TRT发电设备的选型及工艺优化

[摘要]阐述了与宣钢2500m3高炉配套的TRT机组进行的设备选型及工艺优化，通过减压阀组设置方式的改变、轴端密封形式优化、排气结构布局优化等措施，大幅提高了机组运行效率和安全性，改善了顶压控制质量，达到了预期效果。

[关键词]TRT 工艺优化 顶压 效益

中图分类号：TM621.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0016-02

1、前言

作为新型节能设备，TRT已成为钢铁企业必然配备的发电设备。宣钢从第一台TRT发电机建设开始，共组织新建或扩容改造建设了5台TRT发电机组，因此，在TRT发电机组运行及设备选型方面积累了丰富的经验。2009年，宣钢开始新建2#2500m3高炉，做为与之配套的工程，TRT发电机组同时开工建设，借鉴以往TRT建设及运行经验，在TRT设备选型及工艺系统优化上，经过广泛的研究及论证，消除了在用TRT主机设备及工艺系统存在的缺陷，达到了提高能量利用效率，提高发电量，更好的降低炼铁工序成本的目的。

2、高炉煤气余压回收透平装置TRT工艺优化

TRT发电全称“高炉煤气余压透平发电装置”，TRT系统与主煤气工艺流程主要包括并联形式、串联形式、混合方式等。

并联形式即TRT设备与高炉减压阀组并联接在高炉煤气的管道中，如下（图一）所示，这种配置使高炉煤气经除尘后可不经减压阀组而进XTR透平，在TRT停机时煤气经减压阀组进入低压管网。

串联方式即TRT系统位于高炉减压阀组之后，如下（图二）所示。TRT～_行时减压阀组处于全开状态，管网阀组处于全部关闭状态，因此高炉煤气全部进入TRT系统，高炉煤气得到了全部回收。

在宣钢2#2500m3TRT高炉TRT设计时，经过对串联工艺与并联工艺的比较、研讨，决定在2#TRTI程建设中采用国内其它单位极少的“TRT与高炉减压阀组串联”的新型工艺，可将煤气消耗降低至最低水平，极大的提高了2#TRT的发电功率，创造了尽可能多的发电效益。

3、TRT发电设备的选型设计

3.1 优选透平机轴端密封形式，采用最佳密封结构，减少煤气泄漏量，保证TRT机组及职工的生命安全运行。

由于高炉煤气具有剧毒、易燃易爆的特性，使得透平机煤气密封结构成为与生产安全直接相关的重要问题。密封结构中又以轴端密封最为重要和困难，在2#TRT建设之前的宣钢其它两台TRTK～平机高低压轴封均采用外挂式碳环密封形式，该密封仅有四圈碳环，辅以氮气作为密封介质。在设备设计审查时，提出了GT200.D型透平主机要采用结构更为合理、更为安全的轴端密封结构，即采用缸体内置式多道密封碳环（每端16道）与轴颈密封片相配合的形式。

3.2 透平机转子为刚性轴设计，一阶临界转速约3800 r/min，在机组升速过程中不发生有害共振

刚性转子的工作转速低于一阶临界转速，从启动到工作状态都不需要通过临界转速。转子动平衡时按照规范只需要进行低速平衡，成车低.易维修。柔性转子的工作转速至少高于一阶临界转速，从启动到工作状态至少需要通过一阶临界转速，转子动平衡时按照规范必须进行高速平衡，成本高.维修难度大。

由于透平机轴端密封采用了缸体内置式多道密封碳环（每端16道）与轴颈密封片相配合的密封结构形式，造成了透平机转子长度加长，设备设计初期该透平机转子设计为柔性转子。

3.3 优选TRT主机设备，降低煤气压力流量的流动损失，提升发电主机效率

在2#TRT主机设备选型中，根据国内国外TRT透平机结构形式特点，透平机选用结构接近于日本川崎重工透平机型的径向进气、轴向排气GT200.D型透平主机设备。这种轴向排气结构的布局，解决了煤气管道由方变圆的问题，圆形进出口法兰给煤气管道的安装过渡带来了极大的便利，提高维修性的同时，更有利于降低排气噪音和提高气动效率，发电做完功后的低压低温煤气直接由圆形管道排出进入低压煤气管道，减少了因方形排气口进入圆形管道过程中的煤气压力流量的流动损失，提高了压力和温度的利用效率，降低了透平机出口煤气背压，使发电主机效率提升1%-2%，发电量进一步得到提升。

3.4 该机组采用性能可靠的液压系统和伺服阀，保证高炉顶压调节的稳定

该液压系统控制对象为透平机可调静叶及旁通怏开阀、调速阀伺服机构，以及透平入口紧急切断阀等。

液压油系统由油站、控制阀台和各执行机构组成。油箱、配管及管件均为不锈钢材质。

油源站设两台油泵互为备用；过滤器一用一备；伺服阀前加过滤器；蓄能器能在油泵停用后，可提供伺服油缸两个行程的用油量，使机组安全停机。

3.5 控制系统采用先进的DOS集散冗余自动化控制系统，控制性能稳定

2#TRT控制系统采用ABB公司的Industria-IT AC800F DCS控制系统，主要实现数据采集、模拟量调节、顺序控制、保护等控制功能，具有控制性能可靠性高，组态调试简便易于操作的特点。

由于2#高炉的生产工况要求特殊（高炉在上料及上焦中顶压波动在±4kPa以内，正常运行时顶压波动在+3kPa以内），而其本身生产工况波动又比较大，使调试难度增大。2#TRTN试中，自控程序在原有PID顶压调节程序的基础上增加以下两种控制方式：

（1）增加高炉上料及上焦前馈信号：在高炉上料及上焦打开下密时高炉顶压设定值提高1～2kPa，使TRT可调静叶提前动作，确保顶压波动下在±3kPa以内。

（2）增加高炉顶压波动范围超限后输出值强制增加程序：当高炉顶压高于设定值2 kPa时，静叶输出值为：[PIDiN节程序静叶开度输出值+（顶压测量值顶压设定值2）×给定系数]，经伺服放大器与静叶开度比较，控制静叶开关动作。

4、实际效果分析

4.1 减少煤气泄漏量所创造的效益

2#TRT机组投运以来，由于采用了串联工艺，TRT正常运行时减压阀组全开，全部煤气进入到TRT做功发电，煤气泄漏量基本为零，泄漏量远远小于宣钢并联工艺的TRT发电机组。按减压阀组允许煤气泄漏率5%计算，减少煤气泄漏量2.5万Nm3/h，增加发电量2000kWh。按年正常工作7000/小时计，减少煤气泄漏年增加发电量可达14007/kWh左右，电费按0.51元/kWhit算，年多创效可达714万元。

4.2 TRT退自动后增加的发电量

2#TRT退自动串联工艺每小时平均增加发电量在5000kWh，全年退自动运行1000小时计算，全年可增加发电量5007/kWh左右。按O.51/kWhit算，年增效255万元。电动运行小时耗电1500 kWh，全年可少耗电150万kWh左右。按0.51/kWh计算，年增效76.5万元。共增效331.5万元。

4.3 减少氮气消耗创造的经济效益

与2#TRT同容量的1#TRT小时氮气消耗在200m3以上，2#TRT投运后，小时氮气消耗量平均为70m3左右。按年正常工作7000小时，氮气按0.25元/m3计算，每年减少氮气消耗创造的经济效益为：

A=（200-70）×7000×0.25=22.75万元。

综上，该项目年可创效：714+331.5+22.75=1068.5万元。

项目投资按5年折旧，每年折旧费用为29007/元×20%=5807/元，每年净效益为：

Q=1068.5万元-580万元=488.5万元。

5、结语

宣钢2#TRT通过设备选型及工艺优化，消除了透平机轴端煤气泄漏，降低了机组运行和减压阀组煤气泄漏时产生的噪音，改善了高炉顶压控制质量，降低了吨铁生产成本保障了运行人员的人身安全和机组的稳定运行，给企业带来了较高的有形及无形的效益。