BPRT技術在天鋼聯合公司的應用

劉孝義 周年杰

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

1 概述

天津天鋼聯合鋼鐵有限公司（簡稱天鋼聯合公司）是天津鋼鐵集團有限公司的控股子公司。該公司由天津鋼鐵集團有限公司和天津達億鋼鐵有限公司于2009年9月共同出資組建。公司以天津鋼鐵集團有限公司為依托，利用天津鋼鐵集團有限公司的資金、技術、管理優勢，結合天津天鋼聯合鋼鐵有限公司經營特點，將實現低成本運行、高利潤產出、節能降耗作為公司目標，通過不斷采用先進的冶金技術設備，實現了公司生產工藝的創新和生產設備的升級改造，企業的生產規模已達到年產鐵400萬t、鋼400萬t能力。為了降低生產成本，我公司采用了多項節能技術，BPRT機組就是其中非常成功的一項。

聯合公司現有5座高爐，其中1#高爐是2009年對原有的210m3小高爐進行升級改造，為了實現高爐生產的節能降耗、穩壓、高產之目標，在1#高爐改造之際，采用BPRT技術。機組2010年8月在天鋼聯合正式竣工投產，經近一年的運行，BPRT同比公司同類型高爐軸流風機折算節電25%～30%，節電效果明顯。

2 工藝結構

同軸BPRT節能機組即高爐煤氣透平和高爐鼓風機同軸系能量回收機組 (Blast Furnace Power Recovery Turbine)，簡稱BPRT裝置，是一種利用高爐爐頂煤氣壓力能和氣體顯熱，把煤氣導入膨脹透平做功作用于高爐鼓風機上的能量回收成套裝置。該機組將高爐鼓風機、高爐煤氣余壓回收透平(簡稱TRT)和電動機串聯在同一根軸系上，高爐正常生產時高爐余壓通過透平機轉化為機械能，帶動風機運行，從而減少了電機電流而達到節電的目的。

BPET系統區別于傳統的TRT裝置和高爐鼓風機組。它主要是在傳統TRT裝置和高爐鼓風機組的基礎上，通過變速離合器把兩套機組聯結在一起，同時將高精度頂壓智能穩定系統集成在機組3H—TRT自控系統中(3H即三高：高精度頂壓穩定性控制技術；為提高頂壓設定值創造有利條件；提高高爐利用系數降低焦比)。它主要由透平主機、高爐鼓風主機、大型閥門系統、潤滑油控制系統、液壓伺服控制系統、氮氣密封系統、冷卻水系統、高低壓電氣控制系統、自動化儀表控制系統、高精度頂壓智能穩定系統等十大部分組成。相對單獨的TRT系統取消了發電機及發配電系統，合并了自控系統、潤滑油系統、動力油系統等，有效簡化了系統的配置，使設備更緊湊、管理更集中，解決了我公司現場空間不足的問題，并且節省了投資及運行費用。

在該機組中，高爐煤氣透平回收能量不是用來發電，而是直接同軸驅動鼓風機，沒有發電機的機械能轉變為電能和電能轉變為機械能的二次能量轉換的損失，回收效率更高。通過該技術的應用，不僅能回收高爐爐頂煤氣所具有的壓力能和熱能，降低煤氣輸送管網的流動噪聲，還可穩定頂壓、風壓、流量，從而提高高爐的冶煉強度和產量。450m3高爐爐頂煤氣壓力為130kPa，常規高爐此部分壓力能通過減壓裝置減壓到20kPa供入煤氣管網。而高爐采用BPRT裝置，將此壓力能回收用來驅動鼓風機做功，在給高爐送風的同時回收高爐煤氣能量，節約能源的同時，不會對生產和煤氣質量造成影響，從而起到節能降耗的作用。

為了進一步實現節能減排的目標，目前聯合公司三座1080m3高爐的BPRT機組正在組裝。

3 工藝流程

聯合公司采用的BPRT機組的型號為：AV45-12同軸能量回收機組，主要由電動機、齒輪箱、軸流壓縮機、變速離合器和煤氣能量回收透平組成。

機組啟動時，先由電動機將鼓風機帶到額定工況向高爐送風，待高爐運行正常后將約150Kpa、150℃左右的高壓高溫煤氣引入煤氣透平，通過離合器的在線投入功能與鼓風機連接，與電動機共同驅動鼓風機。運行時通過軸流壓縮機的靜葉調節高爐送風量，通過煤氣透平的靜葉調節頂壓，同時煤氣透平可在高爐鼓風機運行時，根據高爐工況所引起的煤氣壓力變化情況，通過離合器在線投入或切除，而不影響高爐鼓風機的運行，且保證了高爐頂壓穩定。煤氣通過透平機后壓力最低降為12 Kpa、溫度最低降為70℃的低壓低溫煤氣 (透平出口壓力的高低與外網壓力有關)，將煤氣從高爐中帶出的能量回收利用，然后送入外網。

圖1 高爐BPRT機組系統示意圖

機組通過離合器在線投入或切除后，必要時通過大型閥門系統中DN1600快速切斷閥與兩臺DN600旁通閥相反互動作用，在0．5s內實現機組與管網的自動連接與切除。管網與透平機切斷后，由兩臺DN600旁通閥通過自動控制系統起到調整、穩定頂壓的作用。檢修時利用進出口插板閥和蝶閥把機組與煤氣管網斷開。

4 BPRT的使用及注意事項

聯合公司BPRT機組于2009年底開始進行安裝，2010年8月份正式投入運行。為保證BPRT投運后的正常運行，安裝期間，煉鐵廠、計控處和機動處有關技術人員調研、學習、分析和研究，并結合聯合公司現場實際，與設備廠家認真交流、積極溝通，嚴格審查每個環節，確保不出紕漏，保證了安裝的質量。技術人員制定了詳細的單機及聯動試車方案，并多方論證，確保了試車成功。

聯合公司BPRT同軸機組從8月份投入運行后，運行平穩，爐頂壓力波動控制在2KPa以內，高爐操作穩定，爐況順行。雖然也出現了幾次事故停機，但技術人員能夠及時發現問題，進行相應解決，未影響生產。

總結BPRT機組投運至今的運行情況，我們認為BPRT操作最關鍵必須注意以下幾點：

4.1 對BPRT機組維護、檢查一定要到位，定期定時維護、檢查，如檢查是否有堵塞現象、漏氣現象等。并作為一項制度來執行。

4.2 要嚴格監測制度，即對CO濃度的監測。有專人負責，監測儀器必須確保準確，要定期校驗。

4.3 嚴格遵循操作規程，操作人員必須熟記BPRT操作規程，確保準確操作設備。

4.4 氮氣供應系統應有報警裝置，確保安全、不間斷、連續供氣。

4.5 對檢修、維護、操作等人員要進行專業培訓，持證上崗。要讓所有涉及BPRT機組人員認真學習，消化吸收，使之真正成為自己的東西，這樣才能確保BPRT機組的安全操作和運行。

5 經濟效益

我公司1#高爐配套的BPRT機組于2010年8月投運，機組運行平穩，軸振動在7～20μm左右，軸承溫度小于75℃；高爐頂壓波動幅度很小，約±1～3KPa；透平投運后，煤氣能量參數從壓力145 KPa、溫度145℃左右降為壓力20 KPa、溫度46℃左右，電機電流最大從483A降低到230～270A左右。

正常情況下BPRT機組平均每噸鐵節電大約在25%～30%，噸鐵節約成本為9.12元，年創效益547.2萬元，經濟效益顯著。

此外，切除透平機組煤氣管網噪聲約110 dB(A)左右，該機組投運后經測定管網噪聲為80dB(A)左右。煤氣管網噪聲比機組投運前降低約30dB(A)，

因此該項技術既有一定的經濟效益，又有一定的環境效益，是經濟和環境效益“雙贏”的節能項目

6．結束語

BPRT機組不僅回收了以往在液壓閥組浪費掉的能量，而且將煤氣透平產生的壓力能直接作用于鼓風機上，同軸驅動，節省了能源的二次轉換，可同比提高能源利用效率3%～5%，降低能耗，是一項值得推廣的節能技術。BPRT機組是我公司新投入的節能裝置，需要我們進一步探索和研究，確保其發揮更大的節能效益。