钢铁行业高炉煤气余能回收透平直驱三机组核心技术研究与应用

20180301

水利、环境和公共设施管理业

应用技术

新产品

不转让

轴流风机及涡轮的气动设计与轴系转子动力学方案开发

横向委托

与企业合作

成都成发科能动力工程有限公司

1.项目背景、目的与意义：近30年来，我国钢铁工业得以高速增长，成为举世瞩目的钢铁大国，仅京津冀周边就有一百多家全流程钢铁企业，比如唐钢、首钢、津西钢铁、国丰钢铁、九江线材等，它既是国民经济的重要基础产业，也是能源资源消耗和污染排放的重点行业，其能耗约占国民经济总能耗的10%左右。在钢铁生产过程中，炼铁工序能耗占总能耗70%左右，而炼铁工序中55%的能耗用于高炉生产。大型化和高炉顶是高炉的发展方向，有大量高压高温煤气降至10Mpa以下，回收利用这部分余能对我国钢铁行业来说至关重要。《中华人民共和国节约能源法》立法推动钢铁、石油加工、化工等高耗能行业的节能技术改造，鼓励工业企业采用高效、节能的风机、泵类等设备，余热余压利用等先进技术。高炉鼓风能耗约占炼铁工序能耗 10％～15％，采用透平直驱三机组可回收高炉煤气余能直接拖动鼓风用多级轴流压缩机，降低炼铁工序能耗，减少污染物排放。 2.核心技术：高炉煤气余能回收透平直驱三机组由TRT（Top Gas Pressure Recovery Turbine unit高炉煤气余压透平装置）、多级轴流压缩机和电机三机联轴组成，其核心技术包括： （1）结合已有的经验和实际工况环境，考虑成本、气动、强度、冲刷等因素，采用自行编写的涡轮气动设计程序和三维CFD仿真技术研制出抗冲刷的加厚减弯的高性能单级和双级涡轮叶型，最高效率达90%。 （2）基于S1、S2准三维气动设计方法和快速二维多级透平气动评估程序对多级轴流压缩进行多级级间气动分配、旋转失速和喘振的特性分析、叶型设计，以及流道设计，高炉鼓风用多级轴流压缩机整机最高效率达到89%。 （3）叶片、轮盘及旋转部件三维有限元强度计算分析和轴系转子动力学优化设计与涡轮和压缩机气动设计形成闭合循环的设计回路，根据叶片动静强度计算结果和轴系转子动力学特性调整涡轮和压缩机的气动布局，优化叶片叶型、转轴大小、其它旋转部件几何形状和质量及转动惯量的分配，使余能回收透平直驱三机组安全、稳定和高效运行。 3.成果产生的价值：项目启于2008年，研究成果应用于河北普阳钢铁有限公司，云南玉溪玉昆钢铁集团有限公司，湖南华菱涟源钢铁有限公司，铜陵市旋力特殊钢有限公司，襄汾县星原钢铁集团有限公司，日照旭日发电有限公司，山西立恒钢铁集团股份有限公司，河津市华鑫源钢铁有限责任公司，攀钢集团攀枝花钢钒有限公司，天津鑫天圣机械设备租赁有限公司，河北鑫达钢铁有限公司等24家钢铁企业的26个项目中，直接销售额达22，587万元，可节约标煤11万吨/年，减排烟尘9万吨/年，减排CO2约40万吨/年，减排SO2约1万吨/年，减排Nox约0.5万吨/年，节能减排效益显著。