CN209145653U - 一种大功率高炉能量回收联合机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种大功率高炉能量回收联合机组，旨在满足风量要求的前提下，机组运行稳定高效，降低综合成本。该大功率高炉能量回收联合机组，包括依次同轴联接的电动机、高炉鼓风机、离合器和高炉煤气透平机，其中，高炉鼓风机为双出轴型式的轴流压缩机，转速3000rpm，通过流道高度和叶轮级数的配置满足7000Nm3/min～13000Nm3/min的风量要求和6.0bar～8.0bar的出口压力要求；电动机采用2极同步电动机，功率≥50MW；高炉煤气透平机和电动机的转速也均为3000rpm；高炉鼓风机一端与电动机采用膜片联轴器直联(而省去齿轮箱)，另一端通过普通离合器与高炉煤气透平机联接。
Description
技术领域
本实用新型属于动力机械工程专业领域，涉及大型高炉鼓风机和高炉煤气能量回收透平机构成的联合机组。
背景技术
高炉鼓风机是高炉生产的重要组成部分，其功能为将空气加压送入高炉，提供高炉炼铁需要的风压及氧气。高炉鼓风机是高炉炼铁系统中的大能耗设备，占炼铁总能耗的10％左右。
常规中小高炉配套机组的采用BPRT系统，即电动机和高炉煤气透平机沿轴向分别安装在高炉鼓风机的两端，电动机通过齿轮箱与高炉鼓风机连接，高炉煤气透平机通过变速离合器与高炉鼓风机连接。
对于大型高炉配套机组，可沿用以上基本结构，如图1所示。其中，由于要求较大的风量，通常的考虑是相应配置转速更高的轴流压缩机(高炉鼓风机)。例如5000m3高炉配套BPRT机组，要求风量达到7000Nm3/min～13000Nm3/min，则应当配置转速至少3300r/min的轴流压缩机(例如AV100机型)，同时基于目前市场上可选的机型，通常选择1500r/min的电动机和3000r/min的煤气透平机与该轴流压缩机适配。
不过，也正因为满足风量要求采用了转速更高的轴流压缩机，使得轴系计算更为复杂。因此，对于大型高炉配套机组，实际更稳妥的做法是采用更为传统的单台轴流压缩机和TRT的组合。
实用新型内容
本实用新型提出一种大功率高炉能量回收联合机组，旨在满足风量要求的前提下，机组运行稳定高效，降低综合成本。
本实用新型的解决方案如下：
该大功率高炉能量回收联合机组，包括依次同轴联接的电动机、高炉鼓风机、离合器和高炉煤气透平机，其中，高炉鼓风机为双出轴型式的轴流压缩机，转速3000rpm，通过流道高度和叶轮级数的配置满足7000Nm3/min～13000Nm3/min的风量要求和6.0bar～8.0bar的出口压力要求；电动机采用2极同步电动机，功率≥50MW；高炉煤气透平机和电动机的转速也均为3000rpm；高炉鼓风机一端与电动机采用膜片联轴器直联(而省去齿轮箱)，另一端通过离合器(普通离合器，而非变速离合器)与高炉煤气透平机联接。
进一步优选的，高炉鼓风机采用AV100机型，配置更高流道以及更多级数以满足风量要求。高炉鼓风机的功率为40000kW～75000kW。
进一步优选的，高炉煤气透平机(4)的型号为MPG37-397/200。
整套机组转速3000rpm，可实现电动机拖动高炉鼓风机独立运行，也可电动机和高炉煤气透平机的同轴驱动运行。
进一步的，离合器上或高炉煤气透平机与离合器之间的联轴器上设置有制动装置，用以直接产生制动作用。
制动装置可以采用碟式制动装置，与离合器的箱体固定连接。
制动装置也可以采用压杆式制动装置,与联轴器的护罩固定连接。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型有别于常规设计思路，基于AV100机型，通过降低转速指标(通常要求的转速3300r/min改为3000r/min)，而配置更高流道的轴流压缩机来满足风量要求，配置更多级数的轴流压缩机来满足压力要求；同时采用相同转速的2极同步电动机以及高炉煤气透平机，从而高炉鼓风机通过膜片联轴器与电动机直联，省去了齿轮箱，而且高炉鼓风机与高炉煤气透平机之间通过普通离合器联接即可，而无需变速离合器，极大地降低了综合成本，且机组运行稳定高效。
本实用新型的设备布置简约、结构紧凑、效率高，实现了土地集约、设备集约、功能集约以及运营集约。
在需要对高炉煤气透平机进行检修时，通过制动装置直接作用于联轴器或轴，能够快速、简便、可靠地停机，脱离与鼓风机的关联；同时，也相应避免了能源的损耗。
附图说明
图1为常规BPRT的系统结构示意图；图中，1-电动机；2-齿轮箱；3-轴流压缩机；4-变速离合器；5-透平机。
图2为本发明的系统结构示意图；图中，1-2极同步电动机；2-轴流压缩机；3-离合器；4-透平机。
图3为轴流压缩机的流道示意图。
图4为安装压杆式制动装置的示意图。图中，6-制动块；7-压杆；8-联轴器护罩；9-联轴器或轴。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型的大型高炉配套机组采用2极同步电动机+轴流压缩机+离合器+透平机的布置形式。
高炉鼓风机为双出轴型式的轴流压缩机，转速3000rpm，通过气动优化设计满足风量要求；电动机采用2极同步电动机，功率≥50MW；高炉煤气透平机和电动机的转速也均为3000rpm；高炉鼓风机一端与电动机采用膜片联轴器直联，另一端通过离合器与高炉煤气透平机联接。
电动机选自西门子或GE，轴流压缩机及高炉煤气透平机选自陕鼓，离合器选自MAGG或BHS。
轴流压缩机设计需要保证流量和压力这两个性能。轴流压缩机通过设计通流面积来保证压缩机的流量，在轮毂直径Dh一定的情况下，可通过调整相对流道高度，来提高压缩机的通流能力，轴流压缩机的流道基本结构参见图3，通过压缩机动静叶的级数来保证压缩机的压力。
压缩机线速度的公式见公式(1)，流量的经验公式见公式(2)，压力的经验公式见公式(3)。
Un＝πDtn/60 (1)
Q＝0.609Dt2*Un 2(y1 2-1) (2)
Un---轮毂处的线速度；
Q---流量(风量)；
n---为压缩机的转速；
Dt---级的外径(一般包括叶片顶部与气缸之间的径向间隙)；
Dh---级的内径，即轮毂直径；
y1＝Dt/Dh即为轴流压缩机相对流道高度；
P2---压缩机的出口压力；
P1---压缩机的进口压力；
Z---压缩机的级数；
k1---为压比经验系数，为常值；
σ---为指数系数，与压缩机的效率有关系；
T1---为压缩机进口温度；
对于机型的系列化设计，轴流压缩机轮毂处(即Dt)的线速度Un按照172.8m/s设计，对应目前常规AV100的机型的转速为3300r/min。在设计本实用新型的大功率能量回收联合机组时，为了保证机组的同轴、同转速，轴流压缩机转速降为3000r/min，相对于系列化的常规机型，转速n已经降低了10％，在n减小10％时，Un也减小10％，为了保证轴流压缩机的流量不降低，通过公式(1)可以看出，为了保证Q不变，可提高y1值，即增加压缩机的相对流道高度，这样叶片长度更长；为了保证压缩机的压力不降低，通过公式(3)可以看出，为了保证P2不变，在Un在降低10％的条件下，可提高Z,即增加压缩机的级数(增加1～2级即足够)。
与常规的BPRT机组相比，本实用新型省去了齿轮箱，且只需普通离合器(无需变速离合器)，具有综合成本低、结构紧凑、布置方便、能量转换效率高、易维护等优点。尤其整个轴系(二极同步电机+AV100-18+离合器+TRT)转速均为3000r/min，因此内部消耗更低，回收效率更高。
与单台轴流压缩机和TRT的组合相比，更在设备、土建、管理等综合成本方面有显著的优势，具体来说：
1)设备及工程投资小。通过分析一套BPRT机组只要一个厂房。省去一套TRT厂房建设费用及地皮，总投资能节约800万左右。
2)人员成本费用低，一套轴流压缩机与一套TRT机组需要两套操作人员及管理人员，大约共需12人(每班4人三班倒)。而BPRT只需一套操作人员6人(每班2人三班倒)。每年节约费用大概在50万左右。
3)运行费用低，如润滑油系统，动力油系统，冷却水、自控系统等系统都可以合二为一，节约大量能源及介质。预计年节约费用大概为50万左右。
4)减小的并网环节，不需要为TRT并网发电与当地电力部门打交道，能源内部利用。一套BPRT机组中能量回收效率比TRT机组中能量回收综合效率大概高出5％。并且省去并网费用，一年大约能节约700万。(每度电0.7元、一年按8000小时运行计算)
5)减小的并网环节，能源内部利用。节省并网费用(并网费一般在0.10元)，这样BPRT机组比TRT机组，一年效益2000万之间。
6)节约用地，因为1套BPRT只需一个厂房，省去两套TRT厂房，可节约用地30％。
另外，实践中，申请人发现，在高炉煤气透平机出现故障或需要例行检修时(高炉鼓风机此时不应停机)，由于离合器本身的间隙或油泥堆积会出现煤气透平机的随动问题，从而无法实现正常的检修；与此同时，随动还会带来能源的损耗。因此，可在离合器上设置制动装置，具体可以是碟式制动装置和/或压杆式制动装置。如图4所示，以压杆式制动装置为例，主要由制动块、压杆等部件组成，压杆式制动装置本身固定安装于联轴器的护罩上。在需要对高炉煤气透平机进行检修时，通过制动装置直接作用于联轴器或轴，能够快速、简便、可靠地停机，脱离与鼓风机的关联；同时，也相应避免了能源的损耗。
Claims (7)
1.一种大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：包括依次同轴联接的电动机、高炉鼓风机、离合器和高炉煤气透平机，其中，高炉鼓风机为双出轴型式的轴流压缩机，转速3000rpm，通过流道高度和叶轮级数的配置满足7000Nm3/min～13000Nm3/min的风量要求和6.0bar～8.0bar的出口压力要求；电动机采用2极同步电动机，功率≥50MW；高炉煤气透平机和电动机的转速也均为3000rpm；高炉鼓风机一端与电动机采用膜片联轴器直联，另一端通过离合器与高炉煤气透平机联接。
2.如权利要求1所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述高炉鼓风机采用AV100机型，配置更高流道以及更多级数以满足风量要求。
3.如权利要求2所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述高炉鼓风机的功率为40000kW～75000kW。
4.如权利要求1所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述高炉煤气透平机的型号为MPG37-397/200。
5.如权利要求1所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述离合器上或高炉煤气透平机与离合器之间的联轴器上设置有制动装置，用以直接产生制动作用。
6.如权利要求5所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述制动装置为碟式制动装置，与离合器的箱体固定连接。
7.如权利要求5所述的大功率高炉能量回收联合机组，其特征在于：所述制动装置为压杆式制动装置,与联轴器的护罩固定连接。
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| CN201920530758.4U CN209145653U (zh) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | 一种大功率高炉能量回收联合机组 |
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