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(xiàng)目，配套建設(shè)2×1260 m3高爐系統(tǒng)工程及相應(yīng)的公輔設(shè)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(shè)備投資，本次設(shè)計(jì)中將TRT 和鼓風(fēng)機(jī)作為同一系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，使得TRT 原有的發(fā)配電系統(tǒng)簡化合并，取消發(fā)電機(jī)及發(fā)配電系統(tǒng)，整合了自控系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)等，并將回收的能量直接作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能補(bǔ)充在軸系上，避免了能量轉(zhuǎn)換的損失，使驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的電機(jī)降低電流而節(jié)能。

2 BPRT機(jī)組的工作原理

BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）高爐鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)和高爐煤氣余壓透平串聯(lián)在同一根軸系上。

機(jī)組配置方式：電動(dòng)機(jī)+齒輪箱+軸流壓縮機(jī)+變速離合器+透平膨脹機(jī)，如圖1 所示。

圖1 BPRT機(jī)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(fēng)機(jī)組。在傳統(tǒng)TRT 裝置和高爐鼓風(fēng)機(jī)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(fēng)主機(jī)系統(tǒng)。②能量回收主機(jī)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(dòng)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?dú)饷芊庀到y(tǒng)。⑩冷卻水系統(tǒng)。

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

該機(jī)組既能滿足高爐供風(fēng)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(jī)械能,并且直接傳遞給壓縮機(jī)軸端、降低電機(jī)出力，達(dá)到能量回收。

透平機(jī)的投入與切除是通過變速離合器來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)透平機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000 r/min 時(shí)，變速離合器能夠自動(dòng)在線嚙合使透平機(jī)投入運(yùn)行，同軸驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)電流降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；當(dāng)透平機(jī)轉(zhuǎn)速低于2900 r/min 時(shí)，變速離合器能夠自動(dòng)在線切除使透平機(jī)脫開，此時(shí)變速離合器兩側(cè)均屬獨(dú)立旋轉(zhuǎn)設(shè)備，相互不傳遞任何轉(zhuǎn)矩，從而不影響鼓風(fēng)機(jī)向高爐持續(xù)正常送風(fēng)。

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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

站內(nèi)設(shè)2 臺(tái)AV63-14 型全靜葉可調(diào)電動(dòng)軸流鼓風(fēng)機(jī)。進(jìn)口流量Q=3664 m3/min，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口壓力分別為0.09976 MPa（A）、0.46 MPa（A）。并設(shè)1 臺(tái)AV56-13 軸流鼓風(fēng)機(jī)作為備用機(jī)組。鼓風(fēng)機(jī)站平面布置見圖2。

圖2 鼓風(fēng)機(jī)站平面布置圖

其主要設(shè)備配置如下：

1）全靜葉可調(diào)電動(dòng)軸流鼓風(fēng)機(jī)

型號：AV63-14

工作轉(zhuǎn)速：5200 r/min

主電機(jī)

型號：YGF1000-4

功率：19000 kW

電壓：10 kV

2）透平膨脹機(jī)

型號：MPG10.1-301.4/150

進(jìn)口流量：2568.4 m3/min

進(jìn)口壓力：0.267 MPa(A)

進(jìn)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(fēng)機(jī)站室外一側(cè)布置煤氣進(jìn)、出管道；另一側(cè)布置空氣過濾器及風(fēng)管道。

4 透平機(jī)輸出功率計(jì)算

4.1 計(jì)算依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1×1260 m3高爐主要設(shè)計(jì)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(fēng)溫度:≥1150 ℃

富氧:2%～3%

熟料率:85%

含C 物料指標(biāo)及爐頂煤氣性質(zhì)見表1、表2。

表1 含C物料指標(biāo)及計(jì)算

表2 爐頂煤氣性質(zhì)

4.2 透平機(jī)輸出功率計(jì)算

⑴煤氣小時(shí)量計(jì)算

⑵高爐煤氣定壓比熱計(jì)算

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

通過計(jì)算，140 ℃上述4 個(gè)組分值分別為29.83；42.87；29.64；28.33.

在以工作過程為導(dǎo)向的課程觀的指導(dǎo)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(xué)生需求分析的基礎(chǔ)上確定課程目標(biāo)，選取教學(xué)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(jì)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(jìn)口絕對溫度K,本計(jì)算取(140+273)

P1—透平入口煤氣絕對壓力 kPa,本計(jì)算取(180+101.33)；

P2—透平出口煤氣絕對壓力 kPa,本計(jì)算取(10+101.33)；

K—絕熱指數(shù),本計(jì)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(jī)械效率，取0.96；

考慮到軸承、鼓風(fēng)摩擦和抽吸等損失的透平功率，可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果與透平機(jī)銘牌輸出功率相符，這也說明該BPRT 設(shè)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(shè)備上的保證。

4.3 應(yīng)用效果

煤氣透平機(jī)正常投入運(yùn)行后，高爐頂壓波動(dòng)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(jī)電流最大從710 A 降低到362 A。正常情況下，BPRT 機(jī)組月平均節(jié)電2.6×106kWh。BPRT 機(jī)組透平機(jī)正常投用天數(shù)按300d 計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)3.0×107kWh。

5 結(jié)束語

⑴該BPRT 機(jī)組設(shè)計(jì)配置是合理的，就目前來看，運(yùn)行效果是良好的；

⑵BPRT 機(jī)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(dòng)，會(huì)直接影響到BPRT 機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，引起高爐鼓風(fēng)量的波動(dòng)。相較于獨(dú)立的TRT 發(fā)電機(jī)組及獨(dú)立的鼓風(fēng)系統(tǒng)而言；BPRT 同軸機(jī)組的不足也是顯而易見的。

【1】中國治金建設(shè)協(xié)會(huì)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.