夏世桐，張良斌

（江蘇永鋼集團(tuán)總工辦，江蘇張家港 215628）

1 概述

B P R T是將煤氣透平與電動(dòng)機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)高爐鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組的西文簡(jiǎn)稱(chēng)（Blast Furnace power Recovery Turbine）。具有鼓風(fēng)機(jī)向高爐送風(fēng)與煤氣透平回收爐頂煤氣壓力和熱能的兩方面功能。即將煤氣透平回收的能量作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過(guò)變速離合器直接補(bǔ)充到軸系上驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，從而降低電動(dòng)機(jī)的電耗。系統(tǒng)中取消了TRT的發(fā)電機(jī)及配套的發(fā)配電設(shè)備裝置，并合并了自動(dòng)控制控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氮?dú)馀c壓縮空氣系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)；保留鼓風(fēng)機(jī)的高壓供電系統(tǒng)、煤氣透平的大型閥門(mén)系統(tǒng)；新增了變速離合器。變速離合器會(huì)在透平轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/m i n后自動(dòng)嚙合上鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸軸系；轉(zhuǎn)速降低于3000r/m i n后，煤氣透平自動(dòng)脫開(kāi)軸系，暫時(shí)停止驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)；但不影響電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)向高爐送風(fēng)。B P R T中利用軸流壓縮機(jī)的靜葉調(diào)節(jié)高爐風(fēng)量、風(fēng)壓；利用煤氣透平靜葉調(diào)節(jié)高爐頂壓，煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能直接傳遞到機(jī)組軸系上做功。由于取消發(fā)電機(jī)與高壓配電設(shè)施可節(jié)省投資千萬(wàn)元以上、節(jié)省占地百平方米左右、減少操作人員7～8人。永鋼公司在升級(jí)轉(zhuǎn)型建設(shè)1080m3高爐時(shí)選擇了陜鼓集團(tuán)首創(chuàng)與創(chuàng)新的B P R T設(shè)備及裝置投用后機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能效果顯著、安全可靠。

2 B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置更合理與節(jié)電

先前的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置見(jiàn)圖1。

前期B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置從圖1可知煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能通過(guò)變速離合器傳遞到電動(dòng)機(jī)再通過(guò)增速箱與電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)軸流壓縮機(jī)，從而節(jié)約電動(dòng)機(jī)用電。先前的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置的特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞需通過(guò)兩個(gè)載體（電動(dòng)機(jī)與增速箱）達(dá)到鼓風(fēng)機(jī)，傳遞方向與電動(dòng)機(jī)傳遞方向一致。現(xiàn)在的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置有大改進(jìn)見(jiàn)圖2。

由圖2可知，配置上將煤氣透平的旋轉(zhuǎn)機(jī)械通過(guò)變速離合器直接傳遞到鼓風(fēng)機(jī)上，其特點(diǎn)是只通過(guò)一個(gè)載體（變速離合器）方向上與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形成一個(gè)合力，因此更合理與更節(jié)能。陜鼓集團(tuán)出品的B P R T機(jī)組運(yùn)行的噸鐵鼓風(fēng)耗電平均在42k W·h/t；比本公司內(nèi)部500～600m3高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電（扣除TRT發(fā)電后）還低5～7k W·h/t（一般情況是小高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電比較大高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電要低得多）。一座1080高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電每年可以節(jié)約600萬(wàn)k W·h。

圖1 前期的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置

圖2 現(xiàn)在的B P R T系統(tǒng)內(nèi)部配置

圖3 A V 63-14喘振監(jiān)視曲線

3 B P R T系統(tǒng)中的主機(jī)性能進(jìn)步且優(yōu)良

B P R T的技術(shù)進(jìn)步與節(jié)能離不開(kāi)系統(tǒng)中的主機(jī)性能的改善與技術(shù)進(jìn)步。

3.1 機(jī)組性能特點(diǎn)

陜鼓集團(tuán)B P R T系統(tǒng)中的主機(jī)A V 63-14（軸流壓縮機(jī)）性能曲線如圖3。

對(duì)主機(jī)A V 63-14現(xiàn)場(chǎng)判斷性能好壞標(biāo)準(zhǔn)：一是主機(jī)出口風(fēng)壓與風(fēng)量滿足高爐高產(chǎn)要求；二是在正常生產(chǎn)情況下、防喘振閥不打開(kāi)即不放風(fēng)這是鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備方面保證降低鼓風(fēng)耗電的關(guān)鍵性能（高爐方面降低鼓風(fēng)耗電的關(guān)鍵是降低燃料比從而降低噸鐵風(fēng)耗與降低送風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)）。這兩方面陜鼓A V 63-14風(fēng)機(jī)性能均好。除滿足高爐系數(shù)3.0生產(chǎn)要求外，在同一靜葉角度時(shí)，出口風(fēng)壓相對(duì)比別家高15k Pa左右。該機(jī)組在做喘振試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出靜葉角度比較大時(shí)不易喘振（如試驗(yàn)時(shí)靜葉60°角時(shí)不喘振）因此，機(jī)組投運(yùn)后高爐爐況正常時(shí)防喘振閥始終是處于關(guān)閉狀態(tài)，因而節(jié)電。

3.2 機(jī)組有關(guān)設(shè)置

對(duì)B P R T機(jī)組中軸流壓縮機(jī)與煤氣透平合理地設(shè)置“固定點(diǎn)”（死點(diǎn)）與準(zhǔn)確計(jì)算熱膨脹量、選擇合適的聯(lián)軸器。從而保障了機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行中軸振動(dòng)、軸位移遠(yuǎn)低于正常允許值，穩(wěn)定性好。

4 按變速離合器性能優(yōu)化配置與控制

變速離合器是軸流壓縮機(jī)與煤氣透平兩機(jī)組能有機(jī)結(jié)合的關(guān)鍵設(shè)備，它傳遞的能量一定需要滿足煤氣透平輸出能量，本機(jī)離合器為R e n t-M a a g額定傳遞功率7000k W，大于煤氣透平輸出功率5500k W；同時(shí)滿足煤氣透平轉(zhuǎn)速（3000r/m i n）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（5200r/m i n）不同的靈活變速和精確嚙合的要求，本機(jī)離合器高、低速軸的齒數(shù)分別為39齒（457.52）與 68齒（252.43），速比為 1.7436。

考慮熱脹、振動(dòng)、連接尺寸等因素，變速離合器安裝方面有專(zhuān)門(mén)的要求（如它的低速軸接煤氣透平、高速軸連接軸流壓縮機(jī)，按冷、熱態(tài)找正聯(lián)軸器的要求等）。

4.1 按變速器要求優(yōu)化機(jī)組控制之一

煤氣透平不設(shè)置機(jī)械超速保護(hù)（轉(zhuǎn)速在3350r/m i n左右是危急遮斷動(dòng)作，緊急停機(jī)），而在試車(chē)中試驗(yàn)轉(zhuǎn)速2700r/m i n是否自動(dòng)緊急停機(jī)，最終將在自動(dòng)控制中的2700r/m i n改為3240r/m i n做為電氣超速保護(hù)保留在安全控制中。其原因是變速離合器嚴(yán)禁空載試車(chē)（即其高速軸沒(méi)有與鼓風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸連接時(shí)）否則對(duì)變速離合器造成損壞。

當(dāng)然煤氣透平可以按常規(guī)設(shè)置機(jī)械超速保護(hù)，此時(shí)試車(chē)必須拆開(kāi)變速離合器與透平、鼓風(fēng)機(jī)兩方面的聯(lián)軸器的連接，明顯地試車(chē)中增加了聯(lián)軸器拆開(kāi)、連接的次數(shù)，延長(zhǎng)試車(chē)時(shí)間還影響聯(lián)軸器連接精確度。如果帶負(fù)荷做超速試驗(yàn)，此時(shí)透平轉(zhuǎn)速大大超過(guò)3000r/m i n，按變速離合器變速比例將使風(fēng)機(jī)超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，變速離合器也承受不了。

4.2 優(yōu)化機(jī)組控制之二

在自動(dòng)控制中對(duì)靜葉控制高爐爐頂壓力的關(guān)系中，增設(shè)調(diào)節(jié)升高頂壓的轉(zhuǎn)速設(shè)限，轉(zhuǎn)速接近3000轉(zhuǎn)時(shí)不得調(diào)節(jié)升高頂壓。其原因是TRT系統(tǒng)并網(wǎng)后機(jī)組接受電網(wǎng)控制，其轉(zhuǎn)速受電網(wǎng)穩(wěn)定地控制在3000r/m i n上，而現(xiàn)在是原TRT中的發(fā)動(dòng)機(jī)由變速離合器代替后無(wú)此功能。此設(shè)限，限制了因?yàn)樘岣唔攭赫{(diào)節(jié)關(guān)小靜葉角度影響轉(zhuǎn)速下降于3000轉(zhuǎn)時(shí)，離合器不嚙合，煤氣透平脫開(kāi)其旋轉(zhuǎn)機(jī)械能得不到回收情況。

4.3 優(yōu)化了B P R T機(jī)組試車(chē)程序

B P R T試車(chē)的程序是，采用備用風(fēng)機(jī)向高爐送風(fēng)待高爐正常、爐頂壓力到正常高水平時(shí)啟動(dòng)需要試車(chē)的B P R T機(jī)組（注意此鼓風(fēng)機(jī)不向高爐送風(fēng)），啟動(dòng)煤氣透平并升速，轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)置的電跳2700r/m i n透平是否緊急停機(jī)；再修改為設(shè)置電跳為3240r/m i n，重新對(duì)透平升速達(dá)到3000r/m i n時(shí)，觀察變速離合器是否嚙合，如鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流大幅度下降便表明嚙合很好。再檢查其他方面如正?？烧J(rèn)為該B P R T機(jī)組試車(chē)合格，再將備用鼓風(fēng)機(jī)切換到該B P R T機(jī)組的軸流壓縮機(jī)。如果透平設(shè)置機(jī)械超速保護(hù)（危急保安器）試車(chē)時(shí)必須先脫開(kāi)變速離合器試驗(yàn)完成機(jī)械超速保護(hù)后，再將離合器兩側(cè)分別與風(fēng)機(jī)、透平聯(lián)軸器安裝好后試驗(yàn)離合器的嚙合功能。

陜鼓B P R T不設(shè)置超速保護(hù)（危急保安器）保留設(shè)置電氣超速保護(hù)（3240r/m i n），試車(chē)時(shí)試驗(yàn)2700r/m i n是否動(dòng)作，簡(jiǎn)化了試車(chē)過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

B P R T技術(shù)經(jīng)陜鼓集團(tuán)與用戶(hù)的共同努力，在機(jī)組內(nèi)部配置、優(yōu)化軸流壓縮機(jī)及煤氣透平性能、消化老外的變速離合器技術(shù)、多方面優(yōu)化控制程序等促使1080m3高爐噸鐵鼓風(fēng)耗電降低至42k W·h先進(jìn)水平，且低于中小高爐噸鐵耗電量水平，節(jié)電效果顯著。

[1]本書(shū)編輯委員會(huì).鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排新技術(shù)5000問(wèn)（煉鐵分冊(cè)）[M].北京：中國(guó)科技出版社，2009.253-254.