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冶金设备管理与维修 第２４卷２００６．５（总第１２５期） 国产ＴＲＴ机组在马钢高炉上的应用 李 明 赵 刚 （马钢第二炼铁总厂 马鞍山２４３０００） 摘 要 介绍了马钢高炉３套国产煤气能量回收透平发电（ＴＲＴ）机组的运行情况。经过数年的实践运行证 明，国产ＴＲＴ机组工艺合理、投资少、见效快，节能降耗效果显著，环保、社会效益高。 关键词 国产ＴＲＴ 应用 节能降耗 环保 １ 前言 炼铁高炉是钢铁工业中的能耗最大的用户。高炉生产 产生的大量高炉煤气以前只是利用其化学能，而物理能（压 力能、热能）却没有加以利用。马钢第二炼铁总厂于２０００年 ９月在１号２５００ｍ 高炉正式投运了第一台ＴＲＴ机组，装机 容量为１万ｋＷ。２００３年１０月和２００５年９月在公司十五规 划下，分别在２号２５００ｍ 高炉及３号１０００ｍ 高炉上投运了 马钢第二台和第三台ＴＲＴ机组，装机容量分别为１．２万 ｋｗ和８０００ｋＷ。３台不同容量的ＴＲＴ发电机组主要通过煤 气透平机将炼铁高炉炉内的煤气余压能和部分热能转变成 电能。ＴＲＴ运行后不产生污染与公害，通过ＴＲＴ发电脱水 后的煤气热值燃烧利用更佳。 以１号２５００ｍ 高炉正式投运的马钢第一台ＴＲＴ机组 为例，２０００年９月～２００１年¨月，累计总发电量６２７１．６３１ 万ｋＷｈ。除去运行成本按０．３３元／ｋｗｈ（不含税）计算，共计 创经济效益２０６９．６４万元，仅１ ５个月就收回了实际投资成 本。２００６年一季度，ｌ号ＴＲＴ发电量１５２６．４万ｋｗｈ（ｔ铁发 电量２８ｋｗｈ）；２号ＴＲＴ发电量１４８７，４万ｋｗＩ１（ｔ铁发电量 ２６ｋＷｈ；３号ＴＲＴ发电量４８３．４万ｋｗｈ（ｔ铁发电量 １８ｋｗｈ）按此计算，马钢第二炼铁总厂每年可为公司自产电 量１．４亿ｋｗｈ，除去运行成本按０．３３元／ｋｗｈ（不含税）计 算，创经济效益可达Ｏ． １６２亿元／ａ。 利用高炉年修机会，从２００１年起对１号２５００ｍ。高炉 ＴＲＴ透平机进行过３次揭盖大修，平均２．１个月１次。机内 清污，设备消陷，同时积累了一定的运行检修经验。 ２马钢ＴＲＴ设备及工艺流程 ＴＲＴ（Ｔｏｐ Ｇａｓ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｔｕｒｂｉｎｅ）全名为高 炉煤气能量回收透平机组，主要是通过煤气透平机将炼铁 高炉炉内的煤气余压的压力能及部分热能转变成电能的一 种环保节能装置。ＴＲＴ由透平主机及发电机系统；润滑油 系统；液压伺服控制系统；氮气密封系统；高、低压发配电系 统；自动控制系统；大型阀门系统７个部分组成。 马钢３台ＴＲＴ机组的主要技术参数见表ｌ。 马钢ＴＲＴ透平膨胀机选用的全是陕西鼓风机集团有 限公司引进的日本川崎技术生产的透平膨胀机，同国内知 名的发电机厂生产的容量为０．８～１．２万ｋＷ的发电机配 套，用瑞士苏尔寿型刚性或柔性联轴器直联，配备东南大学 容量为１００ｋＶＡ左右的励磁机和２．７ｋＶＡ左右的永磁机，机 组转速３０００ｒ／ｍｉｎ。大型阀门根据工艺设置要求充分考虑与 高炉减压阀组的关系后选配了为ＴＲＴ配套生产的系列国 产阀门数台，控制系统和高炉同步，自行编程，并配有作为 通信检测和机组监测的合格仪表。 表ｌ马钢３台ＴＲＴ机组的主要技术参数 ３马钢ＴＲＴ机组运行要素 ３．１ 高炉的稳定顺行 ＴＲＴ作为高炉节能的装置，其本身运行的好坏是由高 炉是否稳定顺行决定的。ＴＲＴ的发电量主要取决于高炉顶 压和高炉煤气发生量。而高炉煤气发生量又和高炉冶炼强 度有关。只有在炉况条件好的情况下，在保证高炉高顶压、 高煤气发生量的前提下才能有较好的发电量，整个ＴＲ Ｆ机 组才能在最佳运行点上运行。马钢ｌ号２５００ｍ 高炉２００１年 产量２１０万ｔ，利用系数２，４，煤气发生量为４Ｏ万ｍ。／ｈ，冶炼 强度１．０５３ｔ／（ｎ１。・ｄ），顶压０．２ＭＰａ以上，在国内同行业相 同容积高炉中处领先地位，这是决定丁ＴＲ Ｆ发电量在如此 短的时间内超设计能力的关键所在。 ３．２静叶可调技术的合理运用 由于高炉冶炼的情况比较复杂，相互制约的因素很多 （原料、富氧、鼓风、焦炭配比等），这些都影响高炉瞬时煤气 量的变化，而且高炉运行要稳定，顶 控制的要求很严， ＴＲＴ运行的工况又很宽，有时因高炉的原因还要在欠负荷 下运行，这些都要求透平机可调技术要过关。马钢采用☆０透 平机二级静叶可调手段，从实践来看是非常理想的。 透平调节机构也称可调静叶，由调节缸、叶片承缸．静 叶轴承、导向环、曲柄滑块、伺服油缸等组成，驱动油源选用 Ｒｅｘｒｏｔｈ Ａ４ｖ恒压变量柱塞泵，伺服阀选用Ｍ（）ＯＧ Ｄ６７，ｌ直 动伺服阀；伺服控制器增益Ｋ 二＝０．８Ｉｌｌ；位置传感器增益人ｎ ：１ ３．４０。 陕鼓透平机引进的苏尔寿静叶可调技术最大的优点是 静叶片转动灵活，调节范围宽，叶片转动角可达到５０。，保证 了透平设计点不一定要选在最大负荷上，而是以持续时间 最长的负荷作为设计点，这样，在煤气流负荷降低或提高 时，对效率的影响都较小，使透平不存在负荷吃不了，也不 存在吃不饱的问题。 由静叶位置电液伺服控制系统完成的静叶超驰控制系 统可实现机组的转速控制（ＴＲＴ升速过程）、功率控制 一１ １一一 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２４卷２００６．５（总第１２５期） （ＴＲＴ并网后的发电机升功率过程）及顶压控制（ＴＲＴ运 行过程）。 ．冶金设备管理与维修 ３．６叶片积灰情况 作为ＴＲＴ透平机的专门设计，解决ＴＲＴ通道的积灰 是设计成败的关键，所以气流的通道尽可能要平滑，不要使 气流与边界层分离或进口延缓和减少分离。就叶片叶型而 ３机组的超速保护 机组超速的原因有２个：一是启机过程发电机并网前， 由静叶控制转速时，由于客观因素（如进气流量突然增大， 自控系统故障等）或主观因素（如手动操作误将给定信号开 得过大等）都可能导致机组超过额定转速；二是发电机并网 后且带负荷运转时，由于发电机保护设备本身或控制系统 言，积灰，庄往发生在内弧弯曲点稍后和背弧的喉部之后，选 用专用叶型和叶栅的特点是大弦长、小扭转角、大头部和大 节距，既提高了叶片的强度，又能有效地减少灰尘堆积及变 工况条件下对叶片冲角的敏感性。ＴＲＴ运行１万ｈ多，大修 失灵而使并网开关跳闸，即机组甩负荷或上级变电所解列， 解体时发现叶片积灰情况良好。不足之处是在静动叶片清 这时机组将严重超速。马钢ＴＲＴ采用了电子式和机械式 （俗称为危机保安器）双重保护。电子式超速保护为第一保 护措施，机械式保护作为后备措施。 ＤＮ１８００紧急快速切断阀是为机组超速保护而研制的 专用阀门，该阀为两位式动作，机组正常启动、运行、停机过 程中处于全开位置。当机组超速时，接受电子式超速保护系 统或机械式的输出信号，０．５ｓ内迅速关闭从而切断通过透 平机的全部气体，强迫机组紧急停机。 ３．４ 透平机组振动控制 透平机组的振动主要分为弯曲振动和扭曲振动两类 型。弯曲振动是由于每个转子部件都有残余不平衡量，在转 子旋转时产生离心力，而引起转子的径向振动和动力负荷； 扭曲振动是由于轴系引起，即与透平主机主轴相连的发电 机或其他设备引起的。振动过大的原因：①转于的动平衡 不良；②转子的共振；⑧油膜振荡；①透平膨胀机内出现液 体；④润滑油系统故障；＠外界负荷的影响。这些在运转过 程中特别是揭盖大修时，都必须高度重视。 马钢ＴＲ＇Ｉ’机组正常运行的轴振幅在０、０ｌ ６～０、０３６ｍｍ 之问，机组大修时注重了转子动平衡测试；转子动叶的测频 及校频；透平及发电机组的滑动轴承间隙数据把关；润滑油 箱清洗、滤网清洗。由于透平机检修时间长，进透平管道内 积水较多，造成检修启机后的轴振动过临界转速（１ ７５０～ ２３００ｒ／ｒａｉｎ）时的瞬时超振（大于０．２ｍｍ）。在排除其他因素 影响后．先将轴振信号连锁接触后启动升转速，待转速过丁 临界值稳定在２５０（／ｒ／ｍｉｎ后再接入轴振信号连锁，这一作 法可供同，亍参考。 ３．５机组安全生产及环保要求 煤气泄漏及密封Ｎ 气泄漏问题是影响ＴＲＴ机纰安全 生产及环保要求的关键所在。进入ＴＰ，Ｔ的煤气压力比较 高，阀门比较多，以及煤气爆炸、着火事故的可能性随时都 有。由于透平机进、出轴端的轴径达Ｄ 一ｌ７０ｍｍ，内部拉别 另密封套的磨损在所难免，除了作为密封介质的Ｎ 气耗量 很大（大于３５０ｍ ／ｔ ）成本受不了，而且Ｎ 气浓度超标易造 成人员窒息。 马钢ＴＲＴ在机组设汁和产品监制过程中高度 视了 这个问题，作法是在产品出厂前先把好监制过程关，特别是 透平机组上下机壳及中分面的水压测试（设计值为０． ２５ＭＰａ，测试值为０．３７５ＭＰａ），其次在产品设计上大胆选用 了ＴＭ螺旋浮环密封——直简密封——拉别另密封串联组 合式密封专利技术和碳环密封专利技术，指导思想足用Ｎ 封煤气，既解决了煤气轴端外泄，又解决了Ｎ 耗量大的问 题。该技术在马钢ＴＲＴ机组应用成功后并通过了省级鉴 定。实测数据煤气泄漏量小于１０ｐｐｍ，氮气耗量小于７５ｍ ／ ｈ，彻底解决了机组运行及环保的不安全隐患。 洗探伤时发现静１１－Ｐ表面的Ｎｉ—Ｐ合金镀层有局部脱落现象。 ＴＲＴ叶片动叶材料为０Ｃｒｌ７Ｎｉ４Ｃｕ．１Ｎｂ，静叶材料为２Ｃｒｌ３， 两种材料全都是不锈钢．在出厂时为了进一步增强叶片的 耐腐蚀性，在不锈钢叶片的表面进行Ｎｉ—Ｐ化学镀。此镀层 厚度０．０５ｍｍ，耐腐蚀性总体上讲优于不锈钢，但其与基体 的结合强度只有２１０～３００ＭＰａ远低于不锈钢本身的抗拉 强度（２Ｃｒ１ ３，口ｂ≥６００ＭＰａ，０Ｃｒｌ ７Ｎｉ４Ｃｕ４Ｎｂ， ≥８００ＭＰａ）， 因此在机器运行中有脱落的可能。Ｎｉ—Ｐ镀层厚只有 ０．０５ｍｍ，涂层的总体重量很小，其部分脱落不会破坏转子 的平衡，即不会影响运转质量 ４ 马钢ＴＲＴ工厂设计不足之处 （１）透平机设计能力现场对照参数的选取问题。实际透 平机设汁能力可按高炉鼓风机之同步电动机（３２ ００ｏｋＷ） 容量的１／３进行 实际使用效果．１号ＴＲＴ机组能力过于保 守，２号ＴＲ Ｆ机组能力适当，但３号ＴＲＴ机组又过于乐观 了。如选取机组再经济合理一点，也就意味着高炉近三成的 电量可用于回收．效益更加可观。 （２）励磁机功率不宜选择过大。实际使用发电机，励磁 机匹配不当加¨ｒ中频变压器，这势必造成数值匹配要求精 度值超宽等现象的发生。 （３）透平机、发电机平台要没置起重没施。马钢ＴＲＴ均 为半露天设置，只考虑了隔音罩而没考虑起重设施．这给检 修作业带来了很大困难，吊车作业检修费用高 （１１）ＴＲＴ给排水系统功能可利用加强高炉冷却水及一 文清洗水循环系统功能完成ＴＲＴ给排水要求，无需自成循 环体系（含加药问）。 （５）ＴＲ ｒ中控楼土建工程没必要过于庞大。 （６）透平机润滑系统中必须考虑润滑油的过滤、脱水双 重功能。 （７）液压系统中进、出口插板阀液压站可合二为一，室 内布置。 （８）大型阀门工艺没置上要充分考虑与高炉减压阀组 的关系。可将顶压凋节功能完全归ＴＲＴ控制。取消ＴＲＴ旁 通快开阀、启动调速阀（同时考虑二偏均压），将减压阀组阀 门中１个用于伺服量程凋节，１个用于伺服快开动作。 ５ 结束语 通过马钢高炉国产ＴＲＴ的应用实践证明，目前国产 ＴＲＴ机组通过进一步完善工厂设计，在２５００ｍ。左右的大 中型高炉上已经能够完全替代国外产品，而且性能可靠。作 为以环保节能降耗为主要目的的ＴＲＴ机组可以选用投资 少、见效快的国产机组。 （２００６—０５—０８收稿）