B P R T的技術(shù)進(jìn)步與節(jié)能

夏世桐，張良斌

（江蘇永鋼集團(tuán)總工辦，江蘇張家港 215628）

1 概述

B P R T是將煤氣透平與電動機同軸驅(qū)動高爐鼓風(fēng)機機組的西文簡稱（Blast Furnace power Recovery Turbine）。具有鼓風(fēng)機向高爐送風(fēng)與煤氣透平回收爐頂煤氣壓力和熱能的兩方面功能。即將煤氣透平回收的能量作為旋轉(zhuǎn)機械能通過變速離合器直接補充到軸系上驅(qū)動鼓風(fēng)機，從而降低電動機的電耗。系統(tǒng)中取消了TRT的發(fā)電機及配套的發(fā)配電設(shè)備裝置，并合并了自動控制控制系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氮氣與壓縮空氣系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)；保留鼓風(fēng)機的高壓供電系統(tǒng)、煤氣透平的大型閥門系統(tǒng)；新增了變速離合器。變速離合器會在透平轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/m i n后自動嚙合上鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)軸軸系；轉(zhuǎn)速降低于3000r/m i n后，煤氣透平自動脫開軸系，暫時停止驅(qū)動鼓風(fēng)機；但不影響電動機驅(qū)動鼓風(fēng)機向高爐送風(fēng)。B P R T中利用軸流壓縮機的靜葉調(diào)節(jié)高爐風(fēng)量、風(fēng)壓；利用煤氣透平靜葉調(diào)節(jié)高爐頂壓，煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機械能直接傳遞到機組軸系上做功。由于取消發(fā)電機與高壓配電設(shè)施可節(jié)省投資千萬元以上、節(jié)省占地百平方米左右、減少操作人員7～8人。永鋼公司在升級轉(zhuǎn)型建設(shè)1080m3高爐時選擇了陜鼓集團(tuán)首創(chuàng)與創(chuàng)新的B P R T設(shè)備及裝置投用后機組運行平穩(wěn)、節(jié)能效果顯著、安全可靠。

2 B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置更合理與節(jié)電

先前的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置見圖1。

前期B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置從圖1可知煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機械能通過變速離合器傳遞到電動機再通過增速箱與電動機聯(lián)合驅(qū)動軸流壓縮機，從而節(jié)約電動機用電。先前的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置的特點是旋轉(zhuǎn)機械能傳遞需通過兩個載體（電動機與增速箱）達(dá)到鼓風(fēng)機，傳遞方向與電動機傳遞方向一致?，F(xiàn)在的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置有大改進(jìn)見圖2。

由圖2可知，配置上將煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機械通過變速離合器直接傳遞到鼓風(fēng)機上，其特點是只通過一個載體（變速離合器）方向上與電動機驅(qū)動形成一個合力，因此更合理與更節(jié)能。陜鼓集團(tuán)出品的B P R T機組運行的噸鐵鼓風(fēng)耗電平均在42k W·h/t；比本公司內(nèi)部500～600m3高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電（扣除TRT發(fā)電后）還低5～7k W·h/t（一般情況是小高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電比較大高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電要低得多）。一座1080高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電每年可以節(jié)約600萬k W·h。

圖1 前期的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置

圖2 現(xiàn)在的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置

圖3 A V 63-14喘振監(jiān)視曲線

3 B P R T系統(tǒng)中的主機性能進(jìn)步且優(yōu)良

B P R T的技術(shù)進(jìn)步與節(jié)能離不開系統(tǒng)中的主機性能的改善與技術(shù)進(jìn)步。

3.1 機組性能特點

陜鼓集團(tuán)B P R T系統(tǒng)中的主機A V 63-14（軸流壓縮機）性能曲線如圖3。

對主機A V 63-14現(xiàn)場判斷性能好壞標(biāo)準(zhǔn)：一是主機出口風(fēng)壓與風(fēng)量滿足高爐高產(chǎn)要求；二是在正常生產(chǎn)情況下、防喘振閥不打開即不放風(fēng)這是鼓風(fēng)機設(shè)備方面保證降低鼓風(fēng)耗電的關(guān)鍵性能（高爐方面降低鼓風(fēng)耗電的關(guān)鍵是降低燃料比從而降低噸鐵風(fēng)耗與降低送風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)）。這兩方面陜鼓A V 63-14風(fēng)機性能均好。除滿足高爐系數(shù)3.0生產(chǎn)要求外，在同一靜葉角度時，出口風(fēng)壓相對比別家高15k Pa左右。該機組在做喘振試驗時表現(xiàn)出靜葉角度比較大時不易喘振（如試驗時靜葉60°角時不喘振）因此，機組投運后高爐爐況正常時防喘振閥始終是處于關(guān)閉狀態(tài)，因而節(jié)電。

3.2 機組有關(guān)設(shè)置

對B P R T機組中軸流壓縮機與煤氣透平合理地設(shè)置“固定點”（死點）與準(zhǔn)確計算熱膨脹量、選擇合適的聯(lián)軸器。從而保障了機組在高負(fù)荷運行中軸振動、軸位移遠(yuǎn)低于正常允許值，穩(wěn)定性好。

4 按變速離合器性能優(yōu)化配置與控制

變速離合器是軸流壓縮機與煤氣透平兩機組能有機結(jié)合的關(guān)鍵設(shè)備，它傳遞的能量一定需要滿足煤氣透平輸出能量，本機離合器為R e n t-M a a g額定傳遞功率7000k W，大于煤氣透平輸出功率5500k W；同時滿足煤氣透平轉(zhuǎn)速（3000r/m i n）風(fēng)機轉(zhuǎn)速（5200r/m i n）不同的靈活變速和精確嚙合的要求，本機離合器高、低速軸的齒數(shù)分別為39齒（457.52）與 68齒（252.43），速比為 1.7436。

考慮熱脹、振動、連接尺寸等因素，變速離合器安裝方面有專門的要求（如它的低速軸接煤氣透平、高速軸連接軸流壓縮機，按冷、熱態(tài)找正聯(lián)軸器的要求等）。

4.1 按變速器要求優(yōu)化機組控制之一

煤氣透平不設(shè)置機械超速保護(hù)（轉(zhuǎn)速在3350r/m i n左右是危急遮斷動作，緊急停機），而在試車中試驗轉(zhuǎn)速2700r/m i n是否自動緊急停機，最終將在自動控制中的2700r/m i n改為3240r/m i n做為電氣超速保護(hù)保留在安全控制中。其原因是變速離合器嚴(yán)禁空載試車（即其高速軸沒有與鼓風(fēng)機傳動軸連接時）否則對變速離合器造成損壞。

當(dāng)然煤氣透平可以按常規(guī)設(shè)置機械超速保護(hù)，此時試車必須拆開變速離合器與透平、鼓風(fēng)機兩方面的聯(lián)軸器的連接，明顯地試車中增加了聯(lián)軸器拆開、連接的次數(shù)，延長試車時間還影響聯(lián)軸器連接精確度。如果帶負(fù)荷做超速試驗，此時透平轉(zhuǎn)速大大超過3000r/m i n，按變速離合器變速比例將使風(fēng)機超額定轉(zhuǎn)速運行，變速離合器也承受不了。

4.2 優(yōu)化機組控制之二

在自動控制中對靜葉控制高爐爐頂壓力的關(guān)系中，增設(shè)調(diào)節(jié)升高頂壓的轉(zhuǎn)速設(shè)限，轉(zhuǎn)速接近3000轉(zhuǎn)時不得調(diào)節(jié)升高頂壓。其原因是TRT系統(tǒng)并網(wǎng)后機組接受電網(wǎng)控制，其轉(zhuǎn)速受電網(wǎng)穩(wěn)定地控制在3000r/m i n上，而現(xiàn)在是原TRT中的發(fā)動機由變速離合器代替后無此功能。此設(shè)限，限制了因為提高頂壓調(diào)節(jié)關(guān)小靜葉角度影響轉(zhuǎn)速下降于3000轉(zhuǎn)時，離合器不嚙合，煤氣透平脫開其旋轉(zhuǎn)機械能得不到回收情況。

4.3 優(yōu)化了B P R T機組試車程序

B P R T試車的程序是，采用備用風(fēng)機向高爐送風(fēng)待高爐正常、爐頂壓力到正常高水平時啟動需要試車的B P R T機組（注意此鼓風(fēng)機不向高爐送風(fēng)），啟動煤氣透平并升速，轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)置的電跳2700r/m i n透平是否緊急停機；再修改為設(shè)置電跳為3240r/m i n，重新對透平升速達(dá)到3000r/m i n時，觀察變速離合器是否嚙合，如鼓風(fēng)機的驅(qū)動電機電流大幅度下降便表明嚙合很好。再檢查其他方面如正?？烧J(rèn)為該B P R T機組試車合格，再將備用鼓風(fēng)機切換到該B P R T機組的軸流壓縮機。如果透平設(shè)置機械超速保護(hù)（危急保安器）試車時必須先脫開變速離合器試驗完成機械超速保護(hù)后，再將離合器兩側(cè)分別與風(fēng)機、透平聯(lián)軸器安裝好后試驗離合器的嚙合功能。

陜鼓B P R T不設(shè)置超速保護(hù)（危急保安器）保留設(shè)置電氣超速保護(hù)（3240r/m i n），試車時試驗2700r/m i n是否動作，簡化了試車過程。

5 結(jié)束語

B P R T技術(shù)經(jīng)陜鼓集團(tuán)與用戶的共同努力，在機組內(nèi)部配置、優(yōu)化軸流壓縮機及煤氣透平性能、消化老外的變速離合器技術(shù)、多方面優(yōu)化控制程序等促使1080m3高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電降低至42k W·h先進(jìn)水平，且低于中小高爐噸鐵耗電量水平，節(jié)電效果顯著。

[1]本書編輯委員會.鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排新技術(shù)5000問（煉鐵分冊）[M].北京：中國科技出版社，2009.253-254.