楊劍峰   柴增輝

（山西建邦集團(tuán)鑄造有限公司）

摘要 本論文主要介紹了TRT(高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置)在山西建邦集團(tuán)鑄造有限公司380m3煉鐵高爐上的安裝應(yīng)用及實(shí)踐。TRT裝置是利用高爐爐頂壓力能把高爐煤氣導(dǎo)入透平機(jī)中膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量回收裝置，該裝置可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30-35％。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還能代替減壓閥組工作，能夠調(diào)節(jié)穩(wěn)定高爐爐頂壓力，促使高爐順行，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)球鐵煉鑄，大大提高了能源利用效率。在確保爐頂壓力穩(wěn)定，保證高爐正常運(yùn)行的前提下，最大限度地回收高爐煤氣壓力的潛在能量，噸鐵發(fā)電量不斷創(chuàng)歷史新高，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益十分可觀。推進(jìn)節(jié)能減排，促進(jìn)降本增效，實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣回收利用。

關(guān)鍵詞 TRT   煤氣   經(jīng)濟(jì)效益   節(jié)能降耗

1.0 工藝流程

高爐冶煉生產(chǎn)產(chǎn)生大量的含塵顆粒煤氣，煤氣當(dāng)中還有CO和H₂是鋼鐵企業(yè)的二次能源。在經(jīng)過重力除塵、干式布袋除塵后，變?yōu)閴毫?/span>140-150KPa 、溫度180℃、塵量≤8mg/m³帶一定能量的煤氣，達(dá)到工業(yè)爐窯的使用標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入TRT裝置，經(jīng)過TRT的入口蝶閥、全封閉液壓入口插板閥、快速切斷閥和可調(diào)靜葉進(jìn)入透平膨脹做功，透平帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。膨脹后的煤氣經(jīng)過全封閉液壓出口插板閥，送到減壓閥組后的煤氣主管網(wǎng)上，這樣TRT機(jī)組與減壓閥組就形成了并聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高爐頂壓的控制。在入口插板閥之后、出口插板閥之前，與TRT并聯(lián)的地方，有旁通閥作為TRT緊急停機(jī)時(shí)TRT與減壓閥組之間的平穩(wěn)過渡之用，以確保高爐頂壓不產(chǎn)生大的波動(dòng)。膨脹后的高爐煤氣進(jìn)入廠區(qū)低壓煤氣管網(wǎng)。整個(gè)工藝過程中高爐煤氣始終在密閉的管道和密封程度高的煤氣透平機(jī)內(nèi)運(yùn)行，無任何泄露和污染。

圖1  TRT工藝流程示意圖

工藝原理：高爐荒煤氣→半凈煤氣除塵裝置（重力除塵器）→精細(xì)除塵布袋器后高壓高溫干燥清凈的煤氣經(jīng)多道閥門進(jìn)入透平膨脹機(jī)，膨脹機(jī)第一級(jí)靜葉片可調(diào)，用來調(diào)整爐頂壓力，再通過性導(dǎo)流器使煤氣轉(zhuǎn)成軸向進(jìn)入葉柵，煤氣在靜葉柵和動(dòng)葉柵組成的通道中不斷膨脹做功使得溫度，壓力降低并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能使得工作輪（轉(zhuǎn)子和動(dòng)葉片）旋轉(zhuǎn)，工作輪帶動(dòng)聯(lián)軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

2.0 TRT機(jī)組概況

2.1 TRT系統(tǒng)組成

鑄造公司高爐配套TRT系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備主要由七部分組成，共同實(shí)現(xiàn)TRT的機(jī)械運(yùn)行功能。而整個(gè)系統(tǒng)分別由透平主機(jī)組與三相同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、發(fā)配電控制系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、高精度控制軟件、大型閥門組系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊饫鋮s系統(tǒng)及煤氣置換吹掃系統(tǒng)等組成。

2.2 TRT主要性能參數(shù)及運(yùn)行條件

鑄造公司高爐TRT（高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置)的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)高爐的運(yùn)行特點(diǎn)以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行確定。TRT透平機(jī)組的主要設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)如表1，以及煤氣條件如表2。

表1 TRT透平機(jī)組主要性能參數(shù)

透平機(jī)組主要設(shè)備參數(shù)：

三相同步發(fā)電機(jī)組設(shè)備參數(shù)：

表2 高爐煤氣成分

3.0 全干式TRT創(chuàng)新技術(shù)

3.1 TRT采用的透平機(jī)型號(hào)為：MPG-29-206/150，透平機(jī)采用的形式為干式，由于進(jìn)入TRT透平機(jī)的煤氣壓力較高，TRT裝置密封設(shè)計(jì)不佳，易導(dǎo)致出現(xiàn)煤氣泄漏情況。TRT采用內(nèi)部迷宮式密封，密封套容易出現(xiàn)磨損，密封介質(zhì)氮?dú)庀妮^高，增加密封成本。為防止煤氣泄漏，軸端密封在設(shè)計(jì)上采用碳環(huán)加拉別令進(jìn)行密封，并采用充氣、放氣結(jié)構(gòu)，在降低氮?dú)夂牧康耐瑫r(shí)，提高了密封的安全可能性能。

3.2 采用干式布袋除塵系統(tǒng)后，煤氣溫度較高，處理化學(xué)腐蝕的成本也相對(duì)較高，透平機(jī)組在很短的時(shí)間內(nèi)相繼出現(xiàn)末級(jí)動(dòng)葉結(jié)晶（結(jié)垢）現(xiàn)象，結(jié)晶體厚度超過3mm厚會(huì)出現(xiàn)局部脫落，使透平機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡被破壞，造成振動(dòng)值超標(biāo)。針對(duì)干式TRT機(jī)組結(jié)晶腐蝕問題，主要從TRT緩釋阻垢劑、零部件的材料選擇、表面處理技術(shù)以及防腐材料等四方面進(jìn)行研究改進(jìn)。采用緩釋阻垢劑后能夠提高機(jī)組整體耐腐蝕能力及延長機(jī)組的使用壽命，緩釋阻垢劑噴藥裝置安裝在透平機(jī)入口處，藥阻垢劑藥劑藥劑噴入煤氣管道內(nèi)，以阻止灰垢和結(jié)晶體在葉片表面的附著，延長機(jī)組的使用壽命。依據(jù)山西建邦集團(tuán)鑄造動(dòng)力規(guī)定只要TRT開機(jī)運(yùn)行，加藥的劑量必須有30%的開度要求，葉片表面涂層采用超音速等離子熱噴涂技術(shù)；機(jī)殼防腐材料采用樂泰耐蝕膠。以上改進(jìn)后依據(jù)運(yùn)行情況對(duì)比，機(jī)組的抗腐蝕性能顯著提高，TRT長周期運(yùn)行效率下降的明顯改善。

4.0 提高TRT效率研究：

4.1  W=Q/3 600×c p ×T 1 ×[1－(p 2/p 1 )^(K－1/K)]×η t ×η f             （1）

式中： W 為TRT輸出功率，kW； Q 為爐頂煤氣流量，m 3 /h； c p 為煤氣定壓比熱容，kJ/ （K·m 3 ）； T 1 為透平機(jī)入口煤氣熱力學(xué)溫度，K； p 1 為透平機(jī)入口煤氣壓力，kPa； p  為透平機(jī)出口煤氣壓力，kPa； K 為氣體絕熱指數(shù)，對(duì)于高爐煤氣， K＝ 1.38； η t 為透平機(jī)效率因數(shù)，設(shè)計(jì)取86%； η _f 為發(fā)電機(jī)效率因數(shù)，設(shè)計(jì)取96%。

4.2 噸鐵TRT發(fā)電量可表示為

E TRT ＝ W×t/G HM                                                      （2）

式中： E TRT 為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)TRT噸鐵發(fā)電量，kW·h/t； t為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)TRT有效工作時(shí)間，h； G HM 為統(tǒng)計(jì)期內(nèi)時(shí)間，h； G HM 為統(tǒng)計(jì)期合格生鐵產(chǎn)量，t。

由計(jì)算公式可見，影響TRT發(fā)電功率的因素主要有爐頂煤氣流量、爐頂煤氣溫度、爐頂壓力及TRT的有效工作時(shí)間或是TRT的作業(yè)率。附2017-2018年噸鐵電量數(shù)據(jù)，如表3。

表3 2017-2018噸鐵發(fā)電量數(shù)據(jù) （單位：kW·h/t）

由于我公司風(fēng)機(jī)一直擴(kuò)容改造,先由D1900高爐汽動(dòng)離心風(fēng)機(jī)改造成D1950，后又改為AV45-12軸流風(fēng)機(jī)。從2017年8月份投用軸流風(fēng)機(jī)后一直磨合，直到11月后逐漸穩(wěn)定地使用，該風(fēng)機(jī)使用后可以看出，隨著風(fēng)量的增大,煤氣量也是增大的，電比也是升高的，這也驗(yàn)證了“4.1”公式的正確性。

5.0 TRT機(jī)組使用中的問題

5.1 TRT是以高爐頂壓為調(diào)控依據(jù)的，我公司在使用中于2014年出現(xiàn)過頂壓信號(hào)失蹤，造成高爐灌風(fēng)口的事故。

5.2 由于頂壓的設(shè)定數(shù)值位數(shù)是三位數(shù)，因此只要是工長輸入兩位數(shù)位時(shí)，系統(tǒng)不予以默認(rèn)，并給出數(shù)位輸入錯(cuò)誤報(bào)警提示。這樣就避免了輸入數(shù)位錯(cuò)誤時(shí)帶來的頂壓數(shù)值變小，TRT靜葉瞬間全開，跟蹤頂壓時(shí)造成重力除塵和布袋除塵系統(tǒng)因?yàn)樨?fù)壓增大，導(dǎo)致整個(gè)除塵系統(tǒng)吸附變形。

5.3 含塵量大了對(duì)于TRT靜葉的動(dòng)平衡帶來了影響，軸的 x和y方向上震動(dòng)大，被迫退出使用。工勤用減壓閥組替代，后來和有關(guān)廠家合作加藥，在凈煤氣入口的管道中加入TRT緩釋阻垢劑來延長TRT的使用時(shí)長。同時(shí)公司動(dòng)力要求高爐車間加強(qiáng)破損布袋箱體的巡檢點(diǎn)檢工作，及時(shí)查找在反吹壓力過大或者安裝時(shí)花格板和布袋鋼圈口接觸不嚴(yán)實(shí)而造成的磨損和漏氣，并在通往TRT的凈煤氣管道中安裝檢測含塵量的總探頭，在各個(gè)箱體的凈煤氣出口安裝分探頭。

5.4 由于送風(fēng)比的不斷增大，布袋箱體中的煤氣流速不斷增大，最大達(dá)到了1.1m/min，煤氣在過濾風(fēng)速大，除塵效果差，而且過快的煤氣對(duì)于箱體錐體存灰位置的浮灰的擾動(dòng)作用增大，也造成凈煤氣中的含塵量增大，所以利用2018年11月停爐期，增加了兩個(gè)箱體，把煤氣流速降到了0.58m/min以內(nèi)。

5.5 由于我公司冶煉的生鐵品種是球墨用鑄造生鐵，窄硅低硫低磷低鈦特點(diǎn)要求的爐渣渣型和熔煉的溫度相對(duì)高，頂溫常年在180℃左右，以及濕熄焦的使用量大，所以在使用濾袋時(shí)選用帶覆膜層的氟美斯布袋。

5.6 我公司在高爐檢修期間發(fā)現(xiàn)在進(jìn)入各個(gè)箱體的荒煤氣管道中順著荒煤氣流動(dòng)方向上距離高爐最遠(yuǎn)的箱體的荒煤氣管道有近乎管徑一半的積灰，必然影響該箱體的除塵。

5.7 為更為有效地提升公司的發(fā)電效益,經(jīng)與TRT廠家協(xié)商,對(duì)于原透平的二級(jí)葉片進(jìn)行改造升級(jí),由原來的122片葉片增加為251片,發(fā)電量是提升（如上圖），但TRT的調(diào)壓波幅太大，甚至于影響到行程，還出現(xiàn)了TRT頂壓調(diào)劑遲滯呆板造成高爐塌料的事情發(fā)生，究其原因是進(jìn)入TRT的入口煤氣量大于額定值，被迫TRT開旁通，高爐側(cè)開減壓閥，是我公司下一步要改進(jìn)的地方。

5.8 重力除塵和布袋除塵器要及時(shí)放灰，我公司重力灰一天一放，而布袋灰每3小時(shí)就把布袋灰用氣力輸送到大灰倉中積存，12小時(shí)一放，保證煤氣含塵量在10mg/m³。

從TRT的使用情況看，五年來從高爐工長，布袋除塵工到TRT機(jī)組運(yùn)行人員，為保證TRT機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)，三家必須得通力合作，既保證了TRT穩(wěn)定有效的穩(wěn)壓，發(fā)電功能又鍛煉了我公司的技術(shù)隊(duì)伍，為公司的進(jìn)一步發(fā)展做好了技術(shù)儲(chǔ)備，人才儲(chǔ)備。

6.0 經(jīng)濟(jì)效益

    TRT投產(chǎn)后，取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過改造后的機(jī)組無論是在設(shè)備穩(wěn)定方面還是噸鐵發(fā)電方面都得到了明顯提升。按照平均噸鐵發(fā)電量36kwh,年生產(chǎn)鐵水（1900t/d*340d=64.6萬噸/年），可回收電能2326萬kW·h。以工業(yè)電價(jià)0.5元計(jì)算，相當(dāng)于降低成本1163萬元，直接降低噸鐵成本18.01元。采用TRT裝置控制高爐爐頂壓力代替原減壓閥組裝置系統(tǒng)，大大降低噪音程度（噪聲由原來的減壓閥組126dB降到75dB以下），高爐鐵產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，爐頂壓力穩(wěn)定、可靠，全部完成自動(dòng)升速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)調(diào)整頂壓及全部TRT過程檢測與過程控制的各項(xiàng)功能。避免振動(dòng)的產(chǎn)生，減排CO₂約28.6萬t,取得了顯著環(huán)保效益。TRT機(jī)組在確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、減少對(duì)附近周邊的噪音污染、降低生產(chǎn)成本的同時(shí)還可以改善電力緊張狀況，緩解企業(yè)內(nèi)部各用電單位及企業(yè)周邊用電壓力，切實(shí)做到節(jié)能降耗，低碳發(fā)展，取得良好的社 會(huì)效益。

7.0 結(jié)束語

緊緊圍繞380m3高爐TRT提高發(fā)電量指標(biāo)，采取了一系列的工藝優(yōu)化和創(chuàng)新改造措施。與改造前相比，噸鐵發(fā)電量指標(biāo)顯著提高，為高爐創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)對(duì)標(biāo)先進(jìn)企業(yè)顯示，與行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)還有一定的差距，仍需要不斷進(jìn)行技術(shù)交流和考察、對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，吸取先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和措施、方法，做好穩(wěn)定提高TRT機(jī)組高效運(yùn)行的技術(shù)創(chuàng)新工作。

節(jié)能降耗、低碳發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)成為企業(yè)快速發(fā)展的必經(jīng)之路，不斷提高余能回收再利用已成為企業(yè)發(fā)展的基石，實(shí)現(xiàn)余能（TRT/BPRT/SHRT等）梯次利用和高效轉(zhuǎn)換是企業(yè)奉行節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要標(biāo)志。

參考文獻(xiàn)：朱仁良，王天球《高爐優(yōu)化操作與低碳生產(chǎn)》         中國冶金      2013

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          鄭秀萍《TRT技術(shù)及其節(jié)能環(huán)保作用（上篇）》        通用機(jī)械      2004