BPRT回收高爐能量的探討

張 安

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶400013）

熱電

BPRT回收高爐能量的探討

張 安

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶400013）

介紹了煤氣透平、電動機及高爐鼓風機三機同軸機組(BPRT)組合情況及工藝特點，并對運行中設備常出現的問題進行綜合分析，提出了相應的解決措施及建議。

BPRT;鼓風機;透平;控制;問題

1 引言

《鋼鐵產業發展政策》規定鋼鐵企業高爐煤氣的余壓、余熱應予回收。BPRT這項新技術就是利用這部分能量直接作為旋轉機械能補充在高爐鼓風機的軸系上，避免了能量的二次轉換，使驅動高爐鼓風機的電機降低電流而節能，這不僅有效解決了煤氣環保問題，同時使企業取得了良好的回收效℃。

2 BPRT裝置

電動機+齒輪箱+高爐鼓風機+離合器+煤氣透平機

煤氣透平機與電動機同軸驅動高爐鼓風機，這種三機組合(Blast Furnace Power Recovery Turbine)簡稱BPRT。

高爐鼓風機所需功率和煤氣透平所供功率一般不平衡，因此，高爐鼓風機一端通過齒輪箱聯接電動機，另一端采用離合器聯接煤氣透平，這樣，電機可以提供煤氣透平與高爐鼓風機功率之間的差額，補充高爐鼓風機所需的功率。

當煤氣透平工作時：離合器處于嚙合工作狀態，把透平回收的功率傳遞給高爐鼓風機。

當煤氣透平不工作時：離合器自動將透平斷開，從而不影響高爐鼓風機的運行，以保證高爐的正常生產。

主要組成部分：1）高爐鼓風主機系統；2）煤氣透平主機系統；3）管網輸配與大型閥門系統；4）液壓潤滑控制系統；5）冷卻水系統；6）自動控制及高低壓電氣系統等。

2.1 高爐鼓風機主機系統

高爐鼓風機主要為高爐輸送穩定的風量和壓力，主機的調節控制主要有：流量控制、壓力控制、限負荷控制、防喘振控制、逆流保護和邏輯控制等，常用的是根據工藝流程的不同要求，設為等流量，定風量調節，通過控制靜葉開度，來改變壓縮機的出口壓力，并保持流量穩定?；蛟O為等壓力，定風壓調節，通過控制靜葉開度，來改變流量，并保持壓縮機的出口壓力穩定。

2.2 煤氣透平主機系統

透平運行前：凈化后的煤氣通過減壓閥組進入全廠煤氣管網系統，由減壓閥組自動控制爐頂壓力。

透平運行后：正常情況下，煤氣全量通過透平機組，減壓閥組全關，當煤氣量超過透平最大通過量時，由減壓閥組協調透平控制頂壓。

煤氣通過透平機組膨脹做功帶動離合器，當嚙合后從而給風機的主電機省電。

2.3 高精度爐頂壓力智能穩定系統

通過運用管網流體力學原理，建立起頂壓波動量與控制調節量之間的高級數學模型和先進控制算法，同時采用了一種具有自我修正完善功能的混合式智能專家控制算法和高級切換算法。

2.4 自動化控制系統

1）主要完成生產過程的數據采集和初步處理，數據顯示和記錄，數據設定和生產操作，執行對生產過程的連續調節控制和邏輯順序控制。

2）主要部分由控制站、工程師站、操作員站、打印機、網絡及交換機（Switch）等設備組成。

控制站完成數據采集和初步處理，并執行生產過程的連續調節控制和邏輯順序控制。

操作員站可以進行包括總貌顯示、分組顯示、操作顯示、調整顯示、趨勢顯示、報警顯示等多種方式顯示和記錄；通過鍵盤和鼠標，按畫面操作提示進行生產操作。

3）主要控制方式

“遠程”與“就地”的選擇。

（1）當選擇“遠程”時，控制系統參與控制，其主要控制方式有“自動”和“手動”兩種：

在“自動”控制方式下，控制系統按照預先設定的控制方案，自動完成所有控制功能。通過PLC實現本功能。

在“手動”控制方式下，控制系統按照操作員的操作指令，完成設備的單獨控制。通過PLC實現本功能。

(2)當選擇“就地”時，控制系統不參與控制，在現場操作箱上通過操作開關完成設備的單獨控制?！艾F場”控制方式主要用于設備檢修。

2.5 液壓潤滑控制系統

液壓系統主要組成部分：由油泵、循環油泵、濾油器、加熱器、蓄能器、閥及配管等組成。

液壓系統為風機和透平提供不低于12 MPa的油壓，同時為緊急快切閥、旁通閥快切閥提供動力。

潤滑系統主要組成部分：由油泵、油箱、高位油箱、油冷卻器、油濾器、閥及配管組成。

潤滑系統為風機和透平的潤滑供油。其中高位油箱能保證兩臺油泵在出現故障時，短時為潤滑部位供油，以保證機組安全停穩。

2.6 透平工藝流程

高爐煤氣經重力除塵器、布袋除塵器、透平入口蝶閥、插板閥、緊急切斷閥進入透平,再經透平膨脹做功。透平膨脹做功后、經出口插板閥、蝶閥、進入低壓管網。透平運行異常時自動關閉緊急切斷閥，打開旁通快開閥，以保證透平安全停穩，其工藝流程見圖1所示。

圖1 透平工藝流程

2.7 透平出力

透平出力計算依據以下經驗公式計算：

式中：N-透平功率,kW

T-透平入口煤氣溫度,℃

P1-透平入口煤氣壓力,kPa，絕壓

P2-透平出口煤氣壓力,kPa，絕壓

fd-煤氣中水汽冷凝所放出的氣化潛熱的熱量修正系數，一般當濕式除塵時fd=1.1耀1.13；當干式除塵時fd=1

?t-透平效率

從上式可得出：透平功率與煤氣入口溫度、流量成正比，與煤氣出入口壓力間的壓縮比有關，與透平機效率成正比。

2.8 透平效率

透平分向心式、軸流沖動式、軸流反動式三種，其效率分別為75豫，80豫，85豫，它與氣體的流向、葉片壓損的不同有關。

另外，影響透平回收能量的因素還與高壓煤氣管網阻力、透平機進口煤氣壓力和低壓煤氣管網壓力，煤氣流量、透乎機煤氣進口溫度和透平機作業率等有關。

隨著技術的發展，高爐采用計算機為中心的控制系統，實現了高爐頂壓的自動控制。

3 透平裝置需要探討的問題

1）在透平超轉速的情況下油門開啟不可靠，建議采用電子測速，在控制系統中設置次高轉速報警，超轉速聯鎖關閉快切閥進行停機，確保透平裝置的安全。

2）主油泵運行不可靠，故障較多，影響透平運行，并且維護較難，因此，需配置一用一備供油泵，取消主油泵，確保透平裝置的正常運行。

3)目前干式煤氣凈化溫度高，透平機組進、出口接管位移量較大，下進下出機組穩定性差，建議采用徑向進軸向出的透平機組，可確保機組正常運行。另外，還可降低機組的基礎和廠房高度，節省基建投資。

4)干式透平除垢及波紋補償器防腐

高爐煤氣干式透平機組積灰主要成分為氨鹽，其組成成分為：氯離子含量55%，氨(NH3)含量30%，不可溶殘渣15%左右。

近來，已研發成功通過在透平入口噴灑干式阻垢擠(主要成分有機胺、咪唑啉、表面活性劑等)，除垢效果非常顯著。

隨著鋼鐵企業爐料中海外礦比例的增加，燒結工藝中添加CaCl2及干法除塵和噴煤新工藝的采用，使高爐煤氣中腐蝕成分增加，金屬波紋膨脹節的腐蝕日℃嚴重，盡管國內眾多補償器廠家采用了波紋管材質升級，如選用316L、254Mo、Incoloy800、825、Inconel600、固容處理、波紋管表面噴涂耐腐蝕材料等方法，企圖解決金屬波紋膨脹節的腐蝕，但其平均使用壽命仍然很短，有的甚至幾個月，給冶金企業造成相當大的經濟損失和安全生產隱患。鑒于以上情況，科研部門運用全新理念研制成功的成熟而先進的高分子復合波紋膨脹節。高分子復合波紋膨脹節是由高分子緩蝕層、阻蝕層、結構層復合構成，該高分子材質能抵御酸、堿、鹽、有機溶劑的腐蝕，且不受煤氣pH值和Cl謠等H2SxOy、硫化物、奈、焦油等含量的限制。適用溫度范圍-72~550℃，其壽命是金屬波紋膨脹節的2~4倍以上。

5）BPRT工藝管道設計中，存在著冷風管道和煤氣管道布置較為復雜，特別是多座高爐共用。

干式透平煤氣進口管對主機的推力過大引起機組的震動燒毀軸瓦的嚴重事故時有發生，所以更顯煤氣管道布置的重要性。

6）高爐煤氣具有爆炸危險的乙類火災危險介質，以煤氣泄漏源為中心，地坪上7.5 m高度和15 m半徑以內范圍，泄漏源頂部7.5 m高度和7.5 m半徑以內范圍為防爆2區；泄漏源15 m半徑范圍內的地坪下的坑、溝為防爆1區。通常高爐鼓風機廠房是按不防爆的，高爐煤氣透平機廠房是按防爆2區設計的，所以高爐鼓風機廠房和高爐煤氣透平機廠房合二為一時，特別要注意電氣設備防爆的問題，如電動機防爆問題，吊車防爆問題，液壓潤滑站油泵防爆問題。儀表電氣現場控制箱防爆等問題。

4 同軸BPRT技術的展望

2004年5月在安陽永興鋼鐵公司380 m3同軸BPRT機組投入使用以來運行平穩，回收效率高，經濟效℃顯著。隨著技術的不斷發展，BPRT機組相繼投產，近來天鋼1080 m3高爐BPRT投產和2012年四川威鋼1870 m3高爐BPRT的順利投產等，標志著BPRT機組逐步向中型高爐上發展，為社會和企業帶來可觀的經濟效率。

5 結束語

隨著BPRT機組的相接投產，逐漸被各鋼鐵企業所認識，接下來是探討如何在2000 m3以上高爐上使用，更好的貫徹國家節能減排的政策，更好的做到機組安全可靠，這具有深遠的意義。

BPRT不僅能回收高爐爐頂煤氣所具有的壓力能和熱能，而且能夠降低減壓閥組的噪聲，利用煤氣透平將這部分能量直接作為旋轉機械能作用在高爐鼓風機軸系上，節省了能量的二次轉換，提高能量利用效率3豫耀5豫，使高爐余壓煤氣回收裝置潛力得到充分發揮。

另外,同軸BPRT機組在配置上比分軸機組少了一臺發電機及發配電系統，一臺吊車，一套液壓潤滑系統，設備投資可比分軸機組少20豫耀30豫，廠房也相應減少一座，占地面積也相應減少約50%左右。在現目前土地資源非常緊張的情況下，這對企業來說是非常重要的。

A Discussion on Energy Recovery of Blast Furnace by BPRT Unit

Zhang An
(CISDI Engineering Technology Co,Ltd.,Chongqing 400013China)

The integration performance and technology characteristics of the co-axel unit of gas turbine,motor and blast furnace blower(BPRT)are introduced,the problems frequently occurring during equipment operation are comprehensively analyzed and corresponding mea原sures as well as proposals are put forward.

BPRT;blower;turbine;control;problem

TK11

B

1006-6764（2014）11-0030-03

2012－05－20

張安（1961原），男，大學專科學歷，工程師，現從事冶金燃氣系統的設計、咨詢工作。