安鋼TRT裝置的運行實踐*

于開維 王震 洪學魁 季雙鳳 劉璐(安陽鋼鐵股份有限公司)

安鋼TRT裝置的運行實踐*

于開維 王震 洪學魁 季雙鳳 劉璐(安陽鋼鐵股份有限公司)

結合安鋼TRT生產實際，介紹了TRT運行過程中所存在的問題，通過分析查找原因，采取清除葉片積灰和消除應力、增加氮氣密封、完善頂壓及前壓PID控制、提高靜葉響應速度等措施有效解決了這些問題，從而使TRT系統安全、穩定運行，同時發電效率提高了18%以上。

高爐煤氣余壓透平發電裝置 發電效率 靜葉 前壓

0 前言

TRT是利用高爐煤氣具有的壓力能和熱能來發電的一種二次能源回收裝置。該裝置既可以回收高爐汽輪鼓風機所需能量的30%左右，又可以凈化煤氣、降低噪音、穩定爐頂壓力，改善高爐生產的條件，不產生任何污染，是國際公認的節能環保項目［1］。

安鋼目前擁有一座2200 m3高爐和一座2800 m3高爐，高爐煤氣凈化方式采用重力除塵和畢肖夫濕法除塵。兩座高爐各配備了一套濕式TRT發電機組，分別為1#TRT機組和2#TRT機組。1#TRT機組裝機容量為10000 kW，2#TRT機組裝機容量為15000 kW。TRT投運初期出現了靜葉及液壓閥門失靈、軸封漏氣并網困難、高爐頂壓及TRT壓力波動等問題，嚴重影響機組連續運行時間和發電效率。通過采取清除葉片積灰和消除應力，增加氮氣密封，完善頂壓及前壓PID控制，提高靜葉響應速度等措施有效解決了這些問題，使發電效率提高了18%以上。

1 TRT工藝及設計參數

1.1 工藝流程

高爐產生的煤氣經重力除塵器、畢肖夫除塵及降溫、脫水器脫水后，進入透平機膨脹做功拖動發電機轉子旋轉而發電，自透平機低壓側出來的煤氣進入高爐煤氣主管網。當TRT不運行時，煤氣經QOV閥進入低壓煤氣主管網;當TRT事故停機時 ，QSV閥在0.8 s內快速關閉起到保護機組的作用，同時QOV閥在1 s內快速打開，確保高爐生產的穩定。其工藝流程如圖1所示。

圖1 安鋼TRT發電工藝系統流程

1.2 主要技術參數

安鋼TRT機組的結構形式為濕式二級軸流反動式，機殼布置形式為臥式水平剖分式，進排氣方式為機組下方進氣下方排氣。煤氣沿透平機主軸方向經過定子上兩級可調靜葉與轉子上動葉的間隙流動。流動過程中氣體壓力與溫度降低，焓值下降，流速增高，動葉片受到了氣體高速流動的沖擊力和膨脹的反動力的推動而帶動轉子旋轉。這種形式具有結構緊湊、占用空間小、檢修和維護方便、流量范圍寬、變工況性能好、靈活迅速穩定控制機組轉速和前壓及效率 高的特點。TRT具體設計技術參數見表1。

表1 1#、2#TRT透平機技術參數

2 存在問題及分析

2.1 靜葉動作失靈

靜葉失靈會迫使機組停機或無法開機。分析原因為高爐煤氣含塵量較大，重力除塵和畢肖夫除塵效果不好，煤氣中的灰塵在靜葉葉片處嚴重積垢，葉片與曲柄滑塊連接石墨軸承卡澀，無法動作。靜葉調節機構在多次異常沖擊下出現本體變形，導向滑座與支撐底座間存在0.4 mm間隙，內應力增大，造成部分靜葉曲柄滑塊松動、脫落，導向滑座與支撐底座之間的緊固螺栓松動，定位銷被扭斷，靜葉不能正常沿導向桿水平滑動。

2.2 QOV閥、QSV閥等液壓閥門失靈

QOV閥、QSV閥等液壓閥門失靈會影響TRT發電、設備安全和高爐生產，分析原因大多是由于液壓油品變質、顆粒增多堵塞電磁閥芯和液壓油缸密封圈老化、液壓閥內漏等原因造成，同時液壓系統自配的過濾精度10 μm的濾芯不能滿足要求。

2.3 透平機軸封漏煤氣

TRT透平機軸端采用的密封形式是疏齒迷宮式密封加充氮碳環密封。在裝配過程中疏齒與機殼的間隙調整若不合適，主軸旋轉時就會與機殼微量摩擦造成疏齒磨倒或磨平，煤氣中的雜質卡澀在碳環密封套與碳環之間，使碳環失去隨主軸振動調節伸縮量的能力。主軸將伸出密封套部分的碳環磨平后與密封套摩擦，造成主軸磨損，密封失效，煤氣大量泄漏，嚴重危害人身與設備的安全，迫使TRT停機檢修。

2.4 TRT機組開機困難

開機的主要困難在于機組通過臨界轉速共振區而聯鎖而停車(振動聯鎖停車值160 μm)。開機時前壓設定越高，進入TRT的煤氣量越多，動能越大，有利于升轉速，但對機組沖擊力越大;前壓設置偏低，流量過小，轉速升不上去，兩種情況均不容易通過臨界。

2.5 高爐爐頂壓力和TRT前壓波動較大

高爐生產過程中，高爐的煤氣量會發生變化，爐頂壓力也隨之變化。特別在高爐上料或換風口時頂壓波動較大(±10 kPa～15 kPa)，高爐爐頂壓力和TRT前壓波動較大直接影響高爐生產和TRT發電。解決這個問題的關鍵是如何完善頂壓調節器對畢肖夫環縫開度的控制，以及前壓調節器對靜葉、QOV閥、BCV閥的控制。

2.6 TRT發電效率低

TRT剛投運時畢肖夫環縫壓差設置到60 kPa，QOV閥和BCV閥開度保持在20%左右，高爐頂壓200 kPa且穩定后再開機，一旦休風立即停機，TRT發電效率較低，設備故障頻繁。通過分析，TRT利用高爐煤氣膨脹做功發電的過程類似于等熵過程。濕式TRT發電量計算如下式［2］。

式中:W——發電量;

Q——高爐煤氣質量流量;

Cp——發高爐煤氣定壓比熱;

T入——發透平機入口絕對溫度;

P入(P出)——透平機入口(出口)煤氣絕對壓力;

m——高爐煤氣多變指數;

N透(N電)——透平機(發電機)效率;

t——機組運行時間。

由公式分析得出效率低的原因為Q、P入、t這三個參數值沒有實現最大化，部分煤氣通過QOV閥和BCV閥流走沒有全部進入TRT，過于保證煤氣的除塵效果，環縫壓差設置過高，P入(前壓)值減小;設備連續運行率低。

3 對策與措施

3.1 清除葉片積灰，消除內應力

通過對靜葉進行清灰，在導向滑座與支撐底座間增加0.4 mm的金屬墊片，消除此處內應力，對松動或斷裂的部件進行緊固或更換;同時通過增加重力除塵放灰次數，每次高爐定修時對畢肖夫塔內和洗滌水管路進行清灰、疏通，保證煤氣洗滌效果，從源頭上減少葉片積灰。

3.2 提高液壓油品精度

在油站配備過濾精度5 μm的濾油機進行在線過濾，每星期使用顆粒檢測儀在線化驗液壓油精度，控制油品顆粒度在NAS7級以內;并且每年對各液壓系統進行清洗，更換濾芯、老化密封圈和損壞的電磁閥。但在清洗閥臺時發現液壓系統中容易進入空氣，被壓縮后頂住油壓使閥門無法動作，采取在供油管路測壓點處接入軟管放出空氣的方法來解決此問題。

3.3 增加疏齒處氮氣密封

通過重新調整疏齒與機殼的間隙在合適范圍內，并在疏齒迷宮式密封處增加一處氮氣密封，阻止大量煤氣從疏齒處漏入碳環，并對煤氣起清潔作用，同時根據泄漏情況適當增加氮氣壓力，嚴重時更換碳環。

3.4 提高靜葉響應速率

為解決開機通不過臨界轉速問題，經過不斷嘗試摸索，先將TRT前壓設定在45 kPa，將轉速升至1000 rpm后保持5 min使機組趨于平穩，此轉速設置過高則會因過于接近臨界轉速升速慣性不夠而通不過臨界。觀察靜葉開度，若開度大于20%則為機組動能不足，適當提高前壓使其開度小于10%，以便沖臨界過程中靜葉具有跟蹤調節余量，并且通過PLC控制中的PID參數設定將轉速在1000 rpm～2000 rpm間的靜葉調節響應速度增快，轉速上升速率相應增快，在此區間不間斷提升轉速，機組基本可順利通過共振區。

3.5 完善頂壓及前壓PID控制

綜合考慮了TRT運行過程中可能出現的不穩定因素，并結合控制系統的特點，采取了以下控制方式。

1)TRT開機時，前壓的測量值和設定值其偏差經過PID運算作為調節輸出信號控制QOV閥開度，使前壓達到設定值。隨前壓的升高，高爐頂壓有升高的趨勢，環縫將隨之開大，環縫差壓將逐漸減少以保持高爐頂壓穩定［3］。

2)TRT并網升功率時，前壓調節由QOV閥、BCV通閥和TRT靜葉共同完成。此時送入QOV前壓調節器的設定值，需經過前壓設定值偏差(加上一個固定差值5 kPa)運算后，使其略高于TRT靜葉控制回路的設定值，這樣該控制系統將控制QOV閥逐漸關閉，同時迫使靜葉逐漸開大，通過TRT的煤氣流量增加，發電機輸出的有功功率隨之升高。BCV閥初始狀態為全關，而送入BCV閥前壓調節器的前壓設定值，同樣需經過前壓設定值偏差(加上一個固定差值8 kPa)運算，這樣BCV閥可起后備調節作用。TRT降功率與升功率時相反。

3)TRT事故停機時，QOV閥能在1 s內打開至緊停計算角，轉移通過TRT的全部煤氣量，將高爐爐頂壓力波動控制在±5 kPa內。

3.6 優化工藝，提高TRT發電效率

在TRT運行時，全部關閉QOV閥和BCV閥，以確保煤氣量全部通過TRT;經過對比分析，將畢肖夫環縫壓差設置在40 kPa，保證煤氣清洗效果，使含塵量控制在10 mg/m3以下，最大限度的提高了TRT前壓;當高爐煤氣頂壓穩定到160 kPa且煤氣流量達到25萬m3/h以上立即開機，在高爐休風前待頂壓無法滿足TRT運行時才停機。同時通過增設智能點檢系統、制定制度、編制作業標準等方式加強設備點檢維護保養，對系統全面進行檢查，消除設備隱患。

4 運行效果

通過采取以上措施，有效解決了靜葉動作失靈的問題，消除了因葉片積灰造成煤氣流通面積減少而對機組出力的影響，減少了液壓閥門的故障，控制住了軸封煤氣泄漏，避免了TRT各種狀態下對高爐頂壓的影響以及高爐布料對TRT前壓的影響，實現了系統的穩定可靠。

1)TRT機組并網成功率由20%提高到80%以上，故障停車次數大大減少(見表2)，機組年運行時間顯著增加，機組檢修周期也由3個月延長為9個月以上。

表2 1#、2#TRT機組近年來的運行情況

2)TRT發電效率明顯提高，目前機組日平均發電量與2008年比可增加6萬kW·h，一年內同等運行時間(按310天計算)來年發電量增加1860萬kW·h。

5 結束語

安鋼1#、2#TRT在運行實踐過程中，通過解決運行中出現的問題，對工藝、PLC控制及操作進行技術優化與改進，探索提高TRT發電的途徑，為穩定高爐爐頂壓力，保證系統安全穩定運行，提供了可靠的條件，同時發電效率大大提高，為安鋼創造了可觀的經濟效益，也為在建的3#高爐干式TRT投運提供了指導與借鑒意義。

［1］唐志宏，楊劍，廖玉通，趙秀華.柳鋼高爐TRT發電技術介紹.煉鐵技術通訊，2008(1):8－9.

［2］劉振軍，李海波.寶鋼高爐提高TRT發電實績［J］.鋼鐵.2005，40(8):11－14.

［3］周斌，劉立新，郝吉廷.前壓控制方案在高爐TRT上的應用.冶金動力，2010(2):41－43.

THE OPERATION PRACTICE OF TRT DEVICE

Yu Kaiwei Wang Zhen Hong XuekuiJi Shuangfeng Liu Lu
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

It introduces the remaining problems during TRT operation according to TRT production practice in Anyang Steel.It is found that cleaning dust in blade，eliminating stress，increasing nitrogen sealing，perfecting top pressure and pressure PID control and improving static blade response speed can effectively solve these problems through analysis，thus TRT system runs safely and stably，generation efficiency is improved by more than 18% .

TRT generating efficiency stationary blade front pressure

2012—1—5