高爐煤氣余壓發(fā)電裝置講課材料

1、高爐煤氣余壓發(fā)電裝置（TRT）介紹陳振強2005年3月一、概述所謂“TRT”，是國際上對這種節(jié)能裝置的簡稱，其英文全稱為“Top pressure Recovery Turbine unit”，中文譯為爐頂（余）壓回收透平，一般更確切的稱之為高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電機組。高爐是鋼鐵企業(yè)的重要設(shè)備，其主要作用是冶煉生鐵。爐內(nèi)有鐵礦石、焦碳和附加物組成的煉鐵爐料，當(dāng)高溫空氣被鼓風(fēng)機鼓入高爐后，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，熔化的鐵水從高爐底部排出，其頂部則輸送出大量的高爐煤氣，經(jīng)過重力除塵、旋風(fēng)除塵及干式（或濕式）煤氣清洗工藝得到較干凈的高爐煤氣，再經(jīng)過減壓閥組或TRT進入低壓煤氣管網(wǎng)供用戶使用。隨著高爐越

2、來越趨向于大型化和高壓爐頂，高爐所需能耗也越來越大，另外又由于原來爐頂壓力是由減壓閥組控制的，故頂壓越高，在減壓閥組上浪費的能量也就越多，產(chǎn)生的噪音也越大，對環(huán)境的污染程度越大。TRT是用透平膨脹機將原來白白損耗在減壓閥組上的高爐煤氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，再通過發(fā)電機將機械能變成電能輸送給電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計TRT回收的能量相當(dāng)于高爐鼓風(fēng)能耗的三分之一左右。該裝置的特點是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染，無公害的最經(jīng)濟的發(fā)電設(shè)備，可以代替減壓閥組調(diào)節(jié)穩(wěn)定爐頂壓力。由此可見，TRT既具有顯著的經(jīng)濟效益，又具有明顯的環(huán)保、社會效益，因此被各鋼鐵企業(yè)作為重大節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用。二、TRT的基本知識1、透平：透

3、平是英文“Turbine”的音譯，所謂透平機械（即渦輪機械）泛指具有葉片或葉輪的動力機械。2、能量回收透平：能量回收透平裝置是利用各種工藝氣體所具有的壓力能、熱能，通過一臺透平膨脹機膨脹作功，來進行能量回收的一種節(jié)能裝置。3、透平的分類：透平機械主要分兩大類，一類是作為原動機向外界輸出功的透平機械，如汽輪機、燃氣輪機、水輪機、TRT等；另一類是作為反原動機需要由外界輸入功的透平機械，如透平壓縮機、透平式泵等。另外按氣體在透平中的流動方向可分為：徑流式透平、軸流式透平及混流式透平；按氣動原理可分為反動式和沖動式。三、TRT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理就透平主機而言，典型的TRT主機主要由以下部件構(gòu)成：1

4、、定子：定子主要包括機殼、靜葉及靜葉可調(diào)機構(gòu)、盤車裝置等，機殼是透平機最重要的承壓部件，采用水平剖分式，中分面經(jīng)過精密加工，以防泄漏，靜葉可調(diào)機構(gòu)包括伺服油缸、調(diào)節(jié)缸、導(dǎo)向環(huán)、滑塊、曲柄、靜葉軸承、葉片承缸等部件，電動盤車裝置為手動嚙合，當(dāng)主軸超過一定轉(zhuǎn)速時自動脫開。2、轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子由各級動葉、隔葉塊、主軸組成，葉片沿圓周方向裝入主軸的葉根槽內(nèi)，兩個葉片之間用隔葉塊定位。3、軸承：采用壓力油潤滑的滑動軸承。支撐軸承為四油葉軸承，推力軸承為金斯貝雷式軸承。4、軸端密封：采用充氮氣的拉別令密封。5、主油泵：透平軸端設(shè)有主油泵，正常運轉(zhuǎn)時供軸承潤滑用油。6、噴水裝置：在透平的進氣端導(dǎo)流器處，裝有一定數(shù)

5、量的水噴嘴，可以連續(xù)或間斷噴水，沖洗流道，防止積灰。7、底座：底座采用焊接結(jié)構(gòu)，設(shè)有滑動鍵和固定鍵，既要保證機體自由熱膨脹又要使轉(zhuǎn)子和定子間各項間隙保持在允許范圍內(nèi)。8、透平機還設(shè)有超速遮斷保護機構(gòu)（超過額定轉(zhuǎn)速的10%）及軸振動、軸位移、轉(zhuǎn)速等監(jiān)測保護裝置。TRT的工作原理說起來比較簡單，在減壓閥組前把高壓的高爐煤氣引出，經(jīng)過TRT入口的大型閥門進入透平入口，通過導(dǎo)流器使氣體轉(zhuǎn)成軸向進入靜葉，氣體在靜葉和動葉組成的流道中不斷膨脹作功，壓力和溫度逐級降低，并轉(zhuǎn)化為動能作用于轉(zhuǎn)子使之旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機一起轉(zhuǎn)動而發(fā)電。作功后的氣體經(jīng)過擴壓器進行擴壓，以提高其背壓達到一定值，然后經(jīng)排氣

6、渦殼流出透平，經(jīng)過填料脫水器后進入煤氣管網(wǎng)。TRT與汽輪機和燃氣輪機相比有以下特點：1、系統(tǒng)的構(gòu)成和作用不一樣，TRT主要用來節(jié)能。2、溫度低、壓力低、膨脹比小，而流量很大。3、介質(zhì)復(fù)雜：存在氣-固、氣-液、氣-固-液的二相或三相形式，而且還會產(chǎn)生相變（有凝結(jié)水析出）。4、運行情況受高爐影響，煤氣流量波動大，變化頻率高。5、由于高爐煤氣中有灰塵，葉片易磨損，并容易積灰和堵塞。6、氣體中含腐蝕性的氯和二氧化硫等物質(zhì)，溶于水后形成酸對葉片造成腐蝕。7、TRT作為高爐的附屬設(shè)備，對高爐的生產(chǎn)有著重要的作用，因此TRT的運行必須以保證高爐正常運行為前提，不允許對爐況產(chǎn)生不良影響。8、高爐煤氣是有毒氣體

7、，所以TRT及系統(tǒng)的安全性十分重要，要求所有設(shè)備必須安全可靠。四、TRT裝置的工藝流程和系統(tǒng)組成TRT裝置在工藝中的設(shè)置一般是：高爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過重力除塵器、塔文系統(tǒng)/雙文系統(tǒng)/比肖夫系統(tǒng)，進入TRT裝置，TRT與減壓閥組是并聯(lián)設(shè)置。高壓的高爐煤氣經(jīng)過TRT的入口蝶閥、入口插板閥、（調(diào)速閥）、快切閥，進入透平機膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，自透平出來的低壓煤氣，進入低壓煤氣系統(tǒng)。發(fā)電機的出線斷路器接在10kv系統(tǒng)母線上，經(jīng)變電所與電網(wǎng)相連，當(dāng)TRT運行，高爐正常時，發(fā)電機向電網(wǎng)送電，當(dāng)高爐短期休風(fēng)時，TRT不解列停機，作電動運行，從電網(wǎng)吸收電能。實際應(yīng)用中的TRT一般由八大系統(tǒng)組成。1、透平主機：

8、透平主機是TRT的主要部分，由它來完成壓力能向動能的轉(zhuǎn)化，同時通過靜葉的調(diào)節(jié)功能來保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)已在前面介紹過，不再贅述。2、大型閥門系統(tǒng)：TRT系統(tǒng)的大型閥門主要有入口蝶閥、入口插板閥、調(diào)速閥、快切閥、旁通快開閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對煤氣的完全切斷，給機組創(chuàng)造檢修和安全條件；入口蝶閥可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)進入TRT的煤氣量，同時可以作為敞開式插板閥開關(guān)時的輔助閥門；出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開式時才配置；調(diào)速閥用于機組啟動過程中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和機組并網(wǎng)后的功率調(diào)節(jié)；快切閥能夠在機組出現(xiàn)重故障時，在0.5-1秒時間快速關(guān)閉，切斷TRT的煤氣來源，保證機組安全停機；旁通快

9、開閥的作用是當(dāng)TRT機組重故障停機快切閥快速關(guān)閉時，能夠快速打開到一定角度，使高爐煤氣有出路，保證高爐爐頂壓力不產(chǎn)生大的波動，并且可以作為TRT與減壓閥組頂壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換時的過渡手段，具有一定的頂壓調(diào)節(jié)功能。3、潤滑油系統(tǒng)：大型透平機械都是靠軸承支撐來進行旋轉(zhuǎn)工作的，要保證機組安全可靠的運行，其重要的一個環(huán)節(jié)，就是要給各軸承潤滑點及時提供一定的稀油循環(huán)潤滑，以滿足機組在正常工況下及事故狀態(tài)下的潤滑油供給，這個系統(tǒng)就是潤滑油系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括潤滑油站、濾油器、冷油器、高位油箱、油泵、閥門和檢測儀表等，油泵和油站能夠提供一定壓力、一定流量、溫度正常、清潔的潤滑油，高位油箱是在停電等緊急事故狀態(tài)下，靠

10、自然位差維持機組停機惰走時的潤滑油供給。4、電液伺服控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由液控單元、伺服油缸、動力油站三部分組成。液控單元包括調(diào)速閥控制單元、靜葉控制單元、快開閥控制單元；伺服油缸為雙活塞桿結(jié)構(gòu)；動力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門和檢測儀表等組成。這一系統(tǒng)控制著調(diào)速閥、靜葉和旁通快開閥的開關(guān)和調(diào)節(jié)性能，直接影響機組的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、機組正常運行和停機時的頂壓穩(wěn)定，因此也非常重要。5、給排水系統(tǒng)：其給水部分主要有兩個：一是靜葉噴霧水管線，采用工業(yè)新水，在TRT運轉(zhuǎn)時對機組的葉片進行沖洗，防止積灰，是保證TRT長期運行的重要手段；二是快切閥、調(diào)速閥沖洗水管線，在TRT停機后及啟動前對閥門

11、進行沖洗，防止閥門由于積灰造成卡塞。機組和管道中的機械水和冷凝水通過排水管線排出，由于TRT入口前是高壓煤氣，因此采用排水密封罐取代普通水槽進行排水。6、氮氣密封系統(tǒng)：TRT的工質(zhì)是高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，故決不能讓其外泄，因此采用惰性、無毒的氮氣作為密封介質(zhì)，配合機械的拉別令密封來保證煤氣不從旋轉(zhuǎn)的軸端外泄，并且該系統(tǒng)具有差壓調(diào)節(jié)功能，保證氮氣壓力高于被封煤氣壓力0.02-0.03MPa。7、高低壓發(fā)配電系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括同步發(fā)電機、高壓配電系統(tǒng)、低壓電控系統(tǒng)。由于TRT是在煤氣區(qū)域運行，因此同步發(fā)電機采用無刷勵磁；高壓配電系統(tǒng)設(shè)置有手動準同期并網(wǎng)裝置、自動準同期并網(wǎng)裝置，以及差動、復(fù)

12、合電壓閉鎖過流、失磁等保護；低壓電控系統(tǒng)包括備用油泵的自啟動、加熱器溫度連鎖、閥門連鎖控制等設(shè)施。8、自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)由檢測儀表、操作站等組成，主要包括反饋控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高爐頂壓復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電液位置伺服控制系統(tǒng)、氮氣密封差壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序邏輯控制系統(tǒng)等。由這些系統(tǒng)對TRT機組進行啟動、運行、過程檢測控制，在保證高爐正常生產(chǎn)、頂壓波動不超限的前提下，完成TRT的啟動、升速、并網(wǎng)、升功率、頂壓調(diào)節(jié)、正常停機、緊急停機、電動運行等操作。五、TRT的運行操作過程及注意事項1、TRT啟動：1）TRT啟動前，先將潤滑油系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮氣密封系統(tǒng)、高

13、低壓配電系統(tǒng)等附屬設(shè)施投入運行，機組盤車運轉(zhuǎn)，并做各項連鎖實驗，并逐步打開出、入口插板閥和快切閥，引入低壓煤氣，確認關(guān)閉靜葉、入口蝶閥和旁通快開閥，此時TRT控制室會向高爐控制室發(fā)出申請啟動信號，如果爐況允許高爐控制室要發(fā)出同意啟動信號，否則TRT無法進行實驗和啟動操作。2）準備工作完成后，TRT將打開入口蝶閥，引入高壓煤氣，這時TRT才與高爐系統(tǒng)連在一起，然后通過微機操作進行TRT自動升速，機組轉(zhuǎn)速由盤車轉(zhuǎn)速（6-20轉(zhuǎn)/分）升至工作轉(zhuǎn)速（3000轉(zhuǎn)/分），由于程序和設(shè)備不同，每臺TRT的升速曲線和時間都不盡相同。在升速過程中，最重要的是跨越臨界轉(zhuǎn)速，TRT的臨界轉(zhuǎn)速一般在1600轉(zhuǎn)/分20

14、00轉(zhuǎn)/分之間，跨越前TRT控制室會通知高爐控制室，高爐控制室只要注意監(jiān)視爐頂壓力和減壓閥組就可以，盡量不要操作減壓閥組，因為TRT在跨越臨界轉(zhuǎn)速時，靜葉角度瞬間開大，會造成頂壓有所下降，但越過臨界轉(zhuǎn)速以后，靜葉又會馬上關(guān)小，如果在此期間關(guān)小減壓閥組的話，會造成爐頂壓力大幅升高，有時還會造成TRT超速停機。但煤氣清洗如果是比肖夫系統(tǒng)，并且高爐頂壓控制在環(huán)縫時，這一點不用注意，因為環(huán)縫與TRT是串聯(lián)調(diào)節(jié)。3）TRT機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)/分后，機組進行并網(wǎng)操作，機組并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，不再對轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。然后TRT會逐步手動開大靜葉，并投入爐頂壓力自動調(diào)節(jié)（比肖夫系統(tǒng)配置的TRT要先將

15、環(huán)縫調(diào)節(jié)頂壓打到手動后，TRT靜葉才能投入自動調(diào)節(jié)頂壓，兩者同時在自動狀態(tài)調(diào)節(jié)頂壓會造成頂壓波動，TRT投自動調(diào)節(jié)頂壓后，高爐控制室將環(huán)縫逐漸手動開大，使環(huán)縫差壓在30 KPa），由于TRT的爐頂壓力設(shè)定值比高爐控制室的設(shè)定值低3KPa，減壓閥組的自動閥會逐漸關(guān)小，此時高爐控制室要根據(jù)爐頂壓力逐漸關(guān)小減壓閥組的手動閥至全關(guān)，切記：不要將減壓閥組的自動閥打成手動，因為在TRT調(diào)節(jié)爐頂壓力不好時，自動閥可以作為補充調(diào)節(jié)，使爐頂壓力不會過高，特別是在TRT緊急停機時，自動閥可以自動打開，保證高爐正常生產(chǎn)。2、TRT運行：TRT正常運行時，靜葉和減壓閥組的自動閥同時調(diào)節(jié)爐頂壓力，TRT向電網(wǎng)輸送電能。

16、一般TRT靜葉調(diào)節(jié)頂壓的精度比減壓閥組的要高，如果在3 KPa以內(nèi)，自動閥就不會打開，當(dāng)TRT調(diào)節(jié)頂壓波動太大、影響高爐生產(chǎn)時，可以將靜葉打成手動，并適當(dāng)關(guān)小，使減壓閥組的自動閥有一定開度，具備調(diào)節(jié)頂壓的能力，由減壓閥組來調(diào)節(jié)頂壓，比肖夫系統(tǒng)也可用環(huán)縫調(diào)節(jié)頂壓。在TRT運行期間，如果高爐控制室的儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障，爐頂壓力反饋值不準或失靈時，要立即通知TRT控制室將靜葉打到手動狀態(tài)，因為TRT進行頂壓調(diào)節(jié)的反饋信號是取自高爐控制室，并根據(jù)該信號進行調(diào)節(jié)，一旦信號失靈，將造成頂壓劇烈變化，影響高爐的安全生產(chǎn)。高爐減風(fēng)或短時間休風(fēng)時TRT可以做電動運行，不用停機，對高爐也沒有任何影響，此時高爐控制室需要將減壓閥組盡量全開，因為電動運行時的電能轉(zhuǎn)化成了熱能，使TRT及附近管道中的煤氣溫度升高，需要煤氣的流通將其及時帶走，另外，高爐長時間休風(fēng)、處理煤氣前，也不用急于讓TRT停機，因為TRT運轉(zhuǎn)對休風(fēng)和處理煤氣前的準備沒有影響，完全可以多回收這一時段的電能。3、TRT停機：停機分正常停機和緊急停機，TRT正常停機前會通知高爐控制室根據(jù)頂壓逐漸開大減壓閥組，同時TRT控制室將靜葉打到手動，并逐漸關(guān)小，將煤氣流的大部分逐漸轉(zhuǎn)移到減壓閥組