AV71―16同轴能量回收机组应用介绍

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摘 要：1780m3高炉配套的同轴能量回收机组，是目前国内投运的最大的同轴机组，高效的回收了高炉煤气的余压余能，是冶金企业节能装置应用的典范。

关键词：同轴；轴流压缩机；节能；能量回收

随着国家节能减排政策的落实，国内大型及中小型钢铁企业的节能减排形势严峻。由于钢铁行业的不景气，加剧了钢铁企业之间的竞争。近年来，钢铁企业扩能增产新上高炉的同时，已经考虑配置炼铁工艺流程中的节能减排装置。威远钢铁有限公司新建两座1780m3高炉，采用两套同轴能量回收机组同时给两座高炉供风，一套电拖av71-16轴流压缩机为备用风机，三套机组共用一个风机厂房。三套机组采用轴向布置的方案，极大的节约了厂房的占地面积，同时也节约了项目的投资成本。同轴机组配置轴流压缩机为AV71-16，煤气透平膨胀机为MPG14.2，是目前投运同轴能量回收机组中最大的，机组投运以来，运转平稳、安全，各项性能指标均达到设计要求，节能效果明显。

1 同轴能量回收机组工艺流程

煤气透平膨胀机与电动机同轴驱动的高炉鼓风机组称为能量回收机组，简称（BPRT）。机组主要设备为煤气透平膨胀机、变速离合器、轴流压缩机、齿轮箱、电动机，机组采用地上平台布置。通过利用高炉炼铁副产高炉煤气的压力与下游用户压力的压差、温差所具有的能量，通过煤气膨胀机回收一部分能量，膨胀机通过变速离合器连接到轴流压缩机一端，另一端通过齿轮箱连接到电机端，轴流压缩机同时被电机和煤气透平膨胀机共同驱动，从而降低了电机的轴功率，节约了电能。同轴机组是高炉鼓风机组和高炉煤气余压透平发电装置的二合一机组，省去了煤气余压发电装置的一套并网发电系统，机组整体投资更加节约；透平膨胀机直接将动能转化为了机械能，减少了煤气余压发电装置发电机能量转化的损失，同轴机组的节能效果更加明显。

2 同轴能量回收机组布置

同轴能量回收机组采用地上平台布置，严禁地下或半地下布置。可以采用室内布置或室外（露天）布置。多台机组可分开单独布置或者同时布置在一个风机房内，威远钢铁为两套同轴能量回收机组和一套电拖备用鼓风机组共用一个厂房。同轴机组装置应有满足机组大修的检修空间，厂房内机组与厂房的内墙净距不宜小于1.5m。机组平台的安全出口不应少于两个，保证紧急情况下的安全通畅。厂房内地坪标高应高出周围室外地坪标高0.3m以上。装置区域应有设备安全、检修维护及消防用车通道。消防车道的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。煤气管道系统设计、布置应符合国家标准《工业企业煤气安全规程》GB6222的有关规定。机组平台的设备布置详见图1。

3 同轴能量回收机组工艺参数

AV71-16轴流压缩机进口温度为16℃，排气温度为216℃，进口风量为4352Nm3/min，进口压力为0.0925MPa（A），出口压力为0.5MPa （A），工作转速4550r/min；煤气透平机为MPG14.2-294.5/150，进口温度为150℃，进口流量为335000Nm3/h，出口压力为11KPa，工作转速为3000r/min，煤气含尘量≤10mg/m3。电机额定电压为10KV，额定电流为1719A，额定转速为1496r/min，绝缘等级为F，冷却形式为上水冷；自洁式空气过滤器后空气含尘量≤1.5mg/m3，含尘粒度≤3um。

4 同轴能量回收机组辅机系统

4.1 高炉冷风管道系统

空气经过自洁式空气过滤器进入轴流压缩机，经过压缩后，将压力为0.5MPa（A）压缩空气送入高炉冷风管道母管。川威钢铁用户为两座高炉配套两套同轴机组及一套备用电动鼓风机组，在冷风管道常规配置中（止回阀、电动送风阀、防喘振阀、排气消声器、放空消声器）中增加了拨风系统，冷风管道中增加了两台配风阀及拨风阀组，这是区别于常规冷风管道的一个特例。从而实现了三套机组可以给任意一座高炉送风的功能。

4.2 煤气管道系统

煤气管道系统主要由进出口蝶阀、插板阀、快速切断阀、电动均匀蝶阀、旁通液压阀及威力巴流量计组成。煤气管道的入口管道接至高炉减压阀组的前端，透平机煤气管道出口接至减压阀组的后端，同轴机组正常运转的时候，高炉顶压的控制由同轴机组的煤气透平膨胀机控制，通过调节膨胀机静叶开度控制高炉顶压，精度可以达±3KPa；机组如遇到故障后高炉顶压由减压阀组控制。这也是同轴机组先进的控制系统的体现。煤气管道温度高达150℃，根据煤气管道的走向，在合适的位置增加波纹补偿器，吸收管道热胀产生的位移，保证机组的安全运行。由于高炉煤气中会有少量的水分，所以在煤气管道出口还要设置煤气排水器，保证多余的水份及时排出。煤气管道的腐蚀裕量应≥2mm，为了降低管道局部阻力管道弯头的半径最好为1.5DN。进口煤气管道与地面的净距≤6m时，应选用全封闭式眼镜阀。

4.3 油系统

油站由两台电动油泵、一台直流事故泵、油箱、高位油箱、双联板式油冷却器、双联油过滤器、排烟风机、电加热器等组成。系统同时向透平主机和发电机及轴流压缩机提供油，保证机组启动、运行、停机等正常工况和事故状态下的轴承用油。系统设置有一次、二次仪表，对油压、油温、油位等参数进行测量，配套仪表数量及规格除能满足现场运行状况监测，同时也能提供信号进入自控系统以满足集中监控的要求。

4.4 液压伺服控制系统

主要由动力油站和液压阀台组成，系统根据机组自控系统的指令，准确及时的控制轴流压缩机的风量、风压、透平转速、炉顶压力等。控制对象为轴流压缩机的静叶可调机构和透平两级静叶可调机构，旁通快开阀、快切阀液压控制系统。伺服控制阀带液压锁，保证机组安全运行。液压系统所有设备的清洁度出厂时应达到NAS1638-8级清洁度标准要求。

4.5 氮气密封系统

主要由气动薄膜调节阀、止回阀、截止阀及球阀组成；由于煤气透平介质为高炉煤气，属于可燃有毒气体，氮气密封系统保证了高炉煤气不向外泄露。氮气气源压力一般为0.3～0.4MPa，氮气耗量≤60m3/h，高压氮气经气动薄膜调节阀调压后氮气压力高于被密封的煤气压力0.01～0.03MPa左右，保证煤气不向外界泄露。

4.6 冷却水系统

主要由阀门、管道、流量计等组成，给油站、动力油站的油冷却器，发电机空冷器提供冷却水。冷却水量每套BPRT机组≤600m3/h，同时提供相应一次仪表，包括温度、压力、流量检测装置。

4.7 自控系统

机组自控系统为满足高炉供风工艺的需要，保证高炉顶压的稳定控制，系统采用西门子S7-414H冗余控制系统，实现机组所必须的过程控制、逻辑控制和过程监视功能。操作站具有工程师编程功能及操作员操作功能。控制系统CPU、电源、总线采用冗余配置，系统软硬件性能可靠，完成对机组的所有数据采集、储存、过程调节、机组保护的功能。

5 结束语

1780m3高炉同轴能量回收机组比单个机组节约约25%的投资，占地面积小，能够回收高炉鼓风机30%左右的能耗，在冶金企业中节能效果明显，经济效益可观，符合国家节能减排政策的要求。

参考文献

[1]GB50584-2010.煤气余压发电装置技术规范[S].

[2]GB6222-2005.工业企业煤气安全规程[S].

[3]GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].

[4]GB/T28246-2012.高炉煤气能量回收透平膨胀机[S].

作者简介：张建明（1981-），男，工程师，主要从事冶金工艺流程研究及工艺管道设计工作。