B P R T的技术进步与节能

夏世桐，张良斌

（江苏永钢集团总工办，江苏张家港 215628）

1 概述

B P R T是将煤气透平与电动机同轴驱动高炉鼓风机机组的西文简称（Blast Furnace power Recovery Turbine）。具有鼓风机向高炉送风与煤气透平回收炉顶煤气压力和热能的两方面功能。即将煤气透平回收的能量作为旋转机械能通过变速离合器直接补充到轴系上驱动鼓风机，从而降低电动机的电耗。系统中取消了TRT的发电机及配套的发配电设备装置，并合并了自动控制控制系统、润滑油系统、动力油系统、冷却水系统、氮气与压缩空气系统、低压配电系统；保留鼓风机的高压供电系统、煤气透平的大型阀门系统；新增了变速离合器。变速离合器会在透平转速达到3000r/m i n后自动啮合上鼓风机转轴轴系；转速降低于3000r/m i n后，煤气透平自动脱开轴系，暂时停止驱动鼓风机；但不影响电动机驱动鼓风机向高炉送风。B P R T中利用轴流压缩机的静叶调节高炉风量、风压；利用煤气透平静叶调节高炉顶压，煤气透平的旋转机械能直接传递到机组轴系上做功。由于取消发电机与高压配电设施可节省投资千万元以上、节省占地百平方米左右、减少操作人员7～8人。永钢公司在升级转型建设1080m3高炉时选择了陕鼓集团首创与创新的B P R T设备及装置投用后机组运行平稳、节能效果显著、安全可靠。

2 B P R T系统内部配置更合理与节电

先前的B P R T系统内部配置见图1。

前期B P R T系统内部配置从图1可知煤气透平的旋转机械能通过变速离合器传递到电动机再通过增速箱与电动机联合驱动轴流压缩机，从而节约电动机用电。先前的B P R T系统内部配置的特点是旋转机械能传递需通过两个载体（电动机与增速箱）达到鼓风机，传递方向与电动机传递方向一致。现在的B P R T系统内部配置有大改进见图2。

由图2可知，配置上将煤气透平的旋转机械通过变速离合器直接传递到鼓风机上，其特点是只通过一个载体（变速离合器）方向上与电动机驱动形成一个合力，因此更合理与更节能。陕鼓集团出品的B P R T机组运行的吨铁鼓风耗电平均在42k W·h/t；比本公司内部500～600m3高炉吨铁鼓风耗电（扣除TRT发电后）还低5～7k W·h/t（一般情况是小高炉吨铁鼓风耗电比较大高炉吨铁鼓风耗电要低得多）。一座1080高炉吨铁鼓风耗电每年可以节约600万k W·h。

图1 前期的B P R T系统内部配置

图2 现在的B P R T系统内部配置

图3 A V 63-14喘振监视曲线

3 B P R T系统中的主机性能进步且优良

B P R T的技术进步与节能离不开系统中的主机性能的改善与技术进步。

3.1 机组性能特点

陕鼓集团B P R T系统中的主机A V 63-14（轴流压缩机）性能曲线如图3。

对主机A V 63-14现场判断性能好坏标准：一是主机出口风压与风量满足高炉高产要求；二是在正常生产情况下、防喘振阀不打开即不放风这是鼓风机设备方面保证降低鼓风耗电的关键性能（高炉方面降低鼓风耗电的关键是降低燃料比从而降低吨铁风耗与降低送风系统漏风）。这两方面陕鼓A V 63-14风机性能均好。除满足高炉系数3.0生产要求外，在同一静叶角度时，出口风压相对比别家高15k Pa左右。该机组在做喘振试验时表现出静叶角度比较大时不易喘振（如试验时静叶60°角时不喘振）因此，机组投运后高炉炉况正常时防喘振阀始终是处于关闭状态，因而节电。

3.2 机组有关设置

对B P R T机组中轴流压缩机与煤气透平合理地设置“固定点”（死点）与准确计算热膨胀量、选择合适的联轴器。从而保障了机组在高负荷运行中轴振动、轴位移远低于正常允许值，稳定性好。

4 按变速离合器性能优化配置与控制

变速离合器是轴流压缩机与煤气透平两机组能有机结合的关键设备，它传递的能量一定需要满足煤气透平输出能量，本机离合器为R e n t-M a a g额定传递功率7000k W，大于煤气透平输出功率5500k W；同时满足煤气透平转速（3000r/m i n）风机转速（5200r/m i n）不同的灵活变速和精确啮合的要求，本机离合器高、低速轴的齿数分别为39齿（457.52）与 68齿（252.43），速比为 1.7436。

考虑热胀、振动、连接尺寸等因素，变速离合器安装方面有专门的要求（如它的低速轴接煤气透平、高速轴连接轴流压缩机，按冷、热态找正联轴器的要求等）。

4.1 按变速器要求优化机组控制之一

煤气透平不设置机械超速保护（转速在3350r/m i n左右是危急遮断动作，紧急停机），而在试车中试验转速2700r/m i n是否自动紧急停机，最终将在自动控制中的2700r/m i n改为3240r/m i n做为电气超速保护保留在安全控制中。其原因是变速离合器严禁空载试车（即其高速轴没有与鼓风机传动轴连接时）否则对变速离合器造成损坏。

当然煤气透平可以按常规设置机械超速保护，此时试车必须拆开变速离合器与透平、鼓风机两方面的联轴器的连接，明显地试车中增加了联轴器拆开、连接的次数，延长试车时间还影响联轴器连接精确度。如果带负荷做超速试验，此时透平转速大大超过3000r/m i n，按变速离合器变速比例将使风机超额定转速运行，变速离合器也承受不了。

4.2 优化机组控制之二

在自动控制中对静叶控制高炉炉顶压力的关系中，增设调节升高顶压的转速设限，转速接近3000转时不得调节升高顶压。其原因是TRT系统并网后机组接受电网控制，其转速受电网稳定地控制在3000r/m i n上，而现在是原TRT中的发动机由变速离合器代替后无此功能。此设限，限制了因为提高顶压调节关小静叶角度影响转速下降于3000转时，离合器不啮合，煤气透平脱开其旋转机械能得不到回收情况。

4.3 优化了B P R T机组试车程序

B P R T试车的程序是，采用备用风机向高炉送风待高炉正常、炉顶压力到正常高水平时启动需要试车的B P R T机组（注意此鼓风机不向高炉送风），启动煤气透平并升速，转速达到设置的电跳2700r/m i n透平是否紧急停机；再修改为设置电跳为3240r/m i n，重新对透平升速达到3000r/m i n时，观察变速离合器是否啮合，如鼓风机的驱动电机电流大幅度下降便表明啮合很好。再检查其他方面如正常可认为该B P R T机组试车合格，再将备用鼓风机切换到该B P R T机组的轴流压缩机。如果透平设置机械超速保护（危急保安器）试车时必须先脱开变速离合器试验完成机械超速保护后，再将离合器两侧分别与风机、透平联轴器安装好后试验离合器的啮合功能。

陕鼓B P R T不设置超速保护（危急保安器）保留设置电气超速保护（3240r/m i n），试车时试验2700r/m i n是否动作，简化了试车过程。

5 结束语

B P R T技术经陕鼓集团与用户的共同努力，在机组内部配置、优化轴流压缩机及煤气透平性能、消化老外的变速离合器技术、多方面优化控制程序等促使1080m3高炉吨铁鼓风耗电降低至42k W·h先进水平，且低于中小高炉吨铁耗电量水平，节电效果显著。

[1]本书编辑委员会.钢铁工业节能减排新技术5000问（炼铁分册）[M].北京：中国科技出版社，2009.253-254.