CN209012088U - 一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，包括高炉鼓风机、煤气透平机和汽轮机，高炉鼓风机的一端与汽轮机的一端相连；所述的汽轮机的另一端与第一发电机相连；所述的高炉鼓风机的另一端通过变速离合器与煤气透平机的一端相连；所述的煤气透平机的另一端与第二发电机相连。本实用新型的机组能够通过第二发电机降低由于煤气透平机组回收功率变化较大引起的蒸汽管网频繁波动的问题，能够通过第一发电机与汽轮机相连避免汽轮机在能量相互转换时的效率损失。

Description

一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组

技术领域

本实用新型涉及冶金行业能量回收利用装置，特别涉及一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组。

背景技术

高炉鼓风机是冶金行业高炉炼铁生产工艺系统中的动力供风关键设备。大型高炉鼓风机组是指为4000m3以上大型高炉配备的动力供风设备，包括大型鼓风机、自控系统、电控系统及驱动机等。大型鼓风机风量可达到7000～ 10000Nm3/min，驱动功率可达到30000kW～60000kW。

在炼铁流程中，烧结工序能耗约占吨钢能耗的10％以上，冷却机排出的废气带走的热量，其热能大约为烧结矿烧成系统热耗量的35％，充分利用这部分热量可显著降低烧结工序能耗约占冶金总能耗的12％，是仅次于炼铁的第二大耗能工序。一般烧结厂烧结烟气平均温度≤150℃，机尾烟气温度达 300～400℃。目前的烧结冷却机余热回收，是通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气经除尘器后加热余热锅炉来回收低品位余热能源，结合低温余热发电技术，用余热锅炉的过热蒸汽来推动低参数的汽轮发电机组做功发电的成套技术。具体流程是：给水经给水泵进入余热锅炉，经废气加热后，一部分变为过热蒸汽，进入汽轮机作功发电。另一部分经余热锅炉低温段加热后，产生过热或饱和蒸汽进入汽轮机相应低压进汽口作功发电。冷凝水经低压省煤器后由中压锅炉给水泵供给低压汽包，低压汽包具有自除氧功能，实现一个完整的热力循环。

目前高炉鼓风机主要采用电动机或者汽轮机作为驱动机，利用电动机驱动是耗电量过大，采用汽轮机驱动时，如果高炉鼓风机组较少，则一次投资较大，工厂设计布置较复杂。

高炉煤气是炼铁生产的副产品，使用热料入炉时，出炉煤气温度在 400～450℃，使用冷料时，出炉煤气温度为200～250℃。高炉煤气余压透平发电装置(Top Gas PressureRecovery Turbine，简称TRT)是利用高炉炉顶排出的煤气的压力能及热能转化为机械能并驱动发电机发电的设备，主要包括透平膨胀机和发电机两大部分。将原来高炉减压阀组中损失的高炉煤气能量通过推动透平机转动，带动发电机发电予以回收。TRT装置可回收高炉鼓风机所需能量的30％左右，发电成本很低，经济效益十分显著。

在钢铁冶金流程中，各种能源的转换和使用直至废气排放过程构成钢铁企业的能量流动过程。铁矿石烧结流程及高炉炼铁流程作为钢铁企业中能量消耗的两个重要过程，其余热余压的回收具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，解决现有技术中由于煤气透平机的加入导致蒸汽管网的频繁波动的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，包括高炉鼓风机、煤气透平机和汽轮机，高炉鼓风机的一端与汽轮机的一端相连；

所述的汽轮机的另一端与第一发电机相连；

所述的高炉鼓风机的另一端通过变速离合器与煤气透平机的一端相连；

所述的煤气透平机的另一端与第二发电机相连。

所述的变速离合器包括壳体，壳体内安装有输入轴、传动轴和输出轴，输入轴和传动轴平行设置，传动轴和输出轴同轴设置，输入轴的一端伸出至壳体外，输出轴的一端伸出至壳体外；

所述的输入轴上设置有大齿轮，传动轴上设置有小齿轮，大齿轮和小齿轮之间相互啮合；

所述的传动轴靠近输出轴的端部与离合器的主动盘相连，离合器的从动盘与输出轴的另一端相连。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的壳体内平行设置有第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板和第四支撑板，输入轴、转动轴和输出轴的中心轴线均与第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板和第四支撑板垂直设置。

所述的输入轴和传动轴均通过轴承转动式安装在第一支撑板和第四支撑板上；所述的传动轴均通过轴承转动式安装在第一支撑板和第二支撑板上。

所述的输出轴通过轴承转动式安装在第三支撑板上。

所述的轴承采用轴向定位轴承。

所述的汽轮机的另一端通过第一变速箱与第一发电机相连。

所述的煤气透平机的另一端与通过第二变速箱与第二发电机相连。

所述高炉鼓风机为轴流压缩机。

所述的煤气透平机为轴流干式煤气透平机。

所述的第一发电机和第二发电机均为无刷励磁发电机。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本实用新型的机组能够通过第二发电机降低由于由于煤气透平机组回收功率变化较大引起的蒸汽管网频繁波动的问题，能够通过第一发电机与汽轮机相连避免汽轮机在能量相互转换时的效率损失。

(Ⅱ)本实用新型的机组由于采用了同轴布置的方案，其结构紧凑，占地面积小，布置方便，机械损失小，效率高，使用成本低，比配置两台单机模式减少30％的使用成本，回收期缩短1～2年。而且有驱动与发电两项功能，安全裕度不减，可以用于大功率高炉鼓风机组，是冶金高炉系统使用的理想机组。

(Ⅲ)煤气透平机通过回收高炉煤气的余压余热而做功，与高炉鼓风机的主驱动机—汽轮机联合驱动高炉鼓风机，变速离合器作为整个装置中的核心设备，当煤气透平机出现故障时，可以自动断开煤气透平机与高炉鼓风机的联接，确保高炉鼓风机的安全可靠运行。同时，当整套装置运行正常，锅炉不减负荷，蒸汽有一定富裕量时，可以通过煤气透平机所配套的第二发电机进行能量回收发电。

(Ⅳ)本实用新型的机组采用只需以执行机构为基准定位变速离合器，减少了设备定位过程的工作量，安装和拆卸容易且运行可靠。

附图说明

图1为本实用新型的整体装配布局示意图。

图2为本实用新型的变速离合器的结构示意图。

图中各标号的含义为：1-高炉鼓风机，2-煤气透平机，3-汽轮机，4-第一发电机，5-变速离合器，6-第二发电机，7-第一变速箱，8-第二变速箱；

501-壳体，502-输入轴，503-传动轴，504-输出轴，505-大齿轮，506- 小齿轮，507-离合器，508-第一支撑板，509-第二支撑板，510-第三支撑板， 511-轴承，512-第四支撑板。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，如图1和图2所示，包括高炉鼓风机1、煤气透平机2和汽轮机3，高炉鼓风机1的一端与汽轮机3的一端相连；

汽轮机3的另一端与第一发电机4相连；

高炉鼓风机1的另一端通过变速离合器5与煤气透平机2的一端相连；

煤气透平机2的另一端与第二发电机6相连。

第一发电机4的主要作用为：汽轮机3将热能直接转换为机械能，直接传送给高炉鼓风机1和第一发电机4，避免了能量相互转换时的效率损失。

第二发电机6的主要作用为：根据国家节能减排的要求，高炉煤气的余压余热必须通过煤气透平机组进行回收发电，二者均为独立的系统。煤气透平机组所回收的电能必须进入当地电网，同时冶金行业所需耗电设备再从电网上吸收电能，由此造成了电能的多次转换，影响煤气透平机组的使用效率。对于汽轮机拖动的高炉鼓风机组，采用与煤气透平机组联合驱动的工艺布置方式，由于煤气透平机组回收功率变化较大，因此对汽轮机的蒸汽管网系统有比较高的要求，在蒸汽管网系统不允许频繁波动的情况下，增加一台第二发电机6来解决这个问题。

透平机是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器。又称涡轮或涡轮机，透平是英文turbine的音译，源于拉丁文turbo一词，意为旋转物体。透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构形式多种多样，但基本原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转件即转子，或称叶轮，它安装在透平轴上具有沿均匀排列的叶片，流体所具能量在流动中，经过喷管时转换成功能，流过叶轮时流体冲击叶轮，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转，输出机械功。

透平机的工作原理：透平机是将流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换的机器，又称涡轮或涡轮机。透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转元件，即转子，或称叶轮，它安装在透平轴上，具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。透平机械的工质可以是气体，如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体，也可以是液体，如水、油或其他液体。以水为工质的透平称为水轮机；以蒸汽为工质的透平称为汽轮机；以燃气为工质的透平称为燃气透平。

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。汽轮机是现代火力发电厂的主要设备，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中。

汽轮机工作原理：汽轮机是能将蒸汽热能转化为机械功的外燃回转式机械。来自锅炉的蒸汽进入汽轮机后，依次经过一系列环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。蒸汽在汽轮机中，以不同方式进行能量转换，便构成了不同工作原理的汽轮机。

作为本实施例的一种具体方案，变速离合器5包括壳体501，壳体501 内安装有输入轴502、传动轴503和输出轴504，输入轴502和传动轴503 平行设置，传动轴503和输出轴504同轴设置，输入轴502的一端伸出至壳体501外，输出轴504的一端伸出至壳体501外；

输入轴502上设置有大齿轮505，传动轴503上设置有小齿轮506，大齿轮505和小齿轮506之间相互啮合；

传动轴503靠近输出轴504的端部与离合器507的主动盘相连，离合器 507的从动盘与输出轴504的另一端相连。

作为本实施例的一种优选方案，壳体501内平行设置有第一支撑板508、第二支撑板509、第三支撑板510和第四支撑板512，输入轴502、转动轴 503和输出轴504的中心轴线均与第一支撑板508、第二支撑板509、第三支撑板510和第四支撑板512垂直设置。

输入轴502和传动轴503均通过轴承511转动式安装在第一支撑板508 和第四支撑板512上；所述的传动轴503均通过轴承511转动式安装在第一支撑板508和第二支撑板509上。

进一步地，变速离合器5中设置有多个轴承511，根据不同位置的具体需求选择适合类型的轴承，例如轴向定位轴承等。

作为本实施例的一种优选方案，汽轮机3的另一端通过第一变速箱7 与第一发电机4相连。煤气透平机2的另一端与通过第二变速箱8与第二发电机6相连。第一变速箱7和第二变速箱8可以根据实际情况选择设置，以确保机械能传递过程中的稳定性和匹配性。

作为本实施例的一种优选方案，高炉鼓风机1为轴流压缩机。

作为本实施例的一种优选方案，煤气透平机2为轴流干式煤气透平机。

作为本实施例的一种优选方案，第一发电机4和第二发电机6均为无刷励磁发电机。

本实施例中，煤气透平机2中输入的煤气通常来自于高炉；汽轮机3 中的水蒸汽也来自于本领域常规的输入方式输入。本实施例中对此不做限定，可根据需要设置，只需保证煤气透平机2和汽轮机3能够正常运行即可。

本实施例中，轴系的轴与轴之间采用联轴器相连。

本实施例中，变速离合器5的工作原理是：汽轮机3作为主动力源带动高炉鼓风机1，高炉鼓风机1带动输出轴504转动，输出轴504带动离合器 507的输出端即从动盘转动，离合器507的输入端即主动盘及小齿轮506、大齿轮505静止，离合器508处于脱开状态。生产过程中产生的高

炉煤气经回收后用于驱动煤气透平机2，煤气透平机2与输入轴502相连，煤气透平机2转动后，通过输入轴502带动大齿轮505、小齿轮506及离合器507的输入端转动，当离合器507的输入端的转速超过输出端的转速时，离合器507接合，来自煤气透平机2的功率传递给高炉鼓风机1，由汽轮机3和煤气透平机2共同带动高炉鼓风机1工作，汽轮机3的功率降低，所消耗的能量降低，从而实现了节能的目的。

传统动力节能系统中，离合器与变速箱分别独立设置，以按轴系中心线调整完成后的执行机构轴流压缩机为基准定位离合器，之后，再以离合器为基准定位变速箱，各设备沿中心线定位的过程较复杂，工作量较大，而在改进的节能系统中只须以执行机构为基准，只定位变速离合器即可，减少了设备定位过程的工作量。

本实施例中，将高炉鼓风机1布置在中间，一端直接与汽轮机3连接，另外一端通过变速离合器5与轴流干式的煤气透平机2连接，煤气透平机2 的另一端与第二发电机6连接，共同构成同轴布置方式，此布置方式机械损失小，效率高，配套和控制集中，部分辅机合并为一套，占地面积小，布置方便，使用成本低，比配置两台单机模式减少30％的使用成本，回收期缩短 1～2年。而且有驱动与发电两项功能，安全裕度不减，可以用于大功率高炉鼓风机组，是冶金高炉系统使用的理想机组。

本实施例中，汽轮机3相系统送出机械能，这些机械能除了被轴系内的高炉鼓风机1吸收使用外，剩余的能量被轴系内的第一发电机4直接吸收变为电能对外输出。

Claims (10)

1.一种降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，包括高炉鼓风机(1)、煤气透平机(2)和汽轮机(3)，高炉鼓风机(1)的一端与汽轮机(3)的一端相连，其特征在于：

所述的汽轮机(3)的另一端与第一发电机(4)相连；

所述的高炉鼓风机(1)的另一端通过变速离合器(5)与煤气透平机(2)的一端相连；

所述的煤气透平机(2)的另一端与第二发电机(6)相连；

所述的变速离合器(5)包括壳体(501)，壳体(501)内安装有输入轴(502)、传动轴(503)和输出轴(504)，输入轴(502)和传动轴(503)平行设置，传动轴(503)和输出轴(504)同轴设置，输入轴(502)的一端伸出至壳体(501)外，输出轴(504)的一端伸出至壳体(501)外；

所述的输入轴(502)上设置有大齿轮(505)，传动轴(503)上设置有小齿轮(506)，大齿轮(505)和小齿轮(506)之间相互啮合；

所述的传动轴(503)靠近输出轴(504)的端部与离合器(507)的主动盘相连，离合器(507)的从动盘与输出轴(504)的另一端相连。

2.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的壳体(501)内平行设置有第一支撑板(508)、第二支撑板(509)、第三支撑板(510)和第四支撑板(512)，输入轴(502)、传动轴(503)和输出轴(504)的中心轴线均与第一支撑板(508)、第二支撑板(509)、第三支撑板(510)和第四支撑板(512)垂直设置。

3.如权利要求2所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的输入轴(502)和传动轴(503)均通过轴承(511)转动式安装在第一支撑板(508)和第四支撑板(512)上；所述的传动轴(503)均通过轴承(511)转动式安装在第一支撑板(508)和第二支撑板(509)上。

4.如权利要求3所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的输出轴(504)通过轴承(511)转动式安装在第三支撑板(510)上。

5.如权利要求4所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的轴承(511)采用轴向定位轴承。

6.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的汽轮机(3)的另一端通过第一变速箱(7)与第一发电机(4)相连。

7.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的煤气透平机(2)的另一端与通过第二变速箱(8)与第二发电机(6)相连。

8.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述高炉鼓风机(1)为轴流压缩机。

9.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的煤气透平机(2)为轴流干式煤气透平机。

10.如权利要求1所述的降低蒸汽管网波动的高效能双驱动高炉鼓风机组，其特征在于，所述的第一发电机(4)和第二发电机(6)均为无刷励磁发电机。