鋼鐵企業(yè)利用同軸BEST機(jī)組節(jié)能效益分析

文_ 申全軍 侯 勇 大唐時(shí)代（潞城）節(jié)能科技有限公司

由大唐時(shí)代節(jié)能科技有限公司（大唐新能源股份有限公司子公司）投資，以合同能源管理模式與山西興寶鋼廠合作建設(shè)的全國(guó)首臺(tái)高爐煤氣余壓回收高速同軸透平裝置(BEST同軸機(jī)組)于2013年3月底嚙合成功。

1 BEST同軸機(jī)組的工作原理及系統(tǒng)組成

BEST（Blower Equal Speed Turbine），即高爐煤氣余壓回收高速同軸透平裝置，是在原有的高爐鼓風(fēng)機(jī)（離心壓縮機(jī)或軸流壓縮機(jī)）基礎(chǔ)上增加一臺(tái)同軸系的高速透平機(jī)，利用高爐爐頂煤氣的余壓和熱能，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，經(jīng)過(guò)同軸系離合器高速嚙合直接驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)，降低原有風(fēng)機(jī)電機(jī)電流來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一種能量回收裝置。它主要是由BEST/CYL4000 透平機(jī)、大型閥門及煤氣管道系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等組成。

2 BEST同軸機(jī)組的工藝流程

該設(shè)備建立在一座550M3高爐離心壓縮機(jī)機(jī)上，額定轉(zhuǎn)速4810r/min。正常運(yùn)行時(shí)，先由高壓電動(dòng)機(jī)將鼓風(fēng)機(jī)帶到額定工況向高爐送風(fēng)，待高爐側(cè)爐頂壓力穩(wěn)定后。BEST透平機(jī)通過(guò)大型煤氣管道，把經(jīng)過(guò)除塵的高爐煤氣（壓力為135KPa,溫度為145℃）通過(guò)進(jìn)口蝶閥、進(jìn)口插板閥，最后經(jīng)過(guò)快速切斷閥后引入膨脹透平機(jī)進(jìn)行膨脹做功，高爐側(cè)的減壓閥組全關(guān)，轉(zhuǎn)換成的機(jī)械能直接通過(guò)高速離合器和高壓電動(dòng)機(jī)共同拖動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)PID自動(dòng)調(diào)節(jié)控制靜葉的開度，調(diào)節(jié)爐頂壓力，可使?fàn)t頂壓力穩(wěn)定在±3KPa以內(nèi)。經(jīng)透平機(jī)做完功的煤氣壓力最低降為7KPa，溫度最低降為70℃（透平機(jī)的出口壓力是根據(jù)低壓煤氣管網(wǎng)的壓力而變化的），這樣在正常運(yùn)行時(shí)，透平機(jī)將取代煤氣管網(wǎng)原有的減壓裝置，將損失在減壓裝置上的能量回收利用，最后通過(guò)出口插板閥和出口蝶閥送至低壓煤氣管網(wǎng)。

在進(jìn)、出口管道之間和透平機(jī)并列的安裝兩個(gè)旁通閥，在遇到異常需緊急停機(jī)時(shí)，快速切斷閥迅速關(guān)閉，將透平機(jī)快速和系統(tǒng)分離，旁通閥則快速打開確保高爐壓力正常停運(yùn)，將高爐壓力穩(wěn)定地切換至減壓裝置。同時(shí)，離合器的在線投入和切除，都不會(huì)影響高爐鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。當(dāng)透平機(jī)需要檢修時(shí)，將進(jìn)、出口插板閥關(guān)閉即可。工藝流程見圖1。

3 BEST同軸機(jī)組運(yùn)行工況及經(jīng)濟(jì)效益

BEST透平機(jī)自首次嚙合以來(lái)，工況運(yùn)行穩(wěn)定，推力瓦溫不超過(guò)43℃，軸振不超過(guò)30μm，軸承溫度小于70℃；高爐煤氣參數(shù)從壓力135KPa、溫度145℃降至壓力20KPa、溫度90℃；高爐爐頂壓力可穩(wěn)定控制在設(shè)定值的±3KPa以內(nèi)，為高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)及提高產(chǎn)量創(chuàng)造了有利的條件。

目前，從首次嚙合運(yùn)行至今，通過(guò)各表單記錄統(tǒng)計(jì)表明，高壓電機(jī)日耗電量可節(jié)約28%以上。

圖1 工藝流程圖

圖2 BPRT現(xiàn)場(chǎng)布置圖

圖3 BEST現(xiàn)場(chǎng)布置圖

4 BEST與BPRT同軸機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)比較

BEST與BPRT同軸機(jī)組技術(shù)均是將鼓風(fēng)機(jī)和煤氣透平機(jī)合并為同一系統(tǒng)，是高爐鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)與煤氣透平雙能源驅(qū)動(dòng)的能量回收機(jī)組。同軸機(jī)組裝置不消耗任何燃料，是消除鋼廠噪音污染無(wú)公害的最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備，可以代替減壓閥組調(diào)節(jié)、穩(wěn)定爐頂壓力，是煉鐵工序重要的節(jié)能措施之一。它使能量回收機(jī)組原有系統(tǒng)簡(jiǎn)化，取消發(fā)電機(jī)及發(fā)配電系統(tǒng)，合并自動(dòng)控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)等。同軸機(jī)組的離合器當(dāng)輸入端相對(duì)輸出端升速時(shí)，離合器自動(dòng)嚙合，煤氣透平回收的功率與電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)透平機(jī)故障或爐況不順、休風(fēng)及煤氣量不足時(shí)，輸入端相對(duì)輸出端降速時(shí)，離合器自動(dòng)將煤氣透平在線脫開，保證高爐的正常生產(chǎn)。煤氣透平機(jī)與高爐鼓風(fēng)機(jī)同軸運(yùn)行，使煤氣透平機(jī)機(jī)組回收的能量直接驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，避免能量轉(zhuǎn)換的損失，使電動(dòng)機(jī)降低電流達(dá)到節(jié)能的功效。但BEST同軸機(jī)組相對(duì)BPRT同軸機(jī)組技術(shù)優(yōu)越性在于它們的主機(jī)工藝及布置上的差別，BPRT同軸機(jī)組主機(jī)工藝布置為：電動(dòng)機(jī)+齒輪變速箱+高爐軸流壓縮機(jī)+變速離合器（齒輪增速箱與離合器的組合）+透平機(jī)，而BEST同軸機(jī)組主機(jī)工藝布置為：電動(dòng)機(jī)+齒輪變速箱+高爐軸流(或離心)壓縮機(jī)+離合器+透平機(jī)。兩者現(xiàn)場(chǎng)布置見圖2、圖3。

從現(xiàn)場(chǎng)布置圖可分析出BEST同軸機(jī)組技術(shù)優(yōu)越性：

（1）省去變速離合器中的齒輪增速箱，即BEST同軸機(jī)組當(dāng)透平機(jī)的轉(zhuǎn)速高于高爐鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后直接嚙合，而BPRT同軸機(jī)組當(dāng)透平機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)齒輪增速箱增速后轉(zhuǎn)速高于高爐鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后才直接嚙合，減少了能量在中間環(huán)節(jié)的損失。

同時(shí)，省去變速離合器中的齒輪增速箱，減少了占地面積；提高了其設(shè)備的適用性。因新增置的設(shè)備減少，施工時(shí)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用也會(huì)大大的降低。即可節(jié)約投資成本，達(dá)到了節(jié)能效果，更縮短了資金回收周期。

（2）BPRT采用徑向下方進(jìn)氣和排氣的傳統(tǒng)軸流壓縮機(jī)和余壓透平，缺點(diǎn)是布置方式為上、下兩層布局，土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用大，日常維護(hù)量大。而BEST采用“軸向進(jìn)氣，單層布局”技術(shù)和結(jié)構(gòu)，構(gòu)成同軸串聯(lián)單層布局，節(jié)約土建費(fèi)用，日常維護(hù)方便，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊合理。

(5)由于BEST技術(shù)采用軸向進(jìn)氣的方式，故高壓端無(wú)需軸封，只在低壓端設(shè)置軸封，而且是通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)軸封壓力，大大降低氮?dú)庥昧浚勺畲笙薅鹊慕档推渖a(chǎn)成本。

總之，BEST與BPRT機(jī)組相對(duì)比，效率更高，而且機(jī)組設(shè)計(jì)更緊湊，適應(yīng)場(chǎng)地比較緊張的場(chǎng)所，較BPRT機(jī)組有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)論

BEST透平機(jī)是我國(guó)首臺(tái)同軸系的高速透平機(jī)，自嚙合運(yùn)行以來(lái)各工況運(yùn)行穩(wěn)定，即回收了原本浪費(fèi)在減壓閥組上的能量，又大大降低了運(yùn)行的成本，達(dá)到了節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的目的。目前現(xiàn)階段，我國(guó)鋼鐵行業(yè)普遍處于低速發(fā)展時(shí)期，BEST透平機(jī)安裝時(shí)的通用性，更可以最大化地降低鋼鐵企業(yè)節(jié)能設(shè)備的投資和生產(chǎn)成本，是一項(xiàng)非常值得借鑒和推廣的技術(shù)。