新型TRT机组的应用研究与实践

万真武，梁 智

（1宝钢湛江钢铁有限公司设备部；2宝钢湛江钢铁有限公司炼铁厂；广东湛江 524072）

引言

宝钢湛江钢铁目前配置了1号、2号两座5050 m3高炉，年产铁水823万 t，年产高炉煤气119亿m3。高炉煤气二次除尘采用全干法进行除尘，两座高炉分别配备两台新型干式TRT发电机组，装机容量为2×33 MW。宝钢湛江钢铁根据高炉特点以及气候环境的因素，研究开发了新型干式TRT装置，采用的新型干式TRT是由宝钢湛江钢铁有限公司、西安陕鼓动力股份有限和重庆中冶赛迪工程共同攻关的成果，新型干式TRT发电量指标明显提高，为公司创造了可观的经济效益，大力推进大型高炉TRT系统技术发展的进程。

1 新型全干式TRT工艺流程及系统组成

1.1 工艺流程

高炉荒煤气经过重力除尘后，由布袋除尘器进一步除尘后，初步得到净化的高炉煤气进入TRT机组，高炉煤气在透平机内的静叶片与动叶片组成的流道中不断运动，然后透平机驱动发电机组进行旋转，高炉煤气的压力能、热能就转化为电能。高炉煤气从透平机出来后，经水封蝶阀，进入高炉煤气净化系统进行洗涤，将合格的高炉煤气送至煤气管网中。为避免TRT机组发生故障出现机组紧急停机，造成炉顶压力和外部管网压力突然升高影响高炉的正常生产，因此在TRT机组旁边并联一套减压阀组。当TRT机组出现故障紧急停机时，联锁的减压阀组快速打开，此时高炉炉顶压力由减压阀组进行控制，TRT机组可以安全退出，保证高炉正常生产。湛江钢铁TRT的工艺流程如图1所示。

1.2 TRT系统概况

1.2.1 TRT系统组成

湛江钢铁1#、2#高炉TRT系统的机械设备主要由7部分组成，共同实现TRT的机械功能。系统分别由透平主机与发电机组系统、润滑油系统、液压伺服控制系统、发配电控制系统、自动化控制系统、高精度控制软件、大型阀门组系统、给排水系统、氮气密封冷却系统以及煤气置换吹扫系统等组成。

1.2.2 TRT主要性能参数及运行条件

湛江钢铁1#、2#高炉TRT透平机组的设计参数主要是根据高炉的特点以及当地的气候条件进行确定。TRT透平机组的主要设计参数如表1以及煤气条件如表2。

图1 湛江钢铁TRT工艺流程图

表1 TRT透平机组的主要性能参数

表2 煤气成分

2 新型全干式TRT创新技术

新型TRT采用的透平机型号为MPG31.5-390/130。透平机采用的型式为干式、反动式、两级静叶可调，且第一级静叶片能够完全实现关闭。其结构特点为：水平剖分，双层缸结构，铸造机壳，径向下部进气、排气方式，四点支撑（一端固定，一端滑动），机壳两端有垂直导向键。机壳内壁涂有防腐层，机组顶部有平衡管。双层缸刚性好、吸振、降噪、耐腐蚀性好、耐磨性好；机壳两侧导向键保证机壳膨胀对中，平衡管可减小机组轴向推力及轴向位移。新的叶型结构在保证可机组运行可靠性，同时也保证其高效率运行。两级静叶可调可使得机组更加适应高炉工况条件而高效运行。

2.1 TRT装置腐蚀问题研究

采用干式除尘后的煤气温度较高，腐蚀的成分也相对较高，侵蚀透平机部件程度在加剧，对设备本身抗腐蚀、抗冲刷要求相应提高。针对干式TRT腐蚀问题，主要从TRT缓蚀阻垢剂选型、零部件的材料选择、表面处理技术以及防腐材料等四方面进行研究。

使用缓蚀阻垢剂能够提高TRT机组整体耐腐蚀能力及延长机组使用寿命。通过缓蚀阻垢剂性能的提升以及加药装置的升级能够提高机组安全运行性，经试验对比研究使用C3缓蚀阻垢剂的缓蚀率达到75%以上。因此，选用C3作为TRT缓蚀阻垢药剂；经试验对比，动、静叶片材料确定为17-4PH，叶片采用全新的打底层和封孔材料，能够在提高抗冲刷性的基础上，提高耐Cl腐蚀能力；叶片表面涂层采用超音速等离子热喷涂技术；机壳防腐材料选择采用乐泰耐蚀胶。以上研究已应用到宝钢湛江钢铁，对比宝钢股份大院的干湿两用式TRT机组，新机组的抗腐蚀性明显提高，TRT的长周期运行效率下降也得到明显改善。

2.2 提高TRT效率研究

为提高TRT的效率，结合湛江高炉的运行参数。新型TRT装置从静叶叶型选择、叶栅气动优化设计技术以及排气方案选择等三方面进行研究提高TRT的效率。新型TRT采用流线型叶片，减小入口气流冲角和出口厚度，优化控制中间膨胀过程，增强流动的稳定性，使TRT的气动效率提升接近0.3%。新式TRT叶片的叶型，不易积灰、堵塞、磨损。纵树形叶根，大幅度降低叶根应力水平，提高可靠性；采用叶栅气动优化设计技术，保证叶根尺寸不变，对动叶片叶型的多个截面进行调整优化，理论效率提升1.5%；大型TRT新叶型及流道完善匹配优化和静叶、全三维动叶叶型的设计的基础上，采用径向排气流道内效率为87.3%。

2.3 采用新型TRT安保系统

新型TRT采用陕鼓新开发的安保系统，TRT安保系统能够确保在极端重故障状态下TRT系统、高炉及煤气管道系统的安全。TRT安保系统通过对减压阀组进行技术改进，减压阀组共设置四个旁通阀门，把其中一台旁通阀门设计为单作用式旁通阀。在系统控制中，通过单作用式旁通阀，使系统具有“三断保护”功能（即断油、断电、断信号的状态下具备快开功能和调节功能），增加系统的安全性能。

2.4 新型TRT防泄漏设计

由于进入透平机的煤气压力较高，TRT装置密封设计不佳就容易出现煤气泄漏的情况。TRT采用内部迷宫的方式进行密封，密封套容易出现磨损，密封介质N2消耗也比较高，增加密封的成本，另外N2浓度超标也会造成人员窒息。新型TRT为防止煤气泄漏，轴端密封在设计上采用碳环加拉别令进行密封，并采用充气、放气结构，在降低氮气耗量的情况下（氮气消耗量约200 m3），提高密封的安全可靠性。

3 应用效益

宝钢湛江钢铁有限公司1号、2号5050 m3高炉TRT装置分别于2015年11月，2016年7月25日正式投运并网发电。在投运接近一年的时间里，1#TRT装置各项运行指标正常，机组运行稳定。TRT投产后，取得较好的经济效益。实际生产表明，新型TRT在无论是在设备运行的稳定性还是在吨铁发电量，都得到较大的提升。按照平均吨铁发电量47 kWh，年生产铁水823万t来计算，可回收电能38681万kWh。以电价0.6元/kWh计算，相当于吨铁降低成本28.2元。根据实际运行情况，湛江钢铁1#TRT机组发电效率、作业率的各项指标处于国内同行领先水平。

5 结语

宝钢湛江钢铁2座高炉采用新型TRT余压发电机组从机组的防腐，提高效率，安保系统及防泄漏等问题进行课题攻关，同时在借鉴其它机组的机组上，解决了目前干式TRT机组出现一些常见的问题，为国内大型TRT机组的研发提供一些参考价值。宝钢湛江钢铁2套TRT机组投运至今，机组不仅运行状态较好，同时其发电效益十分显著。