2×1260m3高爐BPRT技術的應用設計

汪延來

（中冶華天工程技術有限公司,安徽馬鞍山 243000）

1 概述

按照天津某鋼鐵廠的總體規劃，擬在現有廠區毗鄰位置建200 萬t 長材項目，配套建設2×1260 m3高爐系統工程及相應的公輔設施。

為了貫徹國家節能減排的方針，減少工程占地面積及設備投資，本次設計中將TRT 和鼓風機作為同一系統來設計，使得TRT 原有的發配電系統簡化合并，取消發電機及發配電系統，整合了自控系統、潤滑油系統、動力油系統等，并將回收的能量直接作為旋轉機械能補充在軸系上，避免了能量轉換的損失，使驅動鼓風機的電機降低電流而節能。

2 BPRT機組的工作原理

BPRT（Blast Furnace Power Recovery Turbine）高爐鼓風機和高爐煤氣余壓透平發電裝置同軸系的高爐能量回收裝置的簡稱，該裝置將高爐鼓風機和高爐煤氣余壓透平串聯在同一根軸系上。

機組配置方式：電動機+齒輪箱+軸流壓縮機+變速離合器+透平膨脹機，如圖1 所示。

圖1 BPRT機組配置簡圖

BPRT 系統區別于傳統的TRT 裝置和高爐鼓風機組。在傳統TRT 裝置和高爐鼓風機組的基礎上，專門合并集成了高精度頂壓智能穩定裝置。

該系統主要由十大子系統組成：①高爐鼓風主機系統。②能量回收主機系統。③高精度頂壓智能穩定系統。④管網輸配與大型閥門系統。⑤自動化儀表控制系統。⑥高低壓電氣系統。⑦液壓伺服控制系統。③潤滑油控制系統。⑨氮氣密封系統。⑩冷卻水系統。

帶有余壓、余熱的高爐煤氣進入透平膨脹機，在透平機內膨脹做功，將動能轉化為旋轉的機械能，通過變速離合器直接傳遞給軸流壓縮機。這樣就能降低電機出力，達到能量回收的目的。

該機組既能滿足高爐供風工藝的需要，又能通過同軸透平把余壓、余熱能量轉換為旋轉機械能,并且直接傳遞給壓縮機軸端、降低電機出力，達到能量回收。

透平機的投入與切除是通過變速離合器來實現的。當透平機轉速達到3000 r/min 時，變速離合器能夠自動在線嚙合使透平機投入運行，同軸驅動鼓風機，使電動機電流降低，實現節能；當透平機轉速低于2900 r/min 時，變速離合器能夠自動在線切除使透平機脫開，此時變速離合器兩側均屬獨立旋轉設備，相互不傳遞任何轉矩，從而不影響鼓風機向高爐持續正常送風。

3 設計特點

結合總圖布置場地緊張的特點，兩座高爐合建鼓風機站一座。新建站房長66 m，寬33 m。

站內設2 臺AV63-14 型全靜葉可調電動軸流鼓風機。進口流量Q=3664 m3/min，鼓風機進、出口壓力分別為0.09976 MPa（A）、0.46 MPa（A）。并設1 臺AV56-13 軸流鼓風機作為備用機組。鼓風機站平面布置見圖2。

圖2 鼓風機站平面布置圖

其主要設備配置如下：

1）全靜葉可調電動軸流鼓風機

型號：AV63-14

工作轉速：5200 r/min

主電機

型號：YGF1000-4

功率：19000 kW

電壓：10 kV

2）透平膨脹機

型號：MPG10.1-301.4/150

進口流量：2568.4 m3/min

進口壓力：0.267 MPa(A)

進口溫度：150 ℃

出口壓力：0.114 MPa(A)

輸出功率：6900 kW

工作轉速：3000 r/min

鼓風機站室外一側布置煤氣進、出管道；另一側布置空氣過濾器及風管道。

4 透平機輸出功率計算

4.1 計算依據和基礎數據

1×1260 m3高爐主要設計參數如下：

高爐有效容積:1260 m3

高爐年產量:120 104t/a

日產量:3429 t/d

入爐焦比:380 kg/ t

煤比:150 kg/ t

熱風溫度:≥1150 ℃

富氧:2%～3%

熟料率:85%

含C 物料指標及爐頂煤氣性質見表1、表2。

表1 含C物料指標及計算

表2 爐頂煤氣性質

4.2 透平機輸出功率計算

⑴煤氣小時量計算

⑵高爐煤氣定壓比熱計算

由熱力學手冊查得高爐煤氣各組分Cp 經驗公式：（單位J.mol-1.K-1）

通過計算，140 ℃上述4 個組分值分別為29.83；42.87；29.64；28.33.

在以工作過程為導向的課程觀的指導下，職業技術師范院校完整地規劃、編制課程，在職業崗位分析、學生需求分析的基礎上確定課程目標，選取教學內容，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輸出功率計算

根據煤氣余壓發電裝置技術規范（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—煤氣進口絕對溫度K,本計算取(140+273)

P1—透平入口煤氣絕對壓力 kPa,本計算取(180+101.33)；

P2—透平出口煤氣絕對壓力 kPa,本計算取(10+101.33)；

K—絕熱指數,本計算取1.35；

fd—熱量修正系數，干式凈化取1.0；

ηT—透平效率，取0.85；

ηG—機械效率，取0.96；

考慮到軸承、鼓風摩擦和抽吸等損失的透平功率，可以認為計算結果與透平機銘牌輸出功率相符，這也說明該BPRT 設備透平系統與高爐系統匹配良好。為高爐爐頂煤氣余壓、余熱能量得到充分利用提供了設備上的保證。

4.3 應用效果

煤氣透平機正常投入運行后，高爐頂壓波動在±2 kPa 以內,高爐操作穩定，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；電機電流最大從710 A 降低到362 A。正常情況下，BPRT 機組月平均節電2.6×106kWh。BPRT 機組透平機正常投用天數按300d 計算，年節電可達3.0×107kWh。

5 結束語

⑴該BPRT 機組設計配置是合理的，就目前來看，運行效果是良好的；

⑵BPRT 機組在減少占地，節約投資上具有一定的優勢；

⑶受高爐生產影響，煤氣發生量存在波動，會直接影響到BPRT 機組的穩定運行，引起高爐鼓風量的波動。相較于獨立的TRT 發電機組及獨立的鼓風系統而言；BPRT 同軸機組的不足也是顯而易見的。

【1】中國治金建設協會主編.煤氣余壓發電裝置技術規范GB50584-2010[M].北京：人民出版社.2010.8.