B P R T的技術進步與節能

夏世桐，張良斌

（江蘇永鋼集團總工辦，江蘇張家港 215628）

1 概述

B P R T是將煤氣透平與電動機同軸驅動高爐鼓風機機組的西文簡稱（Blast Furnace power Recovery Turbine）。具有鼓風機向高爐送風與煤氣透平回收爐頂煤氣壓力和熱能的兩方面功能。即將煤氣透平回收的能量作為旋轉機械能通過變速離合器直接補充到軸系上驅動鼓風機，從而降低電動機的電耗。系統中取消了TRT的發電機及配套的發配電設備裝置，并合并了自動控制控制系統、潤滑油系統、動力油系統、冷卻水系統、氮氣與壓縮空氣系統、低壓配電系統；保留鼓風機的高壓供電系統、煤氣透平的大型閥門系統；新增了變速離合器。變速離合器會在透平轉速達到3000r/m i n后自動嚙合上鼓風機轉軸軸系；轉速降低于3000r/m i n后，煤氣透平自動脫開軸系，暫時停止驅動鼓風機；但不影響電動機驅動鼓風機向高爐送風。B P R T中利用軸流壓縮機的靜葉調節高爐風量、風壓；利用煤氣透平靜葉調節高爐頂壓，煤氣透平的旋轉機械能直接傳遞到機組軸系上做功。由于取消發電機與高壓配電設施可節省投資千萬元以上、節省占地百平方米左右、減少操作人員7～8人。永鋼公司在升級轉型建設1080m3高爐時選擇了陜鼓集團首創與創新的B P R T設備及裝置投用后機組運行平穩、節能效果顯著、安全可靠。

2 B P R T系統內部配置更合理與節電

先前的B P R T系統內部配置見圖1。

前期B P R T系統內部配置從圖1可知煤氣透平的旋轉機械能通過變速離合器傳遞到電動機再通過增速箱與電動機聯合驅動軸流壓縮機，從而節約電動機用電。先前的B P R T系統內部配置的特點是旋轉機械能傳遞需通過兩個載體（電動機與增速箱）達到鼓風機，傳遞方向與電動機傳遞方向一致。現在的B P R T系統內部配置有大改進見圖2。

由圖2可知，配置上將煤氣透平的旋轉機械通過變速離合器直接傳遞到鼓風機上，其特點是只通過一個載體（變速離合器）方向上與電動機驅動形成一個合力，因此更合理與更節能。陜鼓集團出品的B P R T機組運行的噸鐵鼓風耗電平均在42k W·h/t；比本公司內部500～600m3高爐噸鐵鼓風耗電（扣除TRT發電后）還低5～7k W·h/t（一般情況是小高爐噸鐵鼓風耗電比較大高爐噸鐵鼓風耗電要低得多）。一座1080高爐噸鐵鼓風耗電每年可以節約600萬k W·h。

圖1 前期的B P R T系統內部配置

圖2 現在的B P R T系統內部配置

圖3 A V 63-14喘振監視曲線

3 B P R T系統中的主機性能進步且優良

B P R T的技術進步與節能離不開系統中的主機性能的改善與技術進步。

3.1 機組性能特點

陜鼓集團B P R T系統中的主機A V 63-14（軸流壓縮機）性能曲線如圖3。

對主機A V 63-14現場判斷性能好壞標準：一是主機出口風壓與風量滿足高爐高產要求；二是在正常生產情況下、防喘振閥不打開即不放風這是鼓風機設備方面保證降低鼓風耗電的關鍵性能（高爐方面降低鼓風耗電的關鍵是降低燃料比從而降低噸鐵風耗與降低送風系統漏風）。這兩方面陜鼓A V 63-14風機性能均好。除滿足高爐系數3.0生產要求外，在同一靜葉角度時，出口風壓相對比別家高15k Pa左右。該機組在做喘振試驗時表現出靜葉角度比較大時不易喘振（如試驗時靜葉60°角時不喘振）因此，機組投運后高爐爐況正常時防喘振閥始終是處于關閉狀態，因而節電。

3.2 機組有關設置

對B P R T機組中軸流壓縮機與煤氣透平合理地設置“固定點”（死點）與準確計算熱膨脹量、選擇合適的聯軸器。從而保障了機組在高負荷運行中軸振動、軸位移遠低于正常允許值，穩定性好。

4 按變速離合器性能優化配置與控制

變速離合器是軸流壓縮機與煤氣透平兩機組能有機結合的關鍵設備，它傳遞的能量一定需要滿足煤氣透平輸出能量，本機離合器為R e n t-M a a g額定傳遞功率7000k W，大于煤氣透平輸出功率5500k W；同時滿足煤氣透平轉速（3000r/m i n）風機轉速（5200r/m i n）不同的靈活變速和精確嚙合的要求，本機離合器高、低速軸的齒數分別為39齒（457.52）與 68齒（252.43），速比為 1.7436。

考慮熱脹、振動、連接尺寸等因素，變速離合器安裝方面有專門的要求（如它的低速軸接煤氣透平、高速軸連接軸流壓縮機，按冷、熱態找正聯軸器的要求等）。

4.1 按變速器要求優化機組控制之一

煤氣透平不設置機械超速保護（轉速在3350r/m i n左右是危急遮斷動作，緊急停機），而在試車中試驗轉速2700r/m i n是否自動緊急停機，最終將在自動控制中的2700r/m i n改為3240r/m i n做為電氣超速保護保留在安全控制中。其原因是變速離合器嚴禁空載試車（即其高速軸沒有與鼓風機傳動軸連接時）否則對變速離合器造成損壞。

當然煤氣透平可以按常規設置機械超速保護，此時試車必須拆開變速離合器與透平、鼓風機兩方面的聯軸器的連接，明顯地試車中增加了聯軸器拆開、連接的次數，延長試車時間還影響聯軸器連接精確度。如果帶負荷做超速試驗，此時透平轉速大大超過3000r/m i n，按變速離合器變速比例將使風機超額定轉速運行，變速離合器也承受不了。

4.2 優化機組控制之二

在自動控制中對靜葉控制高爐爐頂壓力的關系中，增設調節升高頂壓的轉速設限，轉速接近3000轉時不得調節升高頂壓。其原因是TRT系統并網后機組接受電網控制，其轉速受電網穩定地控制在3000r/m i n上，而現在是原TRT中的發動機由變速離合器代替后無此功能。此設限，限制了因為提高頂壓調節關小靜葉角度影響轉速下降于3000轉時，離合器不嚙合，煤氣透平脫開其旋轉機械能得不到回收情況。

4.3 優化了B P R T機組試車程序

B P R T試車的程序是，采用備用風機向高爐送風待高爐正常、爐頂壓力到正常高水平時啟動需要試車的B P R T機組（注意此鼓風機不向高爐送風），啟動煤氣透平并升速，轉速達到設置的電跳2700r/m i n透平是否緊急停機；再修改為設置電跳為3240r/m i n，重新對透平升速達到3000r/m i n時，觀察變速離合器是否嚙合，如鼓風機的驅動電機電流大幅度下降便表明嚙合很好。再檢查其他方面如正常可認為該B P R T機組試車合格，再將備用鼓風機切換到該B P R T機組的軸流壓縮機。如果透平設置機械超速保護（危急保安器）試車時必須先脫開變速離合器試驗完成機械超速保護后，再將離合器兩側分別與風機、透平聯軸器安裝好后試驗離合器的嚙合功能。

陜鼓B P R T不設置超速保護（危急保安器）保留設置電氣超速保護（3240r/m i n），試車時試驗2700r/m i n是否動作，簡化了試車過程。

5 結束語

B P R T技術經陜鼓集團與用戶的共同努力，在機組內部配置、優化軸流壓縮機及煤氣透平性能、消化老外的變速離合器技術、多方面優化控制程序等促使1080m3高爐噸鐵鼓風耗電降低至42k W·h先進水平，且低于中小高爐噸鐵耗電量水平，節電效果顯著。

[1]本書編輯委員會.鋼鐵工業節能減排新技術5000問（煉鐵分冊）[M].北京：中國科技出版社，2009.253-254.