TRT发展方向

从酒钢1号高炉TRT技术改造谈TRT的发展方向主讲人：周江波动力室、培训学院二○○五年六月三十日高炉煤气余压回收透平发电装置(TRT)TopgaspressureRecoveryTurbineTRT发电量的计算W=G/102*K/(K-1)*RT1*[1-(P0/Pi)(K-1)/K]*η……（１）W……透平出力（kW）G……透平通过的煤气量(kg/s)T1……透平煤气人口温度（0k）R……气体常数（m/0k）K……绝热指数（1.373）η……透平效率（一般取0.85）Pi……透平入口压力(kg/cm2)Po……透平出口压力(kg/cm2)通用计算公式W=G/102*K/(K-1)*RT1*[1-(P0/Pi)(K-1)/K]*η1*η2…（2）η1……透平效率（一般取0.85）η2……发动机效率（一般取0.97）1.前言•酒钢1号高炉TRT是我院在80年代以总承包的方式建成投产的第一台国产TRT,1998年受酒钢的委托，根据现场实际情况，对运行已有十多年的1号高炉TRT设备进行技术改造。在投资费用增加不大的情况下(总投资控制在150万)，采用更新型的调节控制设备,达到90年代TRT的自动控制水平；对现场已发现的问题，包括液压系统，工艺系统，阀门系统，排水系统进行适当改造。然后对主机和控制系统进行改造。•整个系统改造完成后，在高炉顶压为0.13MPa，煤气流量为19万立方米/时,发电量可达～3300kWh/h,比改造前净增发电量约～1000kWh/h。一年(按7000h计算)可直接产生效益约～350万元。文中回顾了TRT的发展历史，阐明了TRT的发展方向。2．酒钢1号高炉TRT技术改进与投资比较2．1给排水系统•根据生产现场反映由于原设计给排水系统存在一定的缺陷，造成使用运行过程中排水不畅，对整个系统产生不利影响，结合现场实际情况和TRT技术发展现状，将给排水系统作如下改进。2.1.1排水系统改进•将原设计中从入口蝶阀前排水口至塑料环脱水器的φ108X4的排水管取消，并将入口煤气管道上及塑料环脱水器的水管接口封堵，并采取系列相应的措施，彻底根除煤气排水不畅而影响TRT进口管排水的隐患。2.1.2排水设备改进•排水系统中的排水密封罐的改造，将原设计ф2000，h=1500mm，重量约1.8吨的低压立式排水密封罐，更换为ф800，L＝2000mm重量约800kg的卧式排水密封罐。改进后的卧式排水密封罐，施工简单，投资省；由于排水口的底部抬高，对排水系统有利，同时便于排水系统的清污除垢，满足排水和密封的要求。2.2大型阀门系统2.2.1取消调速阀改造前的调速阀已多处受损，功能严重退化，需大修更换。调速阀在对高炉炉顶压力波动进行全面控制及透平主机启动并网时的地位和作用非常重要，但是国产TRT经过十多年的探索与发展，透平主机可调静叶，能安全可靠地对高炉炉顶压力进行全面控制；并能确保透平主机可调静叶在启动并网时高炉和TRT主机设备的正常安全运行。为取消调速阀，提供了技术保障。鉴于此，通过对酒钢1＃高炉TRT透平主机可调静叶的改造，取消调速阀。设计时为了保险起见在入口电动蝶阀处并联了一个DN350的电液推杆式蝶阀，作为透平启动并网用的启动阀。在实际调试过程中，通过控制进口蝶阀开度，限制透平入口煤气量，从而使透平静叶可在线性范围内平稳调节、启动及并网，故启动阀完全可以取消。取消调速阀，启动阀，不仅可以减少设备运行的控制点（减少控制点意味着减少事故发生点），而且可减少设备投资约50万，同时也提高了透平入口煤气压力，增加发电量约100kWh,效益十分明显。同时也为今后取消调速阀与启动阀提供了实际操作依据。(1)取消调速阀前的大型阀门系统流程图如下碟阀封闭式液压插板阀调速阀紧急切断阀透平静叶封闭式液压插阀板旁通快开阀(2)取消调速阀后的大型阀门系统流程图如下：严密可调碟阀敞开式液压插板阀紧急切断阀透平静叶敞开式液压插阀板旁通快开阀启动阀2.3危急保安器和可调静叶酒钢1＃高炉TRT是我国第一代TRT，已运行十年多，现场反映透平主机系统中，静叶叶片积灰封垢，叶片承缸灰蚀严重，可调静叶阻力增大。可调静叶在出现紧急情况时不能全关，为了确保透平主机在启动，并网，正常运行时的安全；为了使改造后的酒钢1＃高炉TRT达到九十年代TRT的自动控制水平和取消调速阀后，确保透平主机静叶可调能安全可靠地对高炉炉顶压力进行全面控制。设计要求对透平主机静叶可调进行改造：一级静叶伺服可调，可做到全关，并能在200kPa差压下开关，一级静叶的流量特性曲线近似等百分比特性。原系统中危急保安器正常生产时高压油向外明显泄漏，一旦自控系统失灵，危急保安器动作时，液压油大量流向轴承箱，这样造成高清洁度液压油减少，液压油箱需要不断补充新油源；润滑油增加，向外溢漏，给操作维护带来极大的不便，污染环境的同时，也造成了极大的浪费。对危急保安器进行改造后，高压油向外无明显泄漏，事故动作时液压油向轴承箱仅串漏～250mL（通过现场计量），可见效果十分明显。酒钢1号高炉TRT是国产第一代TRT，限于一些客观条件不可能进行全面改造，以上只是工艺部分及与之相应的系统改造（如液压，自动控制，电气系统等，在文中未作介绍），产生的效益十分明显。3.国产TRT技术改进与投资比较国产TRT作为冶金行业的节能项目，经过十多年的发展，在技术上不断探索和改进，发生了巨大的变化，也为钢铁企业取得了可观的经济效益。技术改造见附表1。序号项目第一代TRT（以酒钢1＃高炉为例）第二代TRT（以唐钢1＃高炉为例）第三代TRT（以马钢2500m3高炉为例）酒钢1＃高炉TRT改造项目透平主机透平主机本体水平，垂直中分整机水平剖分整机水平剖分水平，垂直中分（未改变）透平主机效率（%）设计点变工况8478～7984828684氮气消耗量（m3/h）350（实测值，设计值为500）80≯60此部分未变密封方式迷宫密封迷宫密封和浮动油环气液双重密封迷宫密封加螺旋组合密封此部分未变一级可调静叶不能用来控制炉顶压力能全关，可用来自动控制炉顶压力能全关，自动可调，自动控制炉顶压力能全关，自动控制炉顶压力，并可用于启动并网二级静叶手动可调手动可调自动可调手动可调危急保安器高压油向外明显泄漏高压油向外无泄漏高压油向外无泄漏无泄漏，危急保安器手动切断仅泄漏～250mL1.叶片无镀层，易积灰，断裂材质选用Cr11MoV,2Cr13,具有高效，防积灰，长寿命。化学镀Ni－P合金，耐磨，耐酸，长寿命材质选用Cr11MoV,2Cr13,具有高效，防积灰，长寿命。序号项目第一代TRT（以酒钢1＃高炉为例）第二代TRT（以唐钢1＃高炉为例）第三代TRT（以马钢2500m3高炉为例）第四代TRT（以酒钢1＃高炉改造为例）大型阀门入口插板阀全封闭预压式液压插板阀，盲板状态时，只能承受0.03MPa压力全封闭预压式液压插板阀，盲板状态时能承受0.2MPa压力敞开式插板阀，盲板状态时，能承受0.25MPa压力全封闭预压式液压插板阀，盲板状态时能承受0.2MPa压力入口蝶阀电动三杆蝶阀取消了入口蝶阀金属硬密封电液推杆蝶阀调速阀/启动阀双阀瓣调速阀蝶型调速阀取消调速阀增设启动阀取消调速阀,不增设启动阀1.旁通快开阀改造原有减压阀组无伺服动作液压伺服旁通快开阀液压伺服旁通快开阀此部分未变2.液压油系统单个分散液压油站供油；抗污染能力差（5μ）统一液压油站供油；抗污染能力强（25μ）统一液压油站供油；抗污染能力强（25μ）增加单独的循环过滤装置3.检测与自动控制系统采用中美合资的上海－福克斯波罗公司组件组装仪表电气仍为常规控制采用TI－545型工业控制系统（配有CRT屏幕显示及报表打印系统）与电气实现一体化控制采用机，电，液，仪一体化DCS控制系统；具有良好的外接通讯扩展能力，为今后的遥测，遥控打下了坚实的基础。此部分未变从附表1透平主机这一项可以看出，透平主机效率按增加2，对1260m3高炉讲，可增加发电量约42万kWh/年，约21万元/年（年工作时间按7000h,电价：0.5元/kWh,氮气：0.2元/m3计以下相同）；氮气消耗量节省约203万m3/年，约40.6万元/年；取消调速阀，光设备投资节省约50万；预计通过一系列的技术改造，可节省投资约150万左右,同时技术先进可靠。4.TRT历史回顾•“TRT”五十年代中期，法国、比利时、捷克、苏联等因对”TRT”进行了试验研究。首先考虑采用轴流式还是径向式(辐流式)透平机。轴流式透平比较复杂、效率高，但气体沿叶片的相对流速大，故叶片磨损严重，径向式透平除结构简单外，还具有离心分离尘埃、煤气相对流速较小、对叶片的冲击磨损较小等忧点。法国索佛来尔公司选用了径向式透平，并在比利时塞兰佩郎一隆多冶金公司6号高炉上进行了干式系统的试验。其结论是:当透平入口煤气温度约l7O℃时，煤气膨胀时不会产生冷凝和积灰堵塞现象，当煤气温度较低时，则需用不完全燃烧法加热煤气。这样会使高炉煤气的热值降低。l971年索佛莱尔和Wendell一Sidelor的湿式系统试验成功。该系统相当可靠，在透平内装有喷水装置，配合煤气的冷凝作用，可冲刷透平内部，以防止内部堵塞和磨损。由此看来，虽然煤气温度越高，回收的能量越多，但煤气温度较低时，需进行不完全燃烧来加热，故失掉了干式系统的优越性。而湿式系统则较简单可靠，需要的投资也较少，故目前世界上多采用湿式系统。其透平有径向式和轴流式，近年来以轴流反动式居多。苏联是研究TRT比较早的国家之一，1962年马格尼托哥尔斯克工厂投产了第一套功率为6000千瓦的机组。采用轴流冲击式透平干式系统。因当时湿式系统尚未进一步发展，故这种干式系统在苏联曾广泛应用。至今，苏联有3O套称为“yT”的干式TRT系统。索佛莱尔湿式系统试验成功后，法国将此专利卖给日本川崎重工。川崎制铁所于74年在水岛2号高炉上建成了第一台川崎一索佛莱尔”湿式TRT装置，利用径向式透平，发电能力为8000千瓦。到8O年，在日本各现代高炉上又先后造成了10多台这种型式的TRT装置，其中以78年6月投产的加古川8号高炉的为最大，功率为14500千瓦。80年代，日本的TRT装置技术发展较快。三井造船、日立造船、川崎重工三家公司在研究了灰尘堵塞和叶片磨损之后，又相继制造了湿式轴流反动式透平，并结合轴流透平可调静叶技术，使透平的效率从原先轴流式的75%，提高到85%，各项技术经济指标均优于辐流式透平。其中三井造船和川崎重工多制造大型及中型机组，最大的可达2.3万千瓦，扇岛、福山大部及名古屋等厂均有运转实例，日立造船则多制造中、小型机组，在小型高炉上用的较多，该系统在和歌山5号炉投产最早，采用了日立造船制造的6850千瓦机组。5.TRT发展方向1.目前，透平技术仍在继续发展，尤其是日立造船的两台高炉共用型TRT装置、三井造船的全段静叶调节的TRT装置等，对进一步提高回收效率、降低投资诸方面都有显著的成绩。2.国产TRT由武汉钢铁设计研究院（以下简称武汉院），从60年代中期，开始研究，消化吸收国外TRT技术，并取得一定的进展。到80年代初期，武汉院，武钢，陕西鼓风机厂，中科院工程热物理所共同研制TRT样机，通过大量的试验取得成功。于1988年前后，分别建成了武钢3＃高炉TRT，酒钢1＃高炉TRT；1988年左右，由武汉院，成都飞机发动机公司，中科院工程热物理所，在国产TRT已取得一定成就的基础上，开发研制出了国产第二代TRT（唐钢1＃高炉TRT）。近十年来，国内已建成（或在建）国产TRT约十余台，发展十分迅猛。经过十年的发展国产TRT基本上达到了国际水平。TRT的发展方向着重考虑以下几个方面：一．取消调速阀调速阀在前几年建设的TRT中普遍采用，由于高炉煤气流经装在总管的调速阀，会损失一部分能量。若用调速阀调节高炉炉顶压力，不仅发电量波动大，而且发电功率不可能达到设计能力。比如武钢3#高炉TRT及包钢投运的TRT。武钢２＃、4#高炉TRT和马钢的1#高炉TRT已取消调速阀而改用与入口蝶阀并联的启动阀进行TRT升速并网控制，这实际上是TRT启动