摘 要：1780m3高爐配套的同軸能量回收機組，是目前國內(nèi)投運的最大的同軸機組，高效的回收了高爐煤氣的余壓余能，是冶金企業(yè)節(jié)能裝置應(yīng)用的典范。

關(guān)鍵詞：同軸；軸流壓縮機；節(jié)能；能量回收

隨著國家節(jié)能減排政策的落實，國內(nèi)大型及中小型鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排形勢嚴(yán)峻。由于鋼鐵行業(yè)的不景氣，加劇了鋼鐵企業(yè)之間的競爭。近年來，鋼鐵企業(yè)擴能增產(chǎn)新上高爐的同時，已經(jīng)考慮配置煉鐵工藝流程中的節(jié)能減排裝置。威遠鋼鐵有限公司新建兩座1780m3高爐，采用兩套同軸能量回收機組同時給兩座高爐供風(fēng)，一套電拖AV71-16軸流壓縮機為備用風(fēng)機，三套機組共用一個風(fēng)機廠房。三套機組采用軸向布置的方案，極大的節(jié)約了廠房的占地面積，同時也節(jié)約了項目的投資成本。同軸機組配置軸流壓縮機為AV71-16，煤氣透平膨脹機為MPG14.2，是目前投運同軸能量回收機組中最大的，機組投運以來，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、安全，各項性能指標(biāo)均達到設(shè)計要求，節(jié)能效果明顯。

1 同軸能量回收機組工藝流程

煤氣透平膨脹機與電動機同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)機組稱為能量回收機組，簡稱（BPRT）。機組主要設(shè)備為煤氣透平膨脹機、變速離合器、軸流壓縮機、齒輪箱、電動機，機組采用地上平臺布置。通過利用高爐煉鐵副產(chǎn)高爐煤氣的壓力與下游用戶壓力的壓差、溫差所具有的能量，通過煤氣膨脹機回收一部分能量，膨脹機通過變速離合器連接到軸流壓縮機一端，另一端通過齒輪箱連接到電機端，軸流壓縮機同時被電機和煤氣透平膨脹機共同驅(qū)動，從而降低了電機的軸功率，節(jié)約了電能。同軸機組是高爐鼓風(fēng)機組和高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置的二合一機組，省去了煤氣余壓發(fā)電裝置的一套并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，機組整體投資更加節(jié)約；透平膨脹機直接將動能轉(zhuǎn)化為了機械能，減少了煤氣余壓發(fā)電裝置發(fā)電機能量轉(zhuǎn)化的損失，同軸機組的節(jié)能效果更加明顯。

2 同軸能量回收機組布置

同軸能量回收機組采用地上平臺布置，嚴(yán)禁地下或半地下布置?？梢圆捎檬覂?nèi)布置或室外（露天）布置。多臺機組可分開單獨布置或者同時布置在一個風(fēng)機房內(nèi)，威遠鋼鐵為兩套同軸能量回收機組和一套電拖備用鼓風(fēng)機組共用一個廠房。同軸機組裝置應(yīng)有滿足機組大修的檢修空間，廠房內(nèi)機組與廠房的內(nèi)墻凈距不宜小于1.5m。機組平臺的安全出口不應(yīng)少于兩個，保證緊急情況下的安全通暢。廠房內(nèi)地坪標(biāo)高應(yīng)高出周圍室外地坪標(biāo)高0.3m以上。裝置區(qū)域應(yīng)有設(shè)備安全、檢修維護及消防用車通道。消防車道的設(shè)置應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016的有關(guān)規(guī)定。煤氣管道系統(tǒng)設(shè)計、布置應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》GB6222的有關(guān)規(guī)定。機組平臺的設(shè)備布置詳見圖1。

3 同軸能量回收機組工藝參數(shù)

AV71-16軸流壓縮機進口溫度為16℃，排氣溫度為216℃，進口風(fēng)量為4352Nm3/min，進口壓力為0.0925MPa（A），出口壓力為0.5MPa （A），工作轉(zhuǎn)速4550r/min；煤氣透平機為MPG14.2-294.5/150，進口溫度為150℃，進口流量為335000Nm3/h，出口壓力為11KPa，工作轉(zhuǎn)速為3000r/min，煤氣含塵量≤10mg/m3。電機額定電壓為10KV，額定電流為1719A，額定轉(zhuǎn)速為1496r/min，絕緣等級為F，冷卻形式為上水冷；自潔式空氣過濾器后空氣含塵量≤1.5mg/m3，含塵粒度≤3um。

4 同軸能量回收機組輔機系統(tǒng)

4.1 高爐冷風(fēng)管道系統(tǒng)

空氣經(jīng)過自潔式空氣過濾器進入軸流壓縮機，經(jīng)過壓縮后，將壓力為0.5MPa（A）壓縮空氣送入高爐冷風(fēng)管道母管。川威鋼鐵用戶為兩座高爐配套兩套同軸機組及一套備用電動鼓風(fēng)機組，在冷風(fēng)管道常規(guī)配置中（止回閥、電動送風(fēng)閥、防喘振閥、排氣消聲器、放空消聲器）中增加了撥風(fēng)系統(tǒng)，冷風(fēng)管道中增加了兩臺配風(fēng)閥及撥風(fēng)閥組，這是區(qū)別于常規(guī)冷風(fēng)管道的一個特例。從而實現(xiàn)了三套機組可以給任意一座高爐送風(fēng)的功能。

4.2 煤氣管道系統(tǒng)

煤氣管道系統(tǒng)主要由進出口蝶閥、插板閥、快速切斷閥、電動均勻蝶閥、旁通液壓閥及威力巴流量計組成。煤氣管道的入口管道接至高爐減壓閥組的前端，透平機煤氣管道出口接至減壓閥組的后端，同軸機組正常運轉(zhuǎn)的時候，高爐頂壓的控制由同軸機組的煤氣透平膨脹機控制，通過調(diào)節(jié)膨脹機靜葉開度控制高爐頂壓，精度可以達±3KPa；機組如遇到故障后高爐頂壓由減壓閥組控制。這也是同軸機組先進的控制系統(tǒng)的體現(xiàn)。煤氣管道溫度高達150℃，根據(jù)煤氣管道的走向，在合適的位置增加波紋補償器，吸收管道熱脹產(chǎn)生的位移，保證機組的安全運行。由于高爐煤氣中會有少量的水分，所以在煤氣管道出口還要設(shè)置煤氣排水器，保證多余的水份及時排出。煤氣管道的腐蝕裕量應(yīng)≥2mm，為了降低管道局部阻力管道彎頭的半徑最好為1.5DN。進口煤氣管道與地面的凈距≤6m時，應(yīng)選用全封閉式眼鏡閥。

4.3 潤滑油系統(tǒng)

潤滑油站由兩臺電動油泵、一臺直流事故泵、油箱、高位油箱、雙聯(lián)板式油冷卻器、雙聯(lián)油過濾器、排煙風(fēng)機、電加熱器等組成。系統(tǒng)同時向透平主機和發(fā)電機及軸流壓縮機提供潤滑油，保證機組啟動、運行、停機等正常工況和事故狀態(tài)下的軸承潤滑用油。系統(tǒng)設(shè)置有一次、二次儀表，對油壓、油溫、油位等參數(shù)進行測量，配套儀表數(shù)量及規(guī)格除能滿足現(xiàn)場運行狀況監(jiān)測，同時也能提供信號進入自控系統(tǒng)以滿足集中監(jiān)控的要求。

4.4 液壓伺服控制系統(tǒng)

主要由動力油站和液壓閥臺組成，系統(tǒng)根據(jù)機組自控系統(tǒng)的指令，準(zhǔn)確及時的控制軸流壓縮機的風(fēng)量、風(fēng)壓、透平轉(zhuǎn)速、爐頂壓力等。控制對象為軸流壓縮機的靜葉可調(diào)機構(gòu)和透平兩級靜葉可調(diào)機構(gòu)，旁通快開閥、快切閥液壓控制系統(tǒng)。伺服控制閥帶液壓鎖，保證機組安全運行。液壓系統(tǒng)所有設(shè)備的清潔度出廠時應(yīng)達到NAS1638-8級清潔度標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.5 氮氣密封系統(tǒng)

主要由氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、止回閥、截止閥及球閥組成；由于煤氣透平介質(zhì)為高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，氮氣密封系統(tǒng)保證了高爐煤氣不向外泄露。氮氣氣源壓力一般為0.3～0.4MPa，氮氣耗量≤60m3/h，高壓氮氣經(jīng)氣動薄膜調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后氮氣壓力高于被密封的煤氣壓力0.01～0.03MPa左右，保證煤氣不向外界泄露。

4.6 冷卻水系統(tǒng)

主要由閥門、管道、流量計等組成，給潤滑油站、動力油站的油冷卻器，發(fā)電機空冷器提供冷卻水。冷卻水量每套BPRT機組≤600m3/h，同時提供相應(yīng)一次儀表，包括溫度、壓力、流量檢測裝置。

4.7 自控系統(tǒng)

機組自控系統(tǒng)為滿足高爐供風(fēng)工藝的需要，保證高爐頂壓的穩(wěn)定控制，系統(tǒng)采用西門子S7-414H冗余控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機組所必須的過程控制、邏輯控制和過程監(jiān)視功能。操作站具有工程師編程功能及操作員操作功能?？刂葡到y(tǒng)CPU、電源、總線采用冗余配置，系統(tǒng)軟硬件性能可靠，完成對機組的所有數(shù)據(jù)采集、儲存、過程調(diào)節(jié)、機組保護的功能。

5 結(jié)束語

1780m3高爐同軸能量回收機組比單個機組節(jié)約約25%的投資，占地面積小，能夠回收高爐鼓風(fēng)機30%左右的能耗，在冶金企業(yè)中節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益可觀，符合國家節(jié)能減排政策的要求。

參考文獻

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[2]GB6222-2005.工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程[S].

[3]GB50016-2014.建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

[4]GB/T28246-2012.高爐煤氣能量回收透平膨脹機[S].

作者簡介：張建明（1981-），男，工程師，主要從事冶金工藝流程研究及工藝管道設(shè)計工作。