BPRT鼓风机组在高炉炼铁的应用

张 晓，张灵通，王举强

（山东西王特钢有限公司，山东 滨州 256209）

经验交流

BPRT鼓风机组在高炉炼铁的应用

张 晓，张灵通，王举强

（山东西王特钢有限公司，山东 滨州 256209）

简述了高炉BPRT鼓风机组的工作原理，系统由高炉鼓风机、煤气透平机、电控系统、润滑动力系统及软件监控等组成。系统投入运行后，高炉高压鼓风机运行电流由900 A减小为400 A，吨铁节约成本8.7元，提高能源利用率4.2%左右。

高炉；BPRT鼓风机；透平机

1 前言

鼓风机是实现高炉鼓风的重点设备，其作用是根据炉况的需要，不断给高炉吹入一定压力和流量的风量，以保障高炉中燃烧的焦炭和喷吹的燃料所需要的氧气，克服料柱的阻力，确保炉顶保持一定的炉顶压力[1]。可见，鼓风机是高炉的心脏和动力所在。因高炉鼓风系统所耗用的能量相当大，随着高炉的发展和节能环保的应用，高炉鼓风系统不断优化，节约了大量能源，逐渐形成了TRT和BPRT两大系统。本文主要介绍BPRT系统在高炉炼铁方面的应用。

2 BPRT系统构成

BPRT是指煤气透平与电机同轴驱动的高炉鼓风能量回收成套机组。该机组将高炉鼓风机和高炉煤气余压回收透平装置串联在同一轴系上，充分利用以往高炉减压阀组浪费掉的煤气余压余热能量，使其通过煤气透平机做功转化为机械能，并将此部分能量直接补充到高炉鼓风机中，避免了能量转换中的损失，使驱动鼓风机的电机电流大为降低，从而达到节能的效果[2]。BPRT机组原理见图1。

图1 BPRT机组原理

BPRT成套机组不但节约了设备占地空间和资金投入，而且有效解决了煤气能源再利用和环保问题，提高了能量回收的效率，经济效益可观，在高炉炼铁行业得到快速推广，具有广阔的应用前景。

BPRT系统主要由10个子系统组成：鼓风机系统、透平机能量回收系统、高精度炉顶智能稳压系统、输配管网与大型阀门系统、自动化仪表控制系统、高低压电气系统、液压伺服控制系统、润滑油控制系统、氮气密封系统、冷却水系统。

2.1 硬件组成

1）高炉鼓风机。BPRT的核心部件为鼓风机，为离心式静叶可调式，在电动机的带动下叶轮高速旋转，产生离心力，使得出口处的煤气压力和动力都大为提高，从而将煤气输送到更高或更远处。鼓风机送风的风量和风压要随着高炉的炉况不同而随时调节，主要靠静叶来完成。静叶开度调大时，风量增大，压比上升，效率提高；静叶开度调小时，风量减小，压比下降，效率降低。静叶的调节范围要在防止风机产生喘振的范围之内。

鼓风机配套三相高压交流异步电动机功率为18 000 kW，大容量电动机直接启动会造成电网电压下降，影响其他设备的正常运行，也会造成电动机定子发热烧毁。采用软启动方式，选择固态软启动，摒弃了原先工矿、钢铁企业所经常使用的液态软启动方式。相比而言，固态软启动采用智能化控制，具有限压、限流等多种保护功能，体积小，维护量低，运行可靠。电机在启动前，软起装置首先进行设置，各项参数正常，具备投运条件。电机启动后，随着电阻值的减小而逐步升速，励磁柜中的检测装置检测到电动机的转速到达额定转速的90%以上时，投全压信号发出，高压柜切换合闸，同时将软起装置切除，电动机继续升速至额定转速运行，整个启动过程完成。

2）煤气透平机。透平机是将煤气中蕴含的动能转换成机械能的一种机械[3]。透平机的主要部件为转子叶轮，转子叶轮均匀排列安装在透平机转轴上。当煤气介质流过透平机时，冲击叶轮旋转做功，透平机通过传动机构与鼓风机相连，为鼓风机的旋转提供了部分能量，降低了驱动电机的电流，达到节约能源的目的。煤气透平机的投入，节能效果显著。鼓风机电流由900 A减小为400 A。

3）高低压电气系统。鼓风机配套电动机功率为18 000 kW，电机均按10 kV电压等级设计和制造。高压系统由软启动回路和旁路运行回路组成，低压系统主要为低压辅助设备、自控PLC系统等提供动力电源。因涉及较多的高压回路和接插柜，高压系统操作繁杂，任何失误都可能导致电机启动失败，故高低压系统是BPRT机组的重点动力系统。

4）自动化控制系统。BPRT机组的运行过程中，需要对煤气系统、润滑系统、高低压电气系统、电动机轴温和振动、鼓风机油温和振动、透平机振动、循环水温度流速等参数进行一一监控。自动化PLC控制系统采用西门子S7-400冗余系统进行总设计，一方面完成BPRT机组的整体操作运行，另一方面对各类运行参数进行实时监控，随时发出各类报警和保护信号。当PLC模块出现故障问题时，自动切换到冗余系统继续运行，保障了高炉鼓风系统的安全稳定可靠运行。

5）润滑和动力辅助系统。润滑系统由润滑油站为鼓风机组提供润滑油。油站采用2台电动油泵，2台泵互为备用。采用双联冷却器和过滤器，1用1备。动力油系统由动力油站为鼓风机静叶可调装置中的伺服马达提供所需的动力油。油站是选用2台恒压变量轴向柱塞泵，2台泵互为备用，配有2台滤油器和1台冷油器。选用2台蓄能器，以便在突然停电时，将静叶关至最小角度。

2.2 BPRT系统软件监控与保护

BPRT后台监控系统主要有以下几个界面：总监控界面、煤气系统界面、润滑动力系统界面、故障报警界面、数据记录查询界面。操作人员需要实时监控系统的整体运行，根据高炉生产调度指令，做出加风、减风、稳压等操作流程。对于遇到的故障报警等情况，随时汇报生产调度人员，并紧急处理。

3 结语

BPRT机组的投运，不仅做到了对高炉煤气的能量回收，而且降低了煤气输送管网的流动噪声，提高了高炉的冶炼强度和产量，减少了废弃物的排放，进一步提高了能源利用率[4]。系统投入运行后，高炉高压鼓风机运行电流由900 A减小为400 A左右，吨铁节约成本8.7元，节电效果显著。高炉煤气经透平机做功后进入后续管网，相比于直接经减压阀组减压来讲，提高能源利用率4.2%左右，节能效果显著。

[1]范广权.高炉炼铁操作[M].北京：冶金工业出版社，2008

[2]柳黎光，盛钢，孙鸿声.同轴BPRT系统技术的探索与展望[J].通用机械，2007（4）：37-40.

[3]陆安定.电动机节能改造使用手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000.

[4]张海庆，吕振，侯士亮.高炉鼓风机同轴机组运行与节能分析[J].风机技术，2009（3）：58-59.

TF321.8

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1004-4620（2015）04-0076-02

2015-05-06

张晓，男，1983年生，2006年毕业于山东大学控制理论与控制工程专业。现为山东西王特钢有限公司电炉一厂电气主任，从事电气管理工作。