張 曉，張靈通，王舉強

（山東西王特鋼有限公司，山東 濱州 256209）

經(jīng)驗交流

BPRT鼓風(fēng)機組在高爐煉鐵的應(yīng)用

張 曉，張靈通，王舉強

（山東西王特鋼有限公司，山東 濱州 256209）

簡述了高爐BPRT鼓風(fēng)機組的工作原理，系統(tǒng)由高爐鼓風(fēng)機、煤氣透平機、電控系統(tǒng)、潤滑動力系統(tǒng)及軟件監(jiān)控等組成。系統(tǒng)投入運行后，高爐高壓鼓風(fēng)機運行電流由900 A減小為400 A，噸鐵節(jié)約成本8.7元，提高能源利用率4.2%左右。

高爐；BPRT鼓風(fēng)機；透平機

1 前言

鼓風(fēng)機是實現(xiàn)高爐鼓風(fēng)的重點設(shè)備，其作用是根據(jù)爐況的需要，不斷給高爐吹入一定壓力和流量的風(fēng)量，以保障高爐中燃燒的焦炭和噴吹的燃料所需要的氧氣，克服料柱的阻力，確保爐頂保持一定的爐頂壓力[1]?？梢?，鼓風(fēng)機是高爐的心臟和動力所在。因高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)所耗用的能量相當(dāng)大，隨著高爐的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保的應(yīng)用，高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)不斷優(yōu)化，節(jié)約了大量能源，逐漸形成了TRT和BPRT兩大系統(tǒng)。本文主要介紹BPRT系統(tǒng)在高爐煉鐵方面的應(yīng)用。

2 BPRT系統(tǒng)構(gòu)成

BPRT是指煤氣透平與電機同軸驅(qū)動的高爐鼓風(fēng)能量回收成套機組。該機組將高爐鼓風(fēng)機和高爐煤氣余壓回收透平裝置串聯(lián)在同一軸系上，充分利用以往高爐減壓閥組浪費掉的煤氣余壓余熱能量，使其通過煤氣透平機做功轉(zhuǎn)化為機械能，并將此部分能量直接補充到高爐鼓風(fēng)機中，避免了能量轉(zhuǎn)換中的損失，使驅(qū)動鼓風(fēng)機的電機電流大為降低，從而達到節(jié)能的效果[2]。BPRT機組原理見圖1。

圖1 BPRT機組原理

BPRT成套機組不但節(jié)約了設(shè)備占地空間和資金投入，而且有效解決了煤氣能源再利用和環(huán)保問題，提高了能量回收的效率，經(jīng)濟效益可觀，在高爐煉鐵行業(yè)得到快速推廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。

BPRT系統(tǒng)主要由10個子系統(tǒng)組成：鼓風(fēng)機系統(tǒng)、透平機能量回收系統(tǒng)、高精度爐頂智能穩(wěn)壓系統(tǒng)、輸配管網(wǎng)與大型閥門系統(tǒng)、自動化儀表控制系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、潤滑油控制系統(tǒng)、氮氣密封系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)。

2.1 硬件組成

1）高爐鼓風(fēng)機。BPRT的核心部件為鼓風(fēng)機，為離心式靜葉可調(diào)式，在電動機的帶動下葉輪高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，使得出口處的煤氣壓力和動力都大為提高，從而將煤氣輸送到更高或更遠處。鼓風(fēng)機送風(fēng)的風(fēng)量和風(fēng)壓要隨著高爐的爐況不同而隨時調(diào)節(jié)，主要靠靜葉來完成。靜葉開度調(diào)大時，風(fēng)量增大，壓比上升，效率提高；靜葉開度調(diào)小時，風(fēng)量減小，壓比下降，效率降低。靜葉的調(diào)節(jié)范圍要在防止風(fēng)機產(chǎn)生喘振的范圍之內(nèi)。

鼓風(fēng)機配套三相高壓交流異步電動機功率為18 000 kW，大容量電動機直接啟動會造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他設(shè)備的正常運行，也會造成電動機定子發(fā)熱燒毀。采用軟啟動方式，選擇固態(tài)軟啟動，摒棄了原先工礦、鋼鐵企業(yè)所經(jīng)常使用的液態(tài)軟啟動方式。相比而言，固態(tài)軟啟動采用智能化控制，具有限壓、限流等多種保護功能，體積小，維護量低，運行可靠。電機在啟動前，軟起裝置首先進行設(shè)置，各項參數(shù)正常，具備投運條件。電機啟動后，隨著電阻值的減小而逐步升速，勵磁柜中的檢測裝置檢測到電動機的轉(zhuǎn)速到達額定轉(zhuǎn)速的90%以上時，投全壓信號發(fā)出，高壓柜切換合閘，同時將軟起裝置切除，電動機繼續(xù)升速至額定轉(zhuǎn)速運行，整個啟動過程完成。

2）煤氣透平機。透平機是將煤氣中蘊含的動能轉(zhuǎn)換成機械能的一種機械[3]。透平機的主要部件為轉(zhuǎn)子葉輪，轉(zhuǎn)子葉輪均勻排列安裝在透平機轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)煤氣介質(zhì)流過透平機時，沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)做功，透平機通過傳動機構(gòu)與鼓風(fēng)機相連，為鼓風(fēng)機的旋轉(zhuǎn)提供了部分能量，降低了驅(qū)動電機的電流，達到節(jié)約能源的目的。煤氣透平機的投入，節(jié)能效果顯著。鼓風(fēng)機電流由900 A減小為400 A。

3）高低壓電氣系統(tǒng)。鼓風(fēng)機配套電動機功率為18 000 kW，電機均按10 kV電壓等級設(shè)計和制造。高壓系統(tǒng)由軟啟動回路和旁路運行回路組成，低壓系統(tǒng)主要為低壓輔助設(shè)備、自控PLC系統(tǒng)等提供動力電源。因涉及較多的高壓回路和接插柜，高壓系統(tǒng)操作繁雜，任何失誤都可能導(dǎo)致電機啟動失敗，故高低壓系統(tǒng)是BPRT機組的重點動力系統(tǒng)。

4）自動化控制系統(tǒng)。BPRT機組的運行過程中，需要對煤氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、高低壓電氣系統(tǒng)、電動機軸溫和振動、鼓風(fēng)機油溫和振動、透平機振動、循環(huán)水溫度流速等參數(shù)進行一一監(jiān)控。自動化PLC控制系統(tǒng)采用西門子S7-400冗余系統(tǒng)進行總設(shè)計，一方面完成BPRT機組的整體操作運行，另一方面對各類運行參數(shù)進行實時監(jiān)控，隨時發(fā)出各類報警和保護信號。當(dāng)PLC模塊出現(xiàn)故障問題時，自動切換到冗余系統(tǒng)繼續(xù)運行，保障了高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠運行。

5）潤滑和動力輔助系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)由潤滑油站為鼓風(fēng)機組提供潤滑油。油站采用2臺電動油泵，2臺泵互為備用。采用雙聯(lián)冷卻器和過濾器，1用1備。動力油系統(tǒng)由動力油站為鼓風(fēng)機靜葉可調(diào)裝置中的伺服馬達提供所需的動力油。油站是選用2臺恒壓變量軸向柱塞泵，2臺泵互為備用，配有2臺濾油器和1臺冷油器。選用2臺蓄能器，以便在突然停電時，將靜葉關(guān)至最小角度。

2.2 BPRT系統(tǒng)軟件監(jiān)控與保護

BPRT后臺監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下幾個界面：總監(jiān)控界面、煤氣系統(tǒng)界面、潤滑動力系統(tǒng)界面、故障報警界面、數(shù)據(jù)記錄查詢界面。操作人員需要實時監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行，根據(jù)高爐生產(chǎn)調(diào)度指令，做出加風(fēng)、減風(fēng)、穩(wěn)壓等操作流程。對于遇到的故障報警等情況，隨時匯報生產(chǎn)調(diào)度人員，并緊急處理。

3 結(jié)語

BPRT機組的投運，不僅做到了對高爐煤氣的能量回收，而且降低了煤氣輸送管網(wǎng)的流動噪聲，提高了高爐的冶煉強度和產(chǎn)量，減少了廢棄物的排放，進一步提高了能源利用率[4]。系統(tǒng)投入運行后，高爐高壓鼓風(fēng)機運行電流由900 A減小為400 A左右，噸鐵節(jié)約成本8.7元，節(jié)電效果顯著。高爐煤氣經(jīng)透平機做功后進入后續(xù)管網(wǎng)，相比于直接經(jīng)減壓閥組減壓來講，提高能源利用率4.2%左右，節(jié)能效果顯著。

[1]范廣權(quán).高爐煉鐵操作[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008

[2]柳黎光，盛鋼，孫鴻聲.同軸BPRT系統(tǒng)技術(shù)的探索與展望[J].通用機械，2007（4）：37-40.

[3]陸安定.電動機節(jié)能改造使用手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.

[4]張海慶，呂振，侯士亮.高爐鼓風(fēng)機同軸機組運行與節(jié)能分析[J].風(fēng)機技術(shù)，2009（3）：58-59.

TF321.8

B

1004-4620（2015）04-0076-02

2015-05-06

張曉，男，1983年生，2006年畢業(yè)于山東大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)?，F(xiàn)為山東西王特鋼有限公司電爐一廠電氣主任，從事電氣管理工作。