BPRT鼓風機組在高爐煉鐵的應用

張 曉，張靈通，王舉強

（山東西王特鋼有限公司，山東 濱州 256209）

經驗交流

BPRT鼓風機組在高爐煉鐵的應用

張 曉，張靈通，王舉強

（山東西王特鋼有限公司，山東 濱州 256209）

簡述了高爐BPRT鼓風機組的工作原理，系統由高爐鼓風機、煤氣透平機、電控系統、潤滑動力系統及軟件監控等組成。系統投入運行后，高爐高壓鼓風機運行電流由900 A減小為400 A，噸鐵節約成本8.7元，提高能源利用率4.2%左右。

高爐；BPRT鼓風機；透平機

1 前言

鼓風機是實現高爐鼓風的重點設備，其作用是根據爐況的需要，不斷給高爐吹入一定壓力和流量的風量，以保障高爐中燃燒的焦炭和噴吹的燃料所需要的氧氣，克服料柱的阻力，確保爐頂保持一定的爐頂壓力[1]。可見，鼓風機是高爐的心臟和動力所在。因高爐鼓風系統所耗用的能量相當大，隨著高爐的發展和節能環保的應用，高爐鼓風系統不斷優化，節約了大量能源，逐漸形成了TRT和BPRT兩大系統。本文主要介紹BPRT系統在高爐煉鐵方面的應用。

2 BPRT系統構成

BPRT是指煤氣透平與電機同軸驅動的高爐鼓風能量回收成套機組。該機組將高爐鼓風機和高爐煤氣余壓回收透平裝置串聯在同一軸系上，充分利用以往高爐減壓閥組浪費掉的煤氣余壓余熱能量，使其通過煤氣透平機做功轉化為機械能，并將此部分能量直接補充到高爐鼓風機中，避免了能量轉換中的損失，使驅動鼓風機的電機電流大為降低，從而達到節能的效果[2]。BPRT機組原理見圖1。

圖1 BPRT機組原理

BPRT成套機組不但節約了設備占地空間和資金投入，而且有效解決了煤氣能源再利用和環保問題，提高了能量回收的效率，經濟效益可觀，在高爐煉鐵行業得到快速推廣，具有廣闊的應用前景。

BPRT系統主要由10個子系統組成：鼓風機系統、透平機能量回收系統、高精度爐頂智能穩壓系統、輸配管網與大型閥門系統、自動化儀表控制系統、高低壓電氣系統、液壓伺服控制系統、潤滑油控制系統、氮氣密封系統、冷卻水系統。

2.1 硬件組成

1）高爐鼓風機。BPRT的核心部件為鼓風機，為離心式靜葉可調式，在電動機的帶動下葉輪高速旋轉，產生離心力，使得出口處的煤氣壓力和動力都大為提高，從而將煤氣輸送到更高或更遠處。鼓風機送風的風量和風壓要隨著高爐的爐況不同而隨時調節，主要靠靜葉來完成。靜葉開度調大時，風量增大，壓比上升，效率提高；靜葉開度調小時，風量減小，壓比下降，效率降低。靜葉的調節范圍要在防止風機產生喘振的范圍之內。

鼓風機配套三相高壓交流異步電動機功率為18 000 kW，大容量電動機直接啟動會造成電網電壓下降，影響其他設備的正常運行，也會造成電動機定子發熱燒毀。采用軟啟動方式，選擇固態軟啟動，摒棄了原先工礦、鋼鐵企業所經常使用的液態軟啟動方式。相比而言，固態軟啟動采用智能化控制，具有限壓、限流等多種保護功能，體積小，維護量低，運行可靠。電機在啟動前，軟起裝置首先進行設置，各項參數正常，具備投運條件。電機啟動后，隨著電阻值的減小而逐步升速，勵磁柜中的檢測裝置檢測到電動機的轉速到達額定轉速的90%以上時，投全壓信號發出，高壓柜切換合閘，同時將軟起裝置切除，電動機繼續升速至額定轉速運行，整個啟動過程完成。

2）煤氣透平機。透平機是將煤氣中蘊含的動能轉換成機械能的一種機械[3]。透平機的主要部件為轉子葉輪，轉子葉輪均勻排列安裝在透平機轉軸上。當煤氣介質流過透平機時，沖擊葉輪旋轉做功，透平機通過傳動機構與鼓風機相連，為鼓風機的旋轉提供了部分能量，降低了驅動電機的電流，達到節約能源的目的。煤氣透平機的投入，節能效果顯著。鼓風機電流由900 A減小為400 A。

3）高低壓電氣系統。鼓風機配套電動機功率為18 000 kW，電機均按10 kV電壓等級設計和制造。高壓系統由軟啟動回路和旁路運行回路組成，低壓系統主要為低壓輔助設備、自控PLC系統等提供動力電源。因涉及較多的高壓回路和接插柜，高壓系統操作繁雜，任何失誤都可能導致電機啟動失敗，故高低壓系統是BPRT機組的重點動力系統。

4）自動化控制系統。BPRT機組的運行過程中，需要對煤氣系統、潤滑系統、高低壓電氣系統、電動機軸溫和振動、鼓風機油溫和振動、透平機振動、循環水溫度流速等參數進行一一監控。自動化PLC控制系統采用西門子S7-400冗余系統進行總設計，一方面完成BPRT機組的整體操作運行，另一方面對各類運行參數進行實時監控，隨時發出各類報警和保護信號。當PLC模塊出現故障問題時，自動切換到冗余系統繼續運行，保障了高爐鼓風系統的安全穩定可靠運行。

5）潤滑和動力輔助系統。潤滑系統由潤滑油站為鼓風機組提供潤滑油。油站采用2臺電動油泵，2臺泵互為備用。采用雙聯冷卻器和過濾器，1用1備。動力油系統由動力油站為鼓風機靜葉可調裝置中的伺服馬達提供所需的動力油。油站是選用2臺恒壓變量軸向柱塞泵，2臺泵互為備用，配有2臺濾油器和1臺冷油器。選用2臺蓄能器，以便在突然停電時，將靜葉關至最小角度。

2.2 BPRT系統軟件監控與保護

BPRT后臺監控系統主要有以下幾個界面：總監控界面、煤氣系統界面、潤滑動力系統界面、故障報警界面、數據記錄查詢界面。操作人員需要實時監控系統的整體運行，根據高爐生產調度指令，做出加風、減風、穩壓等操作流程。對于遇到的故障報警等情況，隨時匯報生產調度人員，并緊急處理。

3 結語

BPRT機組的投運，不僅做到了對高爐煤氣的能量回收，而且降低了煤氣輸送管網的流動噪聲，提高了高爐的冶煉強度和產量，減少了廢棄物的排放，進一步提高了能源利用率[4]。系統投入運行后，高爐高壓鼓風機運行電流由900 A減小為400 A左右，噸鐵節約成本8.7元，節電效果顯著。高爐煤氣經透平機做功后進入后續管網，相比于直接經減壓閥組減壓來講，提高能源利用率4.2%左右，節能效果顯著。

[1]范廣權.高爐煉鐵操作[M].北京：冶金工業出版社，2008

[2]柳黎光，盛鋼，孫鴻聲.同軸BPRT系統技術的探索與展望[J].通用機械，2007（4）：37-40.

[3]陸安定.電動機節能改造使用手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2000.

[4]張海慶，呂振，侯士亮.高爐鼓風機同軸機組運行與節能分析[J].風機技術，2009（3）：58-59.

TF321.8

B

1004-4620（2015）04-0076-02

2015-05-06

張曉，男，1983年生，2006年畢業于山東大學控制理論與控制工程專業。現為山東西王特鋼有限公司電爐一廠電氣主任，從事電氣管理工作。