帶與不帶啟動閥的TRT機組轉速控制

呂兵兵（中冶南方工程技術有限公司自動化二所，湖北武漢　430223）

帶與不帶啟動閥的TRT機組轉速控制

呂兵兵
（中冶南方工程技術有限公司自動化二所，湖北武漢430223）

【摘要】針對當前TRT兩種不同的典型工藝布置，對帶與不帶啟動閥的兩種TRT升速過程進行了比較，并分析了差異原因。針對轉速控制，推薦帶啟動閥的TRT工藝布置。

【關鍵詞】TRT；啟動閥；靜葉；轉速

Speed Control of TRT Unit With and Without Starting Valve

LV Bingbing
(No.2 Automation Dept. of WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan 430223, China)

【Abstract】Regarding the existing two different types of TRT process layout, the two TRT speeding up processes with and without starting valve are compared while the reason for the difference is analyzed. For speed control, TRT process layout with starting valve is recommended.

【Key words】TRT; starting valve; static blade; rotating speed

1　引言

TRT高爐煤氣余壓回收透平裝置（Top Gas Pressure Recovery Turbine）利用高爐煤氣余壓驅動透平旋轉，并拖動發電機組，將高溫高壓高爐煤氣，轉換成電能并向電網供電。TRT回收的能量約占高爐風機所需能量的30%~50%[1]，節能效果明顯。

在對高爐TRT裝置的控制中，有兩點與安全生產直接相關，一是穩定控制其升速過程，使其成功并網，二是充分保證高爐爐頂壓力的穩定調節[2]，而前者是后者的基礎和前提。TRT轉速的穩定控制并成功并網和其工藝布置有直接的關系。本文結合當前TRT的兩個實際工程的典型工藝布置進行比較，并分析其優缺點。

2　工藝過程

陽春新鋼鐵2#1250 m3高爐TRT的工藝布置如圖1所示。

圖1　帶啟動閥的TRT典型工藝布置圖

高爐煤氣經過布袋除塵系統后，經入口電動蝶閥、入口電動插板閥、緊急切斷閥后進入透平機，入口電動蝶閥段并接有一個液壓啟動閥，緊急切斷閥段并接有一個電動均壓閥。然后經出口電動插板閥、出口電動蝶閥后進入廠區煤氣管網。旁通快開閥在緊急停機或者切換高爐頂壓調節的控制權時才會用到。

漣鋼7#3200 m3高爐TRT的工藝布置如圖2所示。高爐煤氣經過布袋除塵系統后，經入口電動蝶閥、入口電動插板閥、緊急切斷閥后進入透平機，緊急切斷閥段并接有一個電動均壓閥。然后經出口電動插板閥、出口電動蝶閥后進入廠區煤氣管網。旁通快開閥在緊急停機或者切換高爐頂壓調節的控制權時才會用到。與圖1工藝布置對比，入口電動蝶閥段取消了并接的液壓啟動閥。

圖2　不帶啟動閥的TRT典型工藝布置圖

3　帶液壓啟動閥的TRT升速控制過程

升速過程一般經歷三個階段。

第1階段為啟動升速階段(0~1200 r/min)，靜葉將會自動設置打開16%左右，入口啟動閥將自動切到“自動”控制狀態，升速速率大概為3（r/min）/s，本升速過程完全通過啟動閥來控制轉速。

第2階段為快速升速階段(1200～2300 r/min)，要快速通過共振區，升速速率大概為20~25（r/min）/s，本升速過程完全通過啟動閥來控制轉速。

第3階段為并網準備升速段(2300～3000 r/min)，升速速率大概為5~10（r/min）/s，本升速過程仍然完全通過啟動閥來控制轉速；當轉速達到3000 r/min時，穩定轉速，準備進行并網操作，當發電機和電網之間的頻率、相位、電壓三者接近或相等等外部條件滿足時，發電機并網。

注意，起機時靜葉的預設開度不能太大，如果靜葉開度過大，雖然通過煤氣量增加，但是透平入口壓力(前壓)會驟降，透平轉速也無法達到工作要求；同時高爐頂壓也不能太低，頂壓低于80 kPa也無法成功并網；頂壓低于100 kPa時，并網發電并沒有實際意義，每小時的發電量只有幾百kW·h，得不償失。

陽春新鋼鐵2#高爐TRT升速參數記錄如表1所示。

表1　陽春新鋼鐵2#高爐TRT升速參數記錄

并網成功且將入口電動蝶閥打開之后，啟動閥將自動關閉，靜葉將會自動關閉一定角度，靜葉投入全自動控制，TRT開始調節頂壓。

4　不帶液壓啟動閥的TRT升速控制過程

由于工藝設計未配置啟動閥，轉速控制只能通過“手動”調節入口電動蝶閥和靜葉開度來完成。

升速過程同樣經歷三個階段：

第1階段為啟動升速階段(0~900 r/min)，由于靜葉密閉性差，保持靜葉開度為0%時，

通過調整入口蝶閥開度，轉速可達到900 r/min左右，因此當轉速低于900 r/min基本上無法通過靜葉來控制。

第2階段為快速升速階段(900 r/min ~2200 r/min)，在快速通過共振區時，主要通過控制靜葉開度來完成，旁通快開閥同時關閉。由于透平入口壓力(前壓)需要不小于75 kPa，應盡量保證透平入口壓力不小于150 kPa。入口電動蝶閥開度應不小于30%。

第3階段為并網準備升速段(2200～3000 r/min)，過共振區時靜葉最大開度限定在20%，當轉速大于2200 r/min時應將靜葉開度調整至7%左右，此時轉速可穩定在3000 r/min左右，準備進行并網操作等。

漣鋼7#高爐TRT升速參數記錄如表2所示。

表2　漣鋼7#高爐TRT升速參數記錄

并網成功后，入口電動蝶閥根據生產實際打開一定角度，靜葉投入全自動控制，TRT開始調節頂壓。

5　是否設置液壓啟動閥的TRT升速控制過程對比

采用帶液壓啟動閥的TRT裝置，其升速過程在各參數通過實驗得出后，靜葉固定某一開度，啟動閥設置為“自動”狀態，三個升速過程不需要操作人員的參與，可實現全自動升速。沒有帶液壓啟動閥的TRT裝置，其升速全過程要通過不斷“手動”調節入口電動閥和靜葉的開度來控制轉速；且在啟動升速階段，轉速低于某一值（如900 r/min），基本上是無法通過靜葉來控制的，增加了操作人員的工作強度和難度。

導致上述差異的原因主要有兩個，首先，啟動閥所在的工藝管道管徑通常為入口蝶閥所在管道的三分之一左右，對應的啟動閥開關對高爐煤氣介質的流通影響更靈敏，進而對透平轉速的調節更靈敏。其次，啟動閥通常為液壓驅動，而入口蝶閥通常為低壓電源驅動，液壓驅動系統具有傳動功率大、平穩的特點，從而使得帶液壓啟動閥的TRT裝置在升速全過程能既快又好地實現對轉速的穩定快速控制。

6　結語

采用帶有液壓啟動閥的TRT裝置，在透平升速及并網過程中，明顯優于不帶有液壓啟動閥的TRT裝置，能既快又好地實現對轉速的穩定快速控制。

本文提到的兩種對應不同容積的高爐TRT工藝裝置，升速過程中相應的具體參數值可能有些許不同，但不影響本文的結論。

[參考文獻]

[1]程伯蘭.高爐煉鐵工藝及計算[M].北京：冶金工業出版社，1991.

[2]周彬，劉立新，郝吉廷.前壓控制方案在高爐TRT上的應用[J].冶金動力，2010，138（2）：41- 43.

[3]杜鳳祥.高爐煤氣余壓發電裝置兩種工藝比較[J].冶金動力，2005，109（3）：4- 8.

作者簡介：呂兵兵（1984-），男，碩士研究生學歷，工程師，主要研究方向為冶金系統煉鐵自動化。

收稿日期：2014－12－30

【中圖分類號】X757

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0004-02