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(qiáng)2005年3月一、概述所謂“TRT”，是國(guó)際上對(duì)這種節(jié)能裝置的簡(jiǎn)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(jī)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(jī)鼓入高爐后，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)減壓閥組或TRT進(jìn)入低壓煤氣管網(wǎng)供用戶使用。隨著高爐越

2、來(lái)越趨向于大型化和高壓爐頂，高爐所需能耗也越來(lái)越大，另外又由于原來(lái)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(fèi)的能量也就越多，產(chǎn)生的噪音也越大，對(duì)環(huán)境的污染程度越大。TRT是用透平膨脹機(jī)將原來(lái)白白損耗在減壓閥組上的高爐煤氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變成電能輸送給電網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)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(diǎn)是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染，無(wú)公害的最經(jīng)濟(jì)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(jiàn)，TRT既具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，又具有明顯的環(huán)保、社會(huì)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(shí)1、透平：透

3、平是英文“Turbine”的音譯，所謂透平機(jī)械（即渦輪機(jī)械）泛指具有葉片或葉輪的動(dòng)力機(jī)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(guò)一臺(tái)透平膨脹機(jī)膨脹作功，來(lái)進(jìn)行能量回收的一種節(jié)能裝置。3、透平的分類：透平機(jī)械主要分兩大類，一類是作為原動(dòng)機(jī)向外界輸出功的透平機(jī)械，如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)、TRT等；另一類是作為反原動(dòng)機(jī)需要由外界輸入功的透平機(jī)械，如透平壓縮機(jī)、透平式泵等。另外按氣體在透平中的流動(dòng)方向可分為：徑流式透平、軸流式透平及混流式透平；按氣動(dòng)原理可分為反動(dòng)式和沖動(dòng)式。三、TRT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理就透平主機(jī)而言，典型的TRT主機(jī)主要由以下部件構(gòu)成：1

4、、定子：定子主要包括機(jī)殼、靜葉及靜葉可調(diào)機(jī)構(gòu)、盤車裝置等，機(jī)殼是透平機(jī)最重要的承壓部件，采用水平剖分式，中分面經(jīng)過(guò)精密加工，以防泄漏，靜葉可調(diào)機(jī)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(dòng)盤車裝置為手動(dòng)嚙合，當(dāng)主軸超過(guò)一定轉(zhuǎn)速時(shí)自動(dòng)脫開(kāi)。2、轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子由各級(jí)動(dòng)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(gè)葉片之間用隔葉塊定位。3、軸承：采用壓力油潤(rùn)滑的滑動(dòng)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?dú)獾睦瓌e令密封。5、主油泵：透平軸端設(shè)有主油泵，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)供軸承潤(rùn)滑用油。6、噴水裝置：在透平的進(jìn)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(dòng)鍵和固定鍵，既要保證機(jī)體自由熱膨脹又要使轉(zhuǎn)子和定子間各項(xiàng)間隙保持在允許范圍內(nèi)。8、透平機(jī)還設(shè)有超速遮斷保護(hù)機(jī)構(gòu)（超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的10%）及軸振動(dòng)、軸位移、轉(zhuǎn)速等監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置。TRT的工作原理說(shuō)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，在減壓閥組前把高壓的高爐煤氣引出，經(jīng)過(guò)TRT入口的大型閥門進(jìn)入透平入口，通過(guò)導(dǎo)流器使氣體轉(zhuǎn)成軸向進(jìn)入靜葉，氣體在靜葉和動(dòng)葉組成的流道中不斷膨脹作功，壓力和溫度逐級(jí)降低，并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能作用于轉(zhuǎn)子使之旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)電。作功后的氣體經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓器進(jìn)行擴(kuò)壓，以提高其背壓達(dá)到一定值，然后經(jīng)排氣

6、渦殼流出透平，經(jīng)過(guò)填料脫水器后進(jìn)入煤氣管網(wǎng)。TRT與汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)相比有以下特點(diǎn)：1、系統(tǒng)的構(gòu)成和作用不一樣，TRT主要用來(lái)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(huì)產(chǎn)生相變（有凝結(jié)水析出）。4、運(yùn)行情況受高爐影響，煤氣流量波動(dòng)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(duì)葉片造成腐蝕。7、TRT作為高爐的附屬設(shè)備，對(duì)高爐的生產(chǎn)有著重要的作用，因此TRT的運(yùn)行必須以保證高爐正常運(yùn)行為前提，不允許對(duì)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(guò)重力除塵器、塔文系統(tǒng)/雙文系統(tǒng)/比肖夫系統(tǒng)，進(jìn)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(guò)TRT的入口蝶閥、入口插板閥、（調(diào)速閥）、快切閥，進(jìn)入透平機(jī)膨脹作功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平出來(lái)的低壓煤氣，進(jìn)入低壓煤氣系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)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(yùn)行，高爐正常時(shí)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)送電，當(dāng)高爐短期休風(fēng)時(shí)，TRT不解列停機(jī)，作電動(dòng)運(yùn)行，從電網(wǎng)吸收電能。實(shí)際應(yīng)用中的TRT一般由八大系統(tǒng)組成。1、透平主機(jī)：

8、透平主機(jī)是TRT的主要部分，由它來(lái)完成壓力能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，同時(shí)通過(guò)靜葉的調(diào)節(jié)功能來(lái)保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)已在前面介紹過(guò)，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(kāi)閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對(duì)煤氣的完全切斷，給機(jī)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(jìn)入TRT的煤氣量，同時(shí)可以作為敞開(kāi)式插板閥開(kāi)關(guān)時(shí)的輔助閥門；出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開(kāi)式時(shí)才配置；調(diào)速閥用于機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和機(jī)組并網(wǎng)后的功率調(diào)節(jié)；快切閥能夠在機(jī)組出現(xiàn)重故障時(shí)，在0.5-1秒時(shí)間快速關(guān)閉，切斷TRT的煤氣來(lái)源，保證機(jī)組安全停機(jī)；旁通快

9、開(kāi)閥的作用是當(dāng)TRT機(jī)組重故障停機(jī)快切閥快速關(guān)閉時(shí)，能夠快速打開(kāi)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(dòng)，并且可以作為TRT與減壓閥組頂壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)的過(guò)渡手段，具有一定的頂壓調(diào)節(jié)功能。3、潤(rùn)滑油系統(tǒng)：大型透平機(jī)械都是靠軸承支撐來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作的，要保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行，其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，就是要給各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)及時(shí)提供一定的稀油循環(huán)潤(rùn)滑，以滿足機(jī)組在正常工況下及事故狀態(tài)下的潤(rùn)滑油供給，這個(gè)系統(tǒng)就是潤(rùn)滑油系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括潤(rùn)滑油站、濾油器、冷油器、高位油箱、油泵、閥門和檢測(cè)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(rùn)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(jī)組停機(jī)惰走時(shí)的潤(rùn)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(dòng)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(kāi)閥控制單元；伺服油缸為雙活塞桿結(jié)構(gòu)；動(dòng)力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門和檢測(cè)儀表等組成。這一系統(tǒng)控制著調(diào)速閥、靜葉和旁通快開(kāi)閥的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)性能，直接影響機(jī)組的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、機(jī)組正常運(yùn)行和停機(jī)時(shí)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(gè)：一是靜葉噴霧水管線，采用工業(yè)新水，在TRT運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)機(jī)組的葉片進(jìn)行沖洗，防止積灰，是保證TRT長(zhǎng)期運(yùn)行的重要手段；二是快切閥、調(diào)速閥沖洗水管線，在TRT停機(jī)后及啟動(dòng)前對(duì)閥門

11、進(jìn)行沖洗，防止閥門由于積灰造成卡塞。機(jī)組和管道中的機(jī)械水和冷凝水通過(guò)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(jìn)行排水。6、氮?dú)饷芊庀到y(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(wú)毒的氮?dú)庾鳛槊芊饨橘|(zhì)，配合機(jī)械的拉別令密封來(lái)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?dú)鈮毫Ω哂诒环饷簹鈮毫?.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(jī)、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(yùn)行，因此同步發(fā)電機(jī)采用無(wú)刷勵(lì)磁；高壓配電系統(tǒng)設(shè)置有手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置，以及差動(dòng)、復(fù)

12、合電壓閉鎖過(guò)流、失磁等保護(hù)；低壓電控系統(tǒng)包括備用油泵的自啟動(dòng)、加熱器溫度連鎖、閥門連鎖控制等設(shè)施。8、自動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢測(cè)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?dú)饷芊獠顗赫{(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序邏輯控制系統(tǒng)等。由這些系統(tǒng)對(duì)TRT機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)行、過(guò)程檢測(cè)控制，在保證高爐正常生產(chǎn)、頂壓波動(dòng)不超限的前提下，完成TRT的啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)、升功率、頂壓調(diào)節(jié)、正常停機(jī)、緊急停機(jī)、電動(dòng)運(yùn)行等操作。五、TRT的運(yùn)行操作過(guò)程及注意事項(xiàng)1、TRT啟動(dòng)：1）TRT啟動(dòng)前，先將潤(rùn)滑油系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、高

13、低壓配電系統(tǒng)等附屬設(shè)施投入運(yùn)行，機(jī)組盤車運(yùn)轉(zhuǎn)，并做各項(xiàng)連鎖實(shí)驗(yàn)，并逐步打開(kāi)出、入口插板閥和快切閥，引入低壓煤氣，確認(rèn)關(guān)閉靜葉、入口蝶閥和旁通快開(kāi)閥，此時(shí)TRT控制室會(huì)向高爐控制室發(fā)出申請(qǐng)啟動(dòng)信號(hào)，如果爐況允許高爐控制室要發(fā)出同意啟動(dòng)信號(hào)，否則TRT無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和啟動(dòng)操作。2）準(zhǔn)備工作完成后，TRT將打開(kāi)入口蝶閥，引入高壓煤氣，這時(shí)TRT才與高爐系統(tǒng)連在一起，然后通過(guò)微機(jī)操作進(jìn)行TRT自動(dòng)升速，機(jī)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(tái)TRT的升速曲線和時(shí)間都不盡相同。在升速過(guò)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(huì)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?yàn)門RT在跨越臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，靜葉角度瞬間開(kāi)大，會(huì)造成頂壓有所下降，但越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速以后，靜葉又會(huì)馬上關(guān)小，如果在此期間關(guān)小減壓閥組的話，會(huì)造成爐頂壓力大幅升高，有時(shí)還會(huì)造成TRT超速停機(jī)。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(shí)，這一點(diǎn)不用注意，因?yàn)榄h(huán)縫與TRT是串聯(lián)調(diào)節(jié)。3）TRT機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)/分后，機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)操作，機(jī)組并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，不再對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后TRT會(huì)逐步手動(dòng)開(kāi)大靜葉，并投入爐頂壓力自動(dòng)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(dòng)后，TRT靜葉才能投入自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓，兩者同時(shí)在自動(dòng)狀態(tài)調(diào)節(jié)頂壓會(huì)造成頂壓波動(dòng)，TRT投自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓后，高爐控制室將環(huán)縫逐漸手動(dòng)開(kāi)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(dòng)閥會(huì)逐漸關(guān)小，此時(shí)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(dòng)閥至全關(guān)，切記：不要將減壓閥組的自動(dòng)閥打成手動(dòng)，因?yàn)樵赥RT調(diào)節(jié)爐頂壓力不好時(shí)，自動(dòng)閥可以作為補(bǔ)充調(diào)節(jié)，使?fàn)t頂壓力不會(huì)過(guò)高，特別是在TRT緊急停機(jī)時(shí)，自動(dòng)閥可以自動(dòng)打開(kāi)，保證高爐正常生產(chǎn)。2、TRT運(yùn)行：TRT正常運(yùn)行時(shí)，靜葉和減壓閥組的自動(dòng)閥同時(shí)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(dòng)閥就不會(huì)打開(kāi)，當(dāng)TRT調(diào)節(jié)頂壓波動(dòng)太大、影響高爐生產(chǎn)時(shí)，可以將靜葉打成手動(dòng)，并適當(dāng)關(guān)小，使減壓閥組的自動(dòng)閥有一定開(kāi)度，具備調(diào)節(jié)頂壓的能力，由減壓閥組來(lái)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(yùn)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(zhǔn)或失靈時(shí)，要立即通知TRT控制室將靜葉打到手動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)門RT進(jìn)行頂壓調(diào)節(jié)的反饋信號(hào)是取自高爐控制室，并根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦信號(hào)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(shí)間休風(fēng)時(shí)TRT可以做電動(dòng)運(yùn)行，不用停機(jī)，對(duì)高爐也沒(méi)有任何影響，此時(shí)高爐控制室需要將減壓閥組盡量全開(kāi)，因?yàn)殡妱?dòng)運(yùn)行時(shí)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(shí)帶走，另外，高爐長(zhǎng)時(shí)間休風(fēng)、處理煤氣前，也不用急于讓TRT停機(jī)，因?yàn)門RT運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)休風(fēng)和處理煤氣前的準(zhǔn)備沒(méi)有影響，完全可以多回收這一時(shí)段的電能。3、TRT停機(jī)：停機(jī)分正常停機(jī)和緊急停機(jī)，TRT正常停機(jī)前會(huì)通知高爐控制室根據(jù)頂壓逐漸開(kāi)大減壓閥組，同時(shí)TRT控制室將靜葉打到手動(dòng)，并逐漸關(guān)小，將煤氣流的大部分逐漸轉(zhuǎn)移到減壓閥組