AV71—16同軸能量回收機組應用介紹

摘 要：1780m3高爐配套的同軸能量回收機組，是目前國內投運的最大的同軸機組，高效的回收了高爐煤氣的余壓余能，是冶金企業節能裝置應用的典范。

關鍵詞：同軸；軸流壓縮機；節能；能量回收

隨著國家節能減排政策的落實，國內大型及中小型鋼鐵企業的節能減排形勢嚴峻。由于鋼鐵行業的不景氣，加劇了鋼鐵企業之間的競爭。近年來，鋼鐵企業擴能增產新上高爐的同時，已經考慮配置煉鐵工藝流程中的節能減排裝置。威遠鋼鐵有限公司新建兩座1780m3高爐，采用兩套同軸能量回收機組同時給兩座高爐供風，一套電拖AV71-16軸流壓縮機為備用風機，三套機組共用一個風機廠房。三套機組采用軸向布置的方案，極大的節約了廠房的占地面積，同時也節約了項目的投資成本。同軸機組配置軸流壓縮機為AV71-16，煤氣透平膨脹機為MPG14.2，是目前投運同軸能量回收機組中最大的，機組投運以來，運轉平穩、安全，各項性能指標均達到設計要求，節能效果明顯。

1 同軸能量回收機組工藝流程

煤氣透平膨脹機與電動機同軸驅動的高爐鼓風機組稱為能量回收機組，簡稱（BPRT）。機組主要設備為煤氣透平膨脹機、變速離合器、軸流壓縮機、齒輪箱、電動機，機組采用地上平臺布置。通過利用高爐煉鐵副產高爐煤氣的壓力與下游用戶壓力的壓差、溫差所具有的能量，通過煤氣膨脹機回收一部分能量，膨脹機通過變速離合器連接到軸流壓縮機一端，另一端通過齒輪箱連接到電機端，軸流壓縮機同時被電機和煤氣透平膨脹機共同驅動，從而降低了電機的軸功率，節約了電能。同軸機組是高爐鼓風機組和高爐煤氣余壓透平發電裝置的二合一機組，省去了煤氣余壓發電裝置的一套并網發電系統，機組整體投資更加節約；透平膨脹機直接將動能轉化為了機械能，減少了煤氣余壓發電裝置發電機能量轉化的損失，同軸機組的節能效果更加明顯。

2 同軸能量回收機組布置

同軸能量回收機組采用地上平臺布置，嚴禁地下或半地下布置。可以采用室內布置或室外（露天）布置。多臺機組可分開單獨布置或者同時布置在一個風機房內，威遠鋼鐵為兩套同軸能量回收機組和一套電拖備用鼓風機組共用一個廠房。同軸機組裝置應有滿足機組大修的檢修空間，廠房內機組與廠房的內墻凈距不宜小于1.5m。機組平臺的安全出口不應少于兩個，保證緊急情況下的安全通暢。廠房內地坪標高應高出周圍室外地坪標高0.3m以上。裝置區域應有設備安全、檢修維護及消防用車通道。消防車道的設置應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GB50016的有關規定。煤氣管道系統設計、布置應符合國家標準《工業企業煤氣安全規程》GB6222的有關規定。機組平臺的設備布置詳見圖1。

3 同軸能量回收機組工藝參數

AV71-16軸流壓縮機進口溫度為16℃，排氣溫度為216℃，進口風量為4352Nm3/min，進口壓力為0.0925MPa（A），出口壓力為0.5MPa （A），工作轉速4550r/min；煤氣透平機為MPG14.2-294.5/150，進口溫度為150℃，進口流量為335000Nm3/h，出口壓力為11KPa，工作轉速為3000r/min，煤氣含塵量≤10mg/m3。電機額定電壓為10KV，額定電流為1719A，額定轉速為1496r/min，絕緣等級為F，冷卻形式為上水冷；自潔式空氣過濾器后空氣含塵量≤1.5mg/m3，含塵粒度≤3um。

4 同軸能量回收機組輔機系統

4.1 高爐冷風管道系統

空氣經過自潔式空氣過濾器進入軸流壓縮機，經過壓縮后，將壓力為0.5MPa（A）壓縮空氣送入高爐冷風管道母管。川威鋼鐵用戶為兩座高爐配套兩套同軸機組及一套備用電動鼓風機組，在冷風管道常規配置中（止回閥、電動送風閥、防喘振閥、排氣消聲器、放空消聲器）中增加了撥風系統，冷風管道中增加了兩臺配風閥及撥風閥組，這是區別于常規冷風管道的一個特例。從而實現了三套機組可以給任意一座高爐送風的功能。

4.2 煤氣管道系統

煤氣管道系統主要由進出口蝶閥、插板閥、快速切斷閥、電動均勻蝶閥、旁通液壓閥及威力巴流量計組成。煤氣管道的入口管道接至高爐減壓閥組的前端，透平機煤氣管道出口接至減壓閥組的后端，同軸機組正常運轉的時候，高爐頂壓的控制由同軸機組的煤氣透平膨脹機控制，通過調節膨脹機靜葉開度控制高爐頂壓，精度可以達±3KPa；機組如遇到故障后高爐頂壓由減壓閥組控制。這也是同軸機組先進的控制系統的體現。煤氣管道溫度高達150℃，根據煤氣管道的走向，在合適的位置增加波紋補償器，吸收管道熱脹產生的位移，保證機組的安全運行。由于高爐煤氣中會有少量的水分，所以在煤氣管道出口還要設置煤氣排水器，保證多余的水份及時排出。煤氣管道的腐蝕裕量應≥2mm，為了降低管道局部阻力管道彎頭的半徑最好為1.5DN。進口煤氣管道與地面的凈距≤6m時，應選用全封閉式眼鏡閥。

4.3 潤滑油系統

潤滑油站由兩臺電動油泵、一臺直流事故泵、油箱、高位油箱、雙聯板式油冷卻器、雙聯油過濾器、排煙風機、電加熱器等組成。系統同時向透平主機和發電機及軸流壓縮機提供潤滑油，保證機組啟動、運行、停機等正常工況和事故狀態下的軸承潤滑用油。系統設置有一次、二次儀表，對油壓、油溫、油位等參數進行測量，配套儀表數量及規格除能滿足現場運行狀況監測，同時也能提供信號進入自控系統以滿足集中監控的要求。

4.4 液壓伺服控制系統

主要由動力油站和液壓閥臺組成，系統根據機組自控系統的指令，準確及時的控制軸流壓縮機的風量、風壓、透平轉速、爐頂壓力等。控制對象為軸流壓縮機的靜葉可調機構和透平兩級靜葉可調機構，旁通快開閥、快切閥液壓控制系統。伺服控制閥帶液壓鎖，保證機組安全運行。液壓系統所有設備的清潔度出廠時應達到NAS1638-8級清潔度標準要求。

4.5 氮氣密封系統

主要由氣動薄膜調節閥、止回閥、截止閥及球閥組成；由于煤氣透平介質為高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，氮氣密封系統保證了高爐煤氣不向外泄露。氮氣氣源壓力一般為0.3～0.4MPa，氮氣耗量≤60m3/h，高壓氮氣經氣動薄膜調節閥調壓后氮氣壓力高于被密封的煤氣壓力0.01～0.03MPa左右，保證煤氣不向外界泄露。

4.6 冷卻水系統

主要由閥門、管道、流量計等組成，給潤滑油站、動力油站的油冷卻器，發電機空冷器提供冷卻水。冷卻水量每套BPRT機組≤600m3/h，同時提供相應一次儀表，包括溫度、壓力、流量檢測裝置。

4.7 自控系統

機組自控系統為滿足高爐供風工藝的需要，保證高爐頂壓的穩定控制，系統采用西門子S7-414H冗余控制系統，實現機組所必須的過程控制、邏輯控制和過程監視功能。操作站具有工程師編程功能及操作員操作功能。控制系統CPU、電源、總線采用冗余配置，系統軟硬件性能可靠，完成對機組的所有數據采集、儲存、過程調節、機組保護的功能。

5 結束語

1780m3高爐同軸能量回收機組比單個機組節約約25%的投資，占地面積小，能夠回收高爐鼓風機30%左右的能耗，在冶金企業中節能效果明顯，經濟效益可觀，符合國家節能減排政策的要求。

參考文獻

[1]GB50584-2010.煤氣余壓發電裝置技術規范[S].

[2]GB6222-2005.工業企業煤氣安全規程[S].

[3]GB50016-2014.建筑設計防火規范[S].

[4]GB/T28246-2012.高爐煤氣能量回收透平膨脹機[S].

作者簡介：張建明（1981-），男，工程師，主要從事冶金工藝流程研究及工藝管道設計工作。