一种复合动力驱动的高炉鼓风节能装置的制作方法

本实用新型属于动力机械工程专业技术领域，涉及高炉鼓风机组的能量回收装置，特别是一种复合动力驱动的高炉鼓风节能装置。

背景技术：

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℃。目前已经广泛采用的高炉煤气余压透平发电装置(Top Gas Pressure Recovery 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％～50％左右，经济效益十分显著。

现有的高炉鼓风机均采用高效率、低能耗的全静叶可调轴流式压缩机高炉鼓风机均采用高效率、低功耗的全静叶可调轴流式压缩机，这种压缩机属于高技术密集型透平机械，涉及气体动力学、机械、振动、强度、材料、铸造、控制等几十个专业，作为大型高炉的动力供风设备，全静叶可调轴流式压缩机的安全可靠性、能耗、调节范围、噪音等参数是衡量其技术先进与否的关键。

由于TRT机组中的煤气透平和高炉鼓风机都是旋转机械，申请人创造性的将TRT机组中的煤气透平直接连接在高炉鼓风机上，构成了BPRT机组，简称BPRT(Blast Furnace Power Re-covery Tuebine)装置，是国内应用于450m³高炉最先投运的第一套同轴系的三机组。该机组中，煤气透平将煤气的压力能和热能变为机械能后直接驱动高炉鼓风机，且少了发电机的机械能变为电能和电动机的电能(或者汽轮机的蒸汽)转变为机械能的两次能量转变过程所产生的损失，以及电能传输过程中的线路损耗。

BPRT机组与先前的TRT机组和高炉鼓风机的分轴机组相比，减少了TRT机组中的发电机及其发、配电系统，润滑油站由两台油站及其其它附属系统变为共用一套，设备投资减少20％～30％，设备厂房和控制室合并，土建投资减少，该BPRT机组的投运，对节能、增效具有十分深远的意义。

BPRT机组不仅能回收高炉炉顶煤气所具有的压力能和热能，降低煤气输送管网的流动噪声，而且可对高炉顶压、轴流风机、煤气透平进行高智能控制，提高高炉的冶炼强度和产量。使用BPRT机组不仅回收了以往在减压阀组浪费掉的能量，而且可以减少废弃物排放量、进一步提高能源利用率。

随着申请人BPRT机组的推广应用，用户在运行BPRT机组过程中发现，随着时间的推移，BPRT机组中的煤气透平机和变速离合器的维修率不断的增长，其维修周期也有缩短，经维修检查发现，其主要问题出现在煤气透平机的转子、静叶和动叶产生锈蚀，由于煤气透平机长期工作在恶略的环境下，尤其是静叶和动叶的锈蚀带来的煤气透平机的除锈、以及动叶的调整非常困难，当锈蚀严重时，造成更换新的煤气透平机，因此有必对原高炉能量回收机组(BPRT)的布置形式进行改进。

技术实现要素：

针对BPRT机组中的煤气透平机易受腐蚀所造成的寿命短，且维修周期缩短的技术问题，本实用新型的目的在于，提供一种复合动力驱动的高炉鼓风节能装置。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种复合动力驱动的高炉鼓风节能装置，包括高炉，在高炉的炉顶通过管路连接有重力除尘器、干湿两用除尘器、减压阀组；以及电动机或汽轮机、变速箱、高炉鼓风机，其特征在于：

在干湿两用除尘器、减压阀组之间还连接有旋转分离器；

在减压阀组的两端连接有煤气透平机，煤气透平机通过变速离合器(9)连接在高炉鼓风机的一端，电动机通过变速箱连接在高炉鼓风机的另一端；煤气透平机、变速离合器、高炉鼓风机、变速箱和电动机构成同一轴系；或者：

在减压阀组的两端连接有煤气透平机，煤气透平机通过变速离合器连接在高炉鼓风机的一端，汽轮机连接在高炉鼓风机的另一端；

煤气透平机、变速离合器、高炉鼓风机、汽轮机构成同一轴系。

本实用新型的其它特点是：

所述的高炉鼓风机选择全静叶可调轴流式压缩机，且该全静叶可调轴流式压缩机为双输入轴。

所述的电动机或汽轮机、变速箱、高炉鼓风机、变速离合器以及煤气透平机之间通过金属膜片挠性联轴器相连接。

所述高炉的一端还连接有热风炉，热风炉上连接有助燃风机。

所述的高炉的容积为400m³～3000m³；

所述的电动机或汽轮机功率为5000KW～40000KW。

所述的全静叶可调轴流式压缩机功率为5000KW～40000KW。

所述的变速箱和变速离合器的功率为2000KW～30000KW。

所述变速离合器选择超越离合器或行星齿轮变速器，以下结构的变速离合器(9)：

该变速离合器包括离合器壳体、输出连接轴、第五轴承、第三架体和离合器；还包括输入连接轴、传动轴、大齿轮、小齿轮、第一架体、第二架体、第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承，所述第一架体、第二架体和第三架体由变速离合器的输入端至输出端依次平行排列并垂直固定于离合器壳体内，大齿轮固定于水平设置的输入连接轴的中部，输入连接轴的一端通过第一轴承与第一架体连接，输入连接轴的另一端通过第二轴承与第二架体连接，所述输出连接轴和传动轴位于同一轴线上并与输入连接轴平行，小齿轮固定于传动轴的中部，传动轴的一端通过第三轴承与第一架体连接，传动轴的另一端通过第四轴承支承于第二架体上并与离合器的主动盘连接，大齿轮与小齿轮相啮合，输出连接轴的一端与离合器的从动盘连接，输出连接轴的另一端通过第五轴承与第三架体连接。

所述离合器壳体为剖分式焊接结构，上、下壳体用螺栓联拉紧固。

所述煤气透平机选择轴流干式煤气透平或干湿两用煤气透平。

所述超越离合器为SSS离合器。

所述干湿两用型除尘器由干式除尘器替代。

本实用新型的复合动力驱动的高炉鼓风节能装置，由于采用增加旋转分离器，使得进入煤气透平机的介质(煤气)更加清洁且减少介质(煤气)中的水分，可以延长煤气透平机的使用寿命，减轻维修人员的劳动强度，提高煤气透平机的维修效率，以及延长煤气透平机的维修周期。

与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)由于在重力除尘器和干湿两用除尘器的基础上，配合采用旋转分离器，使得进入煤气透平机的介质更加清洁且减少介质中的水分，减少了煤气透平机的转子、静叶和动叶的锈蚀，从而延长了煤气透平机的使用寿命，减少了煤气透平机的维修次数。

(2)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—电动机或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。

(3)采用了各设备之间通过金属膜片挠性联轴器同轴布置的方案，改善旋转机械的轴承和封严装置的负荷，并改善机组轴系的动力学性能，且布置在同一厂房内，其结构紧凑，占地面积小，布置方便，机械损失小，效率高。同时，由于共用一套辅机系统，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。而且安全裕度不减，可以用于各种BPRT机组，是冶金高炉系统使用的理想机组。

(4)本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是本实用新型的复合动力驱动的高炉鼓风节能装置的布置示意图；

图中的标记分别表示：1、高炉、2、重力除尘器、3、干湿两用型除尘器，4、旋转分离器，5、减压阀组，6、储气罐，7、煤气透平机，8、金属膜片挠性联轴器，9、变速离合器，10、高炉鼓风机，11、变速箱，12、电动机或汽轮机，13、热风炉，14、助燃风机，15、排气止回阀，16、入口蝶阀，17、入口插板阀，18、出口插板阀，19、防喘振阀。

图2是一种变速离合器的结构示意图；

图中的标记分别表示：901、输入连接轴，902、输出连接轴，903、传动轴，904、第一架体，905、第二架体，906、第三架体，907、大齿轮，908、小齿轮，909、第一轴承，910、第二轴承,911、第三轴承，914、离合器，915、离合器壳体。A、输入端，B、输出端。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例给出一种复合动力驱动的高炉鼓风节能装置，包括高炉1，在高炉1的炉顶通过管路连接有重力除尘器2、干湿两用除尘器3、减压阀组5；以及电动机或汽轮机12、变速箱11、高炉鼓风机10，在干湿两用除尘器3、减压阀组5之间还连接有旋转分离器4；

在减压阀组5的两端连接有煤气透平机7，煤气透平机7通过变速离合器9连接在高炉鼓风机10的一端，电动机12通过变速箱11连接在高炉鼓风机10的另一端；煤气透平机7、变速离合器9、高炉鼓风机10、变速箱11和电动机12构成同一轴系；或者：

在减压阀组5的两端连接有煤气透平机7，煤气透平机7通过变速离合器9连接在高炉鼓风机10的一端，汽轮机12连接在高炉鼓风机10的另一端；

煤气透平机7、变速离合器9、高炉鼓风机10、汽轮机12构成同一轴系。实施过程中，变速离合器中离合器可以选择性的布置在高炉鼓风机10端或者煤气透平机7端。大大提升了离合器的稳定性。

经过重力除尘器2和干湿两用型除尘器3两级净化的煤气，经过旋转分离器4的进口进入旋转分离器内旋风别离区，当含杂质煤气沿轴向进入旋风别离管后，气流受导向叶片的导流效果而产生激烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力效果下被甩向器壁，并在重力效果下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至旋转分离器4底部储液区，从旋转分离器4底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内缩短向基地活动，向上构成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经旋转分离器顶部出口流出，其煤气中的水分被进一步脱除，经申请人取样检测分析，其水分含量未检出。

综上，采用旋转分离器4使得进入煤气透平机的介质更加清洁且减少介质中的水分，减少了煤气透平机的转子、静叶和动叶的锈蚀，从而延长了煤气透平机的使用寿命，减少了煤气透平机的维修次数。

本实施例中，高炉鼓风机10选择全静叶可调轴流式压缩机，且该全静叶可调轴流式压缩机为双输入轴。

当然，干湿两用型除尘器3可以由干式除尘器替代。

所述的电动机或汽轮机12、变速箱11、高炉鼓风机10、变速离合器9以及煤气透平机7之间通过金属膜片挠性联轴器8相连接。

本实施例中，使用金属膜片挠性联轴器8来联接电动机或汽轮机12、变速箱11、高炉鼓风机10、变速离合器9以及煤气透平机7，使旋转机械一同旋转，以传递扭矩和运动，并补偿各个部件轴线间的三向位移(不对中)，同时还有隔振作用。

金属膜片挠性联轴器8是一种高性能的金属弹性元件挠性联轴器，是靠膜片的弹性变形来补偿所联两轴的相对位移，不用润滑，结构较紧凑，强度高，使用寿命长，无旋转间隙，不受温度和油污影响，具有耐酸、耐碱、防腐蚀的特点，适用于高温、高速、有腐蚀介质工况环境的轴系传动，广泛用于各种机械装置的轴系传动，如水泵(尤其是大功率、化工泵)、风机、压缩机、液压机械、石油机械、印刷机械、纺织机械、化工机械、矿山机械、冶金机械、航空(直升飞机)、舰艇高速动力传动系统，经动平衡后应用于高速传动轴系已比较普遍。由于该联轴器附加载荷小，改善旋转机械的轴承和封严装置的负荷，并改善机组轴系的动力学性能。

所述高炉1的一端还连接有热风炉13，热风炉13上连接有助燃风机14。热风炉13能够在助燃风机的配合作用下，为高炉1持续不断地提供热风。

煤气透平机7入口侧通过设置的入口蝶阀16和入口插板阀17连接在减压阀组5的一端，煤气透平机7出口侧通过设置的出口插板阀18连接在减压阀组5的另一端。减压阀组5的出口还设有储气罐6，用于将净化的煤气送用户使用。

高炉鼓风机10上还有防喘振阀19和排气止回阀15，高炉鼓风机10通过排气止回阀15与热风炉13连通。

所述高炉的容积为400m³～3000m³，

所述的电动机或汽轮机12功率为5000KW～40000KW；

所述的全静叶可调轴流式压缩机功率为5000KW～40000KW；

所述的变速箱11和变速离合器9的功率为2000KW～30000KW。

在煤气透平机7和高炉鼓风机10之间连接变速离合器9，该变速离合器9作为整个装置中的核心设备，当煤气透平机7出现故障时，可自动断开与高炉鼓风机10的联接，确保高炉鼓风机10的安全可靠运行。

当选用的高炉容积在400m³～3000m³，所述变速离合器9可以选择超越离合器。超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的基础件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。它是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换具有自行离合功能的装置，如sss离合器，变速离合器输入工作转速为3000r/min。

当然，本实施例的变速离合器9也可以选择行星齿轮变速器。

行星齿轮变速器属于一种齿轮箱，它是由行星齿圈、太阳轮、行星轮(又称卫星轮)和齿轮轮轴组成，根据齿圈、太阳轮和行星轮的运动关系，可以实现输入轴与输出轴脱离刚性传动关系、输入轴与输出轴同向或反向传动和输入与输出轴传动比变化，传递更加平稳。

参见图2，当选用的高炉容积在400m³至3000m³，所采用的变速离合器9包括：离合器壳体915、输出连接轴902、第五轴承913、第三架体906和离合器914；还包括输入连接轴901、传动轴903、大齿轮907、小齿轮908、第一架体904、第二架体905、第一轴承909、第二轴承910、第三轴承911和第四轴承912，所述第一架体904、第二架体905和第三架体906由变速离合器的输入端A至输出端B依次平行排列并垂直固定于离合器壳体915内，大齿轮907固定于水平设置的输入连接轴901的中部，输入连接轴901的一端通过第一轴承909与第一架体904连接，输入连接轴901的另一端通过第二轴承910与第二架体905连接，所述输出连接轴902和传动轴903位于同一轴线上并与输入连接轴901平行，小齿轮908固定于传动轴903的中部，传动轴903的一端通过第三轴承911与第一架体904连接，传动轴903的另一端通过第四轴承912支承于第二架体905上并与离合器914的主动盘连接，大齿轮907与小齿轮908相啮合，输出连接轴902的一端与离合器914的从动盘连接，输出连接轴902的另一端通过第五轴承913与第三架体906连接。

为了方便变速离合器的拆卸安装，离合器壳体915为剖分式焊接结构，上、下壳体用螺栓联拉紧固。

具体的，上述变速离合器中的第二轴承910为轴向定位轴承。此定位轴承起轴向限位作用，防止轴承承受轴向负荷时产生轴向移动，以保证输入联接轴901在离合器914中的正确位置。

优选的，所述煤气透平机7、高炉鼓风机10和电动机或汽轮机12共用一套辅助系统。经试验，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。

具体的，为了占用较少的厂房面积，所述煤气透平机7、高炉鼓风机10、电动机或汽轮机12和辅助系统安装在同一厂房。

优选的，采用重力除尘器使含尘气体中的粉尘借助重力作用，自然沉降来达到净化气体。实际应用中，结构简单，便于使用。

本实用新型的复合动力驱动的高炉鼓风节能装置，其工作原理是，高炉鼓风机10由电动机或汽轮机12为高炉1提供动力，当高炉1的煤气出口温度为200℃～250℃，经重力除尘器2和干式除尘器/干湿两用除尘器3除尘后，进入旋转分离器4进行脱水和进一步除尘，从入口蝶阀16和入口插板阀进入煤气透平机，煤气透平机7转速达到3000r/min，通过变速离合器9将能量传递至高炉鼓风机10，和电动机或汽轮机12同时驱动高炉鼓风机10。

高炉鼓风机10的工况，可以通过工业流程的专用软件来控制高炉鼓风机10内的静叶和动叶，达到控制和调整煤气透平机7转速，以及实现高炉顶压的稳定控制，通过设置的快开旁通阀与快切阀、高炉鼓风机10的防喘振阀特性等参数的匹配，实现整个机组的连锁停机可靠性和平稳性。

煤气透平机的投入与切除是通过变速离合器9实现的，变速离合器9能够根据输入、输出端转速的高低自动进行切换，在高炉的炉况不顺时，高炉产生的煤气不足以推动煤气透平机7旋转作功，即煤气透平机7转速低于2900r/min或煤气透平机7自身有故障时，煤气透平机能够通过变速离合器9在线切除自动脱开，相对于变速离合器9两侧均属独立的旋转设备，相互不传递任何转矩，从而不影响高炉鼓风机10向高炉1持续正常送风；当炉况恢复正常或煤气透平机7故障排除后，即煤气透平机7转速高于3000r/min，此时煤气透平机7能够通过变速离合器9在线啮合自动投入运行，和电动机或汽轮机12同轴驱动高炉鼓风机10。把电动机或汽轮机12驱动所需电流或蒸汽降低而节能。

本实施例的复合动力驱动的高炉鼓风节能装置，在试用期间，当煤气透平机7到达一个维修期后，查看煤气透平机7的转子、静叶和动叶，发现几乎没有锈蚀现象，而且动叶的调整正常。因此，进一步证明了在原有的BPRT机组的布置方式中采用增加旋转分离器，使得进入煤气透平机的介质(煤气)更加清洁且减少介质(煤气)中的水分，可以延长煤气透平机的使用寿命，减轻维修人员的劳动强度，提高煤气透平机的维修效率，以及延长煤气透平机的维修周期。