組。鼓風機站平面布置見圖2。

圖2 鼓風機站平面布置圖

其主要設備配置如下：

1）全靜葉可調(diào)電動軸流鼓風機

型號：AV63-14

工作轉(zhuǎn)速：5200 r/min

主電機

型號：YGF1000-4

功率：19000 kW

電壓：10 kV

2）透平膨脹機

型號：MPG10.1-301.4/150

進口流量：2568.4 m3/min

進口壓力：0.267 MPa(A)

進口溫度：150 ℃

出口壓力：0.114 MPa(A)

輸出功率：6900 kW

工作轉(zhuǎn)速：3000 r/min

鼓風機站室外一側(cè)布置煤氣進、出管道；另一側(cè)布置空氣過濾器及風管道。

4 透平機輸出功率計算

4.1 計算依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1×1260 m3高爐主要設計參數(shù)如下：

高爐有效容積:1260 m3

高爐年產(chǎn)量:120 104t/a

日產(chǎn)量:3429 t/d

入爐焦比:380 kg/ t

煤比:150 kg/ t

熱風溫度:≥1150 ℃

富氧:2%～3%

熟料率:85%

含C 物料指標及爐頂煤氣性質(zhì)見表1、表2。

表1 含C物料指標及計算

表2 爐頂煤氣性質(zhì)

4.2 透平機輸出功率計算

⑴煤氣小時量計算

⑵高爐煤氣定壓比熱計算

由熱力學手冊查得高爐煤氣各組分Cp 經(jīng)驗公式：（單位J.mol-1.K-1）

通過計算，140 ℃上述4 個組分值分別為29.83；42.87；29.64；28.33.

在以工作過程為導向的課程觀的指導下，職業(yè)技術(shù)師范院校完整地規(guī)劃、編制課程，在職業(yè)崗位分析、學生需求分析的基礎(chǔ)上確定課程目標，選取教學內(nèi)容，編制課程文件。

按照表2 爐頂煤氣成分，得到高爐煤氣Cp=32.17 J.mol-1.K-1=0.343 kJ.m-3.K-1

⑶輸出功率計算

根據(jù)煤氣余壓發(fā)電裝置技術(shù)規(guī)范（GB50584-2010）中

式中:N—理論功率（kW）；

Q—煤氣流量（m3/h）；

Cp—高爐煤氣定壓比熱(kcal.m-3.k-1)；

T1—煤氣進口絕對溫度K,本計算取(140+273)

P1—透平入口煤氣絕對壓力 kPa,本計算取(180+101.33)；

P2—透平出口煤氣絕對壓力 kPa,本計算取(10+101.33)；

K—絕熱指數(shù),本計算取1.35；

fd—熱量修正系數(shù)，干式凈化取1.0；

ηT—透平效率，取0.85；

ηG—機械效率，取0.96；

考慮到軸承、鼓風摩擦和抽吸等損失的透平功率，可以認為計算結(jié)果與透平機銘牌輸出功率相符，這也說明該BPRT 設備透平系統(tǒng)與高爐系統(tǒng)匹配良好。為高爐爐頂煤氣余壓、余熱能量得到充分利用提供了設備上的保證。

4.3 應用效果

煤氣透平機正常投入運行后，高爐頂壓波動在±2 kPa 以內(nèi),高爐操作穩(wěn)定，爐況順行。煤氣入口溫度為90～140 ℃、出口溫度為35～68 ℃，溫度降～60 ℃；煤氣平均入口、出口壓力分別為～180 kPa、～10 kPa；電機電流最大從710 A 降低到362 A。正常情況下，BPRT 機組月平均節(jié)電2.6×106kWh。BPRT 機組透平機正常投用天數(shù)按300d 計算，年節(jié)電可達3.0×107kWh。

5 結(jié)束語

⑴該BPRT 機組設計配置是合理的，就目前來看，運行效果是良好的；

⑵BPRT 機組在減少占地，節(jié)約投資上具有一定的優(yōu)勢；

⑶受高爐生產(chǎn)影響，煤氣發(fā)生量存在波動，會直接影響到BPRT 機組的穩(wěn)定運行，引起高爐鼓風量的波動。相較于獨立的TRT 發(fā)電機組及獨立的鼓風系統(tǒng)而言；BPRT 同軸機組的不足也是顯而易見的。

【1】中國治金建設協(xié)會主編.煤氣余壓發(fā)電裝置技術(shù)規(guī)范GB50584-2010[M].北京：人民出版社.2010.8.