GB/T 45649-2025 冶金余热余压能量回收同轴机组应用技术指南

　　ICS 77-010 CCS H 04

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 45649—2025

　　冶金余热余压能量回收同轴机组应用

　　技术指南

　　Technicalguidelinesfortheapplication ofcoaxialturbineunitsin metallurgical

　　wasteheatandpressureenergy recovery

　　2025-04-25发布 2025-11-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 45649—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国钢铁工业协会提出 。

　　本文件由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归 口 。

　　本文件起草单位 :西安陕鼓动力股份有限公司 、冶金工业信息标准研究院 、济钢集团国际工程技术有限公司 、河钢集团有限公司 。

　　本文件主 要 起 草 人 : 刘 拥 军 、刘 忠 、张 小 龙 、黄 美 春 、王 姜 维 、喻 欢 欢 、仇 金 辉 、严 涛 、强 科 、陈 剑 、栾元迪 、刘海军 、杨楠 、冀庭庭 、谭小平 、张若鹏 、于经尧 、张缘春 。

　　Ⅰ

　　GB/T 45649—2025

　　冶金余热余压能量回收同轴机组应用

　　技术指南

　　1 范围

　　本文件提供了冶金余热余压能量回收同轴机组应用的基本原则 、应用场景 、应用效果 、设备选型 、临界转速 、噪声控制和设备运行维护技术指南 。

　　本文件适用于冶金领域涉及系统余热余压回收利用的同轴机组技术 ,其他领域参考执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 755 旋转电机 定额和性能

　　GB/T 1029 三相同步电机试验方法

　　GB/T 1032 三相异步电动机试验方法

　　GB/T 2888 风机和罗茨鼓风机噪声测量方法

　　GB/T 3766 液压传动 系统及其元件的通用规则和安全要求

　　GB/T 3836. 1 爆炸性环境 第 1部分 :设备 通用要求

　　GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 8542 高速齿轮传动装置技术规范

　　GB/T 28246 高炉煤气能量回收透平膨胀机

　　GB/T 28574 石油 、石化和天然气工业 特种用途汽轮机

　　GB/T 50087 工业企业噪声控制设计规范

　　GB 50584—2010 煤气余压发电装置技术规范

　　HJ 2034—2013 环境噪声与振动控制工程技术导则

　　JB/T 2728. 1 电机用气体冷却器 第 1部分 :一般规定

　　JB/T 4359 一般用途轴流式压缩机

　　JB/T 4365 专用的润滑 、轴密封和控制油系统

　　JB/T 7258 一般用途离心式鼓风机

　　JB/T 7259 烧结厂用离心式鼓风机

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　同轴机组 coaxialturbineunits

　　由两种及以上能源驱动 , 同转速或不同转速 , 同轴系工作的机组 。

　　1

　　GB/T 45649—2025

　　3.2

　　变速离合器 variablespeed clutch

　　变速箱和离合器在同一封闭箱体 , 连接原动机和工作机 , 通过齿轮传动 , 实现定传动比增速(或减速) 、传递扭矩 ,并具备自啮合和脱开功能的设备 。

　　3.3

　　弯曲振动临界转速 lateralcriticalspeed

　　转子在弯曲振动中达到共振时的转速 。

　　3.4

　　扭转振动临界转速 torsionalcriticalspeed

　　转子在扭转振动中达到共振时的转速 。

　　4 基本原则

　　4. 1 能量回收遵循能源转换高效 、过程消耗减量 、系统能效更优原则 。采用高效节能技术装备 ,提高余热余压利用效率 。

　　4.2 宜将工序富余能源回收利用于工序本身 ,缩减能量转换环节 。

　　4.3 系统设计宜遵循以主工序设备运行为主 ,余热余压能量回收设备运行为辅的基本原则 。

　　4.4 根据企业余热余压现状及装备配置情况 ,选取和建设同轴机组 。

　　5 应用场景

　　5. 1 涉及系统

　　5. 1. 1 烧结系统

　　烧结余热能量回收同轴机组(简称 SHRT) 。汽轮机 、电动机 、烧结主抽风机同轴布置 ,烧结烟气余热通过余热锅炉产生蒸汽 ,驱动汽轮机 ,汽轮机和电动机共同驱动烧结主抽风机 。 回收的余热能量直接用于驱动烧结主抽风机 。

　　5. 1.2 高炉炼铁系统

　　5. 1.2. 1 煤气透平与电动机同轴驱动高炉鼓风机能量回收机组(简称 BPRT) 。 电动机 、高炉鼓风机 、煤气透平同轴布置 ,高炉煤气的余热余压 ,经煤气透平膨胀机做功 。 回收的余热余压直接用于驱动高炉鼓风机 。

　　5. 1.2.2 汽电同驱高炉鼓风机同轴机组 。汽轮机 、高炉鼓风机 、电动/发电机同轴布置 ,钢铁企业富余蒸汽 ,驱动汽轮机 ,汽轮机和电动机共同驱动高炉鼓风机 。 回收的余热直接用于驱动高炉鼓风机 。

　　5. 1.2.3 汽电同驱高炉鼓风机与能量回收透平同轴机组 。汽轮机 、电动/发电机 、高炉鼓风机 、煤气透平机同轴布置 ,共同驱动鼓风机 。钢铁企业富余蒸汽 ,驱动汽轮机 ,高炉煤气的余热余压 ,经煤气透平膨胀机做功 。 回收的余热余压能量直接用于驱动高炉鼓风机 。

　　5. 1.2.4 高炉鼓风与汽轮发电同轴机组 。发电机 、汽轮机 、高炉鼓风机同轴布置 ,在高炉鼓风机组(备用机组)非运行阶段 ,机组处于汽轮发电运行 。 汽轮机处于热运行状态 , 实现驱动高炉鼓风机组(备用机组)时 ,快速启动 。

　　5. 1.3 AOD炉系统

　　AOD炉余热能量回收同轴机组 。汽轮机 、电动机 、除尘风机同轴布置 ,AOD 炉系统烟气余热通过

　　2

　　GB/T 45649—2025

　　余热锅炉产生蒸汽 ,驱动汽轮机 ,汽轮机与电动机共同驱动 AOD炉系统除尘风机 。 回收的余热能量直接用于驱动除尘风机 。

　　5.2 蒸汽来源

　　针对 5. 1、5. 2、5. 3所述蒸汽 , 同轴机组所用副产蒸汽和余热蒸汽流程示意图见图 1,蒸汽来源包括但不限于以下种类 :

　　a) 钢铁生产中 高 炉 、转 炉 、焦 炉 副 产 的 煤 气 , 如 高 炉 煤 气 、转 炉 煤 气 、焦 炉 煤 气 , 通 过 燃 烧 产 生蒸汽 ;

　　b) 烧结烟气余热 、红焦显热 、转炉烟气余热 、加热炉尾烟气余热 、环形炉尾烟气余热回收 ,通过余热锅炉产生蒸汽 ;

　　c) 发电汽轮机抽汽及系统减压蒸汽等 。

　　图 1 副产蒸汽和余热蒸汽流程示意图

　　6 应用效果

　　6. 1 余热余压能量 ,通过同轴的膨胀机(煤气透平或汽轮机等) 直接用于驱动主工艺设备 ,减少能量转换环节 ,效率提升不低于 5% 。

　　6.2 设备集中布置 ,共用润滑油系统 、液压系统 、仪控系统和电气系统 。

　　6.3 驱动与反送电系统 ,代替发电系统 。

　　6.4 多能源驱动 ,能源协调分配简单 ,适应性强 。

　　7 设备选型

　　7. 1 烧结主抽风机、高炉鼓风机、AOD炉除尘风机

　　7. 1. 1 烧结主抽风机

　　7. 1. 1. 1 宜采用进气调节门或变频转速调节工况 。采用变频转速调节 ,宜采用四象限变频装置 。

　　7. 1. 1.2 烧结主抽风机宜符合 JB/T 7259相关要求 。

　　3

　　GB/T 45649—2025

　　7. 1.2 高炉鼓风机

　　7. 1.2. 1 宜采用静叶可调式轴流式压缩机 。

　　7. 1.2.2 轴流压缩机符合 JB/T 4359相关要求 。

　　7. 1.2.3 轴流压缩机宜设计为双出轴方式 。

　　7. 1.2.4 轴端密封能阻止或防止工艺气体向大气泄漏 ,且安装后易于拆卸和更换 。

　　7. 1.3 AOD炉除尘风机

　　7. 1.3. 1 宜采用进气调节门或变频转速调节工况 。采用变频转速调节 ,宜采用四象限变频装置 。

　　7. 1.3.2 除尘风机符合 JB/T 7258相关要求 。

　　7.2 透平膨胀机

　　7.2. 1 透平膨胀机符合 GB/T 28246相关要求 。

　　7.2.2 透平膨胀机零部件的材料根据高炉煤气的温度及所含腐蚀性介质的浓度选择 。

　　7.2.3 透平膨胀机的静叶调节机构设计 ,与高炉煤气频繁波动的工况相适应 。

　　7.2.4 透平膨胀机设置盘车装置 , 盘 车 装 置 宜 采 用 液 动 或 电 动 , 啮 合 方 式 为 手 动 或 自 动 , 脱 开 方 式 为自动 。

　　7.3 电动机

　　7.3. 1 同轴机组宜选用异步电动机或异步电动/发电机 。

　　7. 3.2 电动机符合 GB755相关要求 ,异步电动机试验符合 GB/T 1032相关要求 , 同步电动机试验符合GB/T 1029相关要求 。

　　7.3.3 电动机额定功率的选型 ,兼顾机组同轴运行发电功率 。

　　7.3.4 电动机宜采用水-风冷却器进行冷却 ,冷却器符合 JB/T 2728. 1 的规定 。

　　7.4 汽轮机

　　7.4. 1 汽轮机符合 GB/T 28574相关要求 。

　　7.4.2 汽轮机额定功率按照可利用的余热余能情况 ,兼顾同轴机组功率分配选型 。

　　7.4.3 汽轮机设置盘车装置 ,盘车装置宜采用电动或液压冲击式 , 啮合方式为手动或自动 ,脱开方式为自动 。

　　7.5 齿轮箱

　　7.5. 1 齿轮箱符合 GB/T 8542相关要求 。

　　7.5.2 齿轮箱使用系数的选取见表 1。

　　表 1 齿轮箱使用系数

　　电动机

　　汽轮机

　　同步

　　异步

　　1. 6

　　1. 4

　　1. 6

　　7.5.3 齿轮箱传动效率不小于 98. 5% 。

　　7.5.4 平行轴齿轮对宜为单斜齿或人字齿 ,根据需求选定 。齿轮制造精度不低于 5 级 。

　　4

　　GB/T 45649—2025

　　7.5.4. 1 平行轴齿轮对宜为单斜齿或人字齿 ,根据需求选定 。

　　7.5.4.2 齿轮制造精度不低于 5 级 。

　　7.5.5 盘车装置宜带断电保护装置 ,确保手动操作安全 。宜选用电动 , 啮合方式为手动或自动 ,脱开方式为自动 。

　　7.5.5. 1 盘车装置宜带断电保护装置 ,确保手动操作安全 。

　　7.5.5.2 盘车装置宜选用电动 。 啮合方式为手动或自动 ,脱开方式为自动 。

　　7.6 变速离合器

　　7.6. 1 变速离合器宜采用整体式 ,箱体采用焊接或铸造 。

　　7.6.2 变速离合器使用系数取 1. 6。

　　7.6.3 传动效率不小于 98. 5% 。

　　7.6.4 平行轴齿轮对应为单斜齿或人字齿 ,根据需求选定 。

　　7.6.5 变速离合器的额定功率 ,不小于输入端最大功率为宜 。

　　7.6.6 变速离合器为变工况运行 ,满足在 10% ~ 100%额定功率的工况范围内长期运行 。

　　7.6.7 变速离合器安装位置开关 ,提供啮合到位和脱开到位的信号 。

　　7.7 联轴器

　　7.7. 1 联轴器宜选用挠性联轴器 ,优先选用膜片型 。使用系数不低于 1. 75。

　　7.7.2 联轴器轴法兰与中间段连接面至少设有厚度为 1. 6 mm~ 3. 2 mm 垫片组 ,两侧分别设有一组垫片组 。

　　7.7.3 联轴器采用锁紧螺母 ,不宜采用弹簧垫片 。

　　7. 8 润滑油系统

　　7. 8. 1 润滑油系统设计符合 JB/T 4365相关要求 。

　　7. 8.2 润滑油站油箱及滤油器前管道材质碳钢或不锈钢材质 ,滤油器后管道为不锈钢材质 。

　　7. 8.3 润滑油系统宜配置高位油箱 。高位油箱材质选用不锈钢 。

　　7.9 液压系统

　　7.9. 1 液压系统符合 GB/T 3766的规定 。

　　7.9.2 液压系统宜采用撬装式 ,液压管路 、阀门 、油箱 、接头等宜选用不锈钢材质 。

　　7.9.3 液压站的过滤器宜具备在线更换功能 ,过滤精度为 5 μm。

　　7. 10 仪控系统

　　7. 10. 1 控制系统

　　7. 10. 1. 1 控制系统宜采用可编程逻辑控制器(PLC)控制系统或集散控制系统(DCS) 。

　　7. 10. 1.2 控制系统由工作站 、PLC(或 DCS)控制器 、PLC(或 DCS)I/O 站 、不间断电源(UPS) 、网络设备以及打印机等组成 。

　　7. 10. 1.3 机组控制系统与电控系统 、装置工艺系统等其他系统之间的交接信号满足机组及工艺运行需求 ,参与联锁停机的信号宜采用硬接线的形式完成信号交接 。

　　7. 10. 1.4 机组控制系统监控内容 、联锁逻辑宜根据工艺专业需求完成 。

　　7. 10. 1.5 机组控制系统宜具备一键启机 、自动加载 、无人值守等智能化功能 ,能够根据运行工况自动调整参数 , 以实现机组的高效运行 。

　　5

　　GB/T 45649—2025

　　7. 10.2 机组仪表

　　7. 10.2. 1 机组现场仪表满足以下现场环境防护及防爆要求 :

　　a) 现场安装的仪表外壳及接线箱防护等级宜符合 GB/T 4208的规定 ;

　　b) 现场安装的电子式仪表根据危险区域的等级划分 ,选用符合 GB/T 3836. 1 规定且具有防爆合格证的产品 。

　　7. 10.2.2 参与联锁停机的仪表宜冗余配置 ,采用表决的形式完成相关逻辑 。

　　7. 10.2.3 现场仪表供电优先选用 24V直流(DC)电压等级 ,必要时选用 220V交流(AC)电压等级 。

　　7. 11 电气系统

　　7. 11. 1 主电机启动方式根据电网容量和负载进行选择 ,保证机组的安全启动 ,不宜对电网造成太大冲击 ,不宜影响其他用电设备的正常运行 。

　　7. 11.2 当采用电动机 、汽轮机共同驱动的调速型同轴机组时 ,宜选配四象限变频器 。 机组启动后 ,变频器具备工频运行和变频运行两种模式 ,可实现不停机无扰动切换 。

　　7. 11.3 主电机的保护按照高压电机的标准规范进行设置 。

　　7. 11.4 低压辅机用电设备宜有手动和 自动两种控制方式 。手动控制常规在现场操作箱上完成 ,手动控制仅供调试及安装检修时使用 , 自动控制由机组控制系统完成 。

　　7. 11.5 电气系统可通过电气智能终端设备 ,融合物联网 、大数据等新技术 ,构建集成化电气监控平台 ,实现电气设备状态实时传输 、远程调控 、能效优化及故障自诊断 ,形成电气智能化系统 。

　　8 临界转速

　　8. 1 弯曲振动临界转速

　　各单机弯曲振动临界转速计算宜考虑联轴器 、轴承等因素的影响 。合格数值见表 2。

　　表 2 弯曲临界转速

　　转子特性

　　原动机

　　电动机

　　汽轮机

　　煤气透平

　　压缩机

　　刚性轴

　　ncr1≥1. 2n

　　柔性轴

　　ncr1≤0. 85n;ncr2≥1. 2n

　　注 : n 为工作转速 ;ncr1为第一阶临界转速 ;ncr2为第二阶临界转速 。

　　8.2 扭转振动临界转速

　　8.2. 1 机组进行扭振分析 。

　　8.2.2 运行转速范围 ,机组的固有扭振频率至少比任一激励频率高 10%或低 10% , 同时至少比任一激励频率的 2倍高 10%或低 10% 。

　　8.2.3 当不能满足 8. 2. 2 时 ,采取必要措施消除扭转临界振动或避开此转速区 。

　　8.2.4 一般情况下 ,通过改变联轴器设计调整机组扭转振动临界转速 。 调整后仍不满足要求 ,则需要进行轴系扭振谐响应分析 ,计算扭转应力 。

　　6

　　GB/T 45649—2025

　　9 噪声控制

　　9. 1 设备噪声符合 HJ 2034—2013中附录 A 的常见环境噪声污染及其声功率级数值 。

　　9.2 管道及厂房的隔声降噪设计符合 GB/T 50087要求 。

　　9.3 噪声测量宜按 GB/T 2888执行 。

　　9.4 工作地点噪声声级卫生限值宜符合 GB 50584—2010中附录 B 的限值 。

　　10 设备运行维护

　　10. 1 机组管理

　　为了保证机组的正常运行 ,及时发现异常现象 ,避免机组重大损坏以及不必要的紧急停机 ,宜建立机组操作 、运行 、维护 、档案管理制度 。

　　10.2 机组运行

　　机组运行符合以下要求 :

　　a) 为了确保机组安全稳定运行 、宜制定详细操作规程并严格遵守 ;

　　b) 机组使用期间 ,主 、辅设备的保护装置正常投入 ;

　　c) 机组运行期间 ,宜每 1 h检查记录 1 次轴振动 、轴位移 、轴承温度 ,如发现异常情况及时排除 ,并将检查结果记录保存 ;

　　d) 定期用测听棒检测设备内部有无摩擦等异常声音 ,如发现异常声音 ,立即停机检查 ;

　　e) 每日检查 1 次油位并检查是否有水混入油中 ;

　　f) 每周进行 1 次取样 ,分析油中含水量和做 1 次备用油泵自启动试验 ;

　　g) 每年至少 2 次对油质进行鉴定 ,如发现问题 ,及时更换或补充 。

　　10.3 机组检修

　　机组检修符合以下要求 :

　　a) 机组的检修包括日常维护(小修) 、中修及大修 ;

　　b) 设备使用方可根据机组运行情况安排检修计划 ,每次检修前 ,制订详细维修计划 ;

　　c) 机组检修宜选用设备原制造厂家或其认定代理专业厂家进行 ,避免因对设备结构不清楚而导致机组设备损坏 ;

　　d) 机组检修工人及工程技术人员宜了解各单机和设备的结构 、特性 、参数及操作维护规程 ;

　　e) 设备使用方宜建立完整的设备检修档案 , 以便系统掌握设备使用情况及状态 。

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