高炉炉顶TRT发电控制分析

摘要：随着炼铁行业的产能饱和，利润率的降低，炼铁工艺的节能降耗是实现降低成本的关键。有效利用高炉炉顶的煤气压力，在不影响高炉生产的情况下，回收高压阀组消耗的能量，带动发电机发电，提高生产效率。应用TRT发电，可以有效节能降耗，降低高压阀组的噪声污染，带来可观的经济效益。

关键词：高炉顶压；TRT；控制

中图分类号：TF54 文献标识码： A

1引言

所谓“TRT”，是国际上对这种节能装置的简称，其英文全称为“Top pressure Recovery Turbine unit”，中文译为炉顶（余）压回收透平，一般更确切的称之为高炉煤气余压回收透平发电机组。

TRT是利用高炉炉顶煤气中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电，再通过发电机将机械能变成电能输送给电网，可以回收高炉鼓风能量的30%左右。TRT装置所发出的电量与高炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为30千瓦时～40千瓦时。高炉煤气采用干法除尘可以使发电量提高36%，且温度每升高10℃，会使透平机出力提高10%，进而使TRT装置最高发电量可达54千瓦时/吨铁。 该装置的特点是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染，无公害的最经济的发电设备，可以代替减压阀组调节稳定炉顶压。

2TRT自动控制

2.1工艺流程

TRT装置在工艺中的流程一般是：高炉产生的煤气经过重力除尘器、塔文系统/双文系统/比肖夫系统，进入TRT装置，TRT与减压阀组是并联设置。高压的高炉煤气经过TRT的入口蝶阀、入口插板阀、（调速阀）、快切阀，进入透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平出来的低压煤气，进入低压煤气系统。发电机的出线断路器接在10kv系统母线上，经变电所与电网相连，当TRT运行，高炉正常时，发电机向电网送电，当高炉短期休风时，TRT不解列停机，作电动运行，从电网吸收电能。在入口插板阀之后、出口插板阀之前，与TRT并联的地方，有一旁通管及快开慢关旁通阀(简称旁通快开阀)，作为TRT紧急停机时TRT与减压阀之间的平稳过渡之用，以确保高炉炉顶压力不产生大的波动，从TRT和减压阀组出来的低压煤气再送到高炉煤气柜和用户。

2.2系统控制

2.2.1 控制原理

TRT控制系统由检测仪表、操作站等组成，主要包括反馈控制系统、转速调节系统、功率调节系统、高炉顶压复合调节系统、电液位置伺服控制系统、氮气密封差压调节系统、顺序逻辑控制系统等。由这些系统对TRT机组进行启动、运行、过程检测控制，在保证高炉正常生产、顶压波动不超限的前提下，完成TRT的启动、升速、并网、升功率、顶压调节、正常停机、紧急停机、电动运行等操作。

2.3顶压的控制和调节

TRT控制系统可分为TRT启动、TRT运行、TRT停车3种控制系统。

2.3.1正常启动

TRT启动：1）TRT启动前，先将油系统、电液伺服控制系统、给排水系统、氮气密封系统、高低压配电系统等附属设施投入运行，机组盘车运转，并做各项连锁实验，并逐步打开出、入口插板阀和快切阀，引入低压煤气，确认关闭静叶、入口蝶阀和旁通快开阀，此时TRT控制室会向高炉控制室发出申请启动信号，如果炉况允许高炉控制室要发出同意启动信号，否则TRT无法进行实验和启动操作。2）准备工作完成后，TRT将打开入口蝶阀，引入高压煤气，这时TRT才与高炉系统连在一起，然后通过微机操作进行TRT自动升速，机组转速由盘车转速（6-20转/分）升至工作转速（3000转/分），由于程序和设备不同，每台TRT的升速曲线和时间都不尽相同。在升速过程中，最重要的是跨越临界转速，TRT的临界转速一般在1600转/分―2000转/分之间，跨越前TRT控制室会通知高炉控制室，高炉控制室只要注意监视炉顶压力和减压阀组就可以，尽量不要操作减压阀组，因为TRT在跨越临界转速时，静叶角度瞬间开大，会造成顶压有所下降，但越过临界转速以后，静叶又会马上关小，如果在此期间关小减压阀组的话，会造成炉顶压力大幅升高，有时还会造成TRT超速停机。但煤气清洗如果是比肖夫系统，并且高炉顶压控制在环缝时，这一点不用注意，因为环缝与TRT是串联调节。3）TRT机组转速稳定在3000转/分后，机组进行并网操作，机组并网后，转速由电网频率决定，不再对转速进行调节。然后TRT会逐步手动开大静叶，并投入炉顶压力自动调节（比肖夫系统配置的TRT要先将环缝调节顶压打到手动后，TRT静叶才能投入自动调节顶压，两者同时在自动状态调节顶压会造成顶压波动，TRT投自动调节顶压后，高炉控制室将环缝逐渐手动开大，使环缝差压在30 KPa），由于TRT的炉顶压力设定值比高炉控制室的设定值低3KPa，减压阀组的自动阀会逐渐关小，此时高炉控制室要根据炉顶压力逐渐关小减压阀组的手动阀至全关，切记：不要将减压阀组的自动阀打成手动，因为在TRT调节炉顶压力不好时，自动阀可以作为补充调节，使炉顶压力不会过高，特别是在TRT紧急停机时，自动阀可以自动打开，保证高炉正常生产。

2.3.2正常运行

TRT运行：TRT正常运行时，静叶和减压阀组的自动阀同时调节炉顶压力，TRT向电网输送电能。一般TRT静叶调节顶压的精度比减压阀组的要高，如果在3 KPa以内，自动阀就不会打开，当TRT调节顶压波动太大、影响高炉生产时，可以将静叶打成手动，并适当关小，使减压阀组的自动阀有一定开度，具备调节顶压的能力，由减压阀组来调节顶压，比肖夫系统也可用环缝调节顶压。在TRT运行期间，如果高炉控制室的仪表系统出现故障，炉顶压力反馈值不准或失灵时，要立即通知TRT控制室将静叶打到手动状态，因为TRT进行顶压调节的反馈信号是取自高炉控制室，并根据该信号进行调节，一旦信号失灵，将造成顶压剧烈变化，影响高炉的安全生产。高炉减风或短时间休风时TRT可以做电动运行，不用停机，对高炉也没有任何影响，此时高炉控制室需要将减压阀组尽量全开，因为电动运行时的电能转化成了热能，使TRT及附近管道中的煤气温度升高，需要煤气的流通将其及时带走，另外，高炉长时间休风、处理煤气前，也不用急于让TRT停机，因为TRT运转对休风和处理煤气前的准备没有影响，完全可以多回收这一时段的电能。

2.3.3停机

停机分正常停机和紧急停机，TRT正常停机前会通知高炉控制室根据顶压逐渐开大减压阀组，同时TRT控制室将静叶打到手动，并逐渐关小，将煤气流的大部分逐渐转移到减压阀组，见减压阀组调节顶压正常后，TRT按紧急停机按钮停机，TRT的快切阀快关，旁通快开阀快速打开到一定角度，顶压稳定后，TRT将逐渐关小旁通快开阀至全关，高炉控制室需要根据顶压情况适当开大减压阀组，防止顶压升高，旁通快开阀全关以后，TRT将关闭入口蝶阀，切断高压煤气，这也标志着TRT与高炉系统断开连接。紧急停机是TRT在事故状态下的停机，与正常停机过程基本一致，只不过是少了减压阀组逐渐开大、静叶逐渐关小的过程，高炉控制室在接到TRT的通知或在控制画面上看到TRT紧急停机时，要迅速打开减压阀组的手动阀，让减压阀组来调节炉顶压力。

2.4顶压的控制和调节

当把炉顶压力控制调节器打到远程控制方式时，因专用调节器中炉顶压调节器的设定值略低于原炉顶压力调节器的设定值，如果此时炉顶压力测量值低于两个顶压调节器的设定值，减压阀组、调速阀或可调静叶将关小以便使顶压升高；当顶压升高并高于专用调节器的顶压设定值，而低于原炉顶压力调节器的设定值时，调速阀和可调静叶将在调节器的积分作用下被开大，减压阀组在调节器的积分作用下将被关小，最终将使减压阀组中的自动调节阀和量程阀关闭，而将TRT的调速阀和可调静叶打开，炉顶压力的控制将由减压阀组自动移至TRT。TRT进行全部回收。如果炉顶压力测量值瞬时间高于两个顶压调节器的设定值，减压阀组、调速阀和可调静叶都将开大，以便使顶压降低，起到双重保护的作用。正常情况下顶压的波动值将不高于原炉顶压力调节器的设定值，因此减压阀组将一直被关闭。

3结论

本研究介绍的TRT发电系统，在1080m³高炉投入使用后，性能可靠，运行良好，降低了高压阀组的噪音，实现了节能减排的目标。

参考文献：

［1］ 施维新，汽轮发电机组振动及事故 [M] 北京.中国电力出版社.1991年.

［2］陕鼓集团，机组振动故障诊断及处理.

［3］程伯兰，高炉炼铁工艺及计算[M] .北京：冶金工业出版社，1991.