欧冶炉高温TRT煤气转低温运行分析

2020-04-09张开鉴顾晓光

新疆钢铁 2020年4期

田果，张开鉴，顾晓光

（新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂）

1 问题的提出

八钢欧冶炉输出煤气约200kPa，150℃，经TRT进行能量转换后，压力降至约15kPa，温度降低至约80℃，进入八钢能源管网供轧钢等生产线使用。2019年因八钢能源系统安全生产需求，对欧冶炉输出煤气进行脱水降温处理，在煤气管线增加输出煤气洗涤降温设施，脱水降温后的煤气（温度约45℃，压力约200kPa）进入TRT进行能量转换后并入八钢能源管网。2019年12月4日欧冶炉煤气脱水系统运行，TRT同步运行，至2020年1月4日欧冶炉TRT异常停机，低煤气温度TRT，吨铁发电量为12.5kW .h，只有高温的25%。

2 欧冶炉煤气TRT指标

欧冶炉高温TRT的特点：（1）高温高压煤气能量回收效益显著；（2）减少了噪音等环境污染，TRT投入后环境噪音从85分贝降低至70分贝；（3）欧冶炉还原竖炉及熔融气化炉压力控制对T R T 稳定要求较小。还原竖炉煤气量及压力由顶煤气流量调节阀控制调整。熔融气化炉压力由大小锥环缝开度控制调整。T R T 仅控制输出煤气并入能源大网的压力。

2019年4-12月欧冶炉产量79.7万t，含TRT检修等停机时间，TRT最高吨铁发电量50kW .h，平均月最高吨铁发电量45.8kW. h，见图1。

12月4日欧冶炉煤气脱水洗涤系统投用后，欧冶炉TRT投入运行，12月平均吨铁发电量8.1kW. h，最高吨铁发电量12.5kW .h，至2020年1月4日TRT出现跳机震动大，无法正常开机，被迫进行检修工作。

图1 欧冶炉2019年4-12月TRT吨铁发电量

3 欧冶炉输出煤气脱水系统投入的影响

欧冶炉输出煤气处理工艺系统主要是2 2万Nm3/h的200℃顶煤气经洗涤降温塔降温至45℃后进入水洗气分离器，脱水后的煤气进入T R T后并入能源煤气管网。

3.1 欧冶炉煤气系统工艺流程

欧冶炉煤气脱水系统工艺流程见图2。

图2 欧冶炉系统煤气工艺流程图

其中，1 5万N m3/h的煤气返回T R T前煤气管；7万Nm3/h煤气进入压缩机进行CO2脱出被吸收，在吸收塔上段，用再生后的冷贫液洗涤，将净化气中的CO2含量降到1%以下，再经过分离，除去气体中微量的NCMA溶液后一路送往欧冶炉，另一路送往高炉。

3.2 脱水系统投入后TRT出现的问题

欧冶炉TRT发电机组2015年6月建成投产。设计参数进口流量2 4 2 3 m3/m i n，进口压力0.381MPa，进口温度220℃，转速3000r/min，透平膨胀机转子动叶，承缸静叶材质均为2Cr13。

2019年12月4日欧冶炉煤气脱水洗涤系统投用，至12月13日欧冶炉TRT投入运行，2020年1月4日TRT异常跳机，系统无法开机。打开TRT大盖进行检查，发现TRT装置中的静叶、动叶、承缸都出现磨损。

承缸部分:第一级静叶磨损严重，体现在叶片背弧面上，进排气过渡弧冲刷形成深坑，叶根部位有不同程度的磨损；第二、三级静叶损伤明显，叶根部分损失60%，叶型破坏，叶片存在断裂风险。承缸本体冲刷破坏严重，缸体多处沟槽。

转子部分:第一、二、三级动叶冲刷磨损,叶根部位也出现不同程度的损伤。主轴球面存在较为严重的冲刷磨损，转子进气侧碳环密封轴套磨损形成沟槽，涂层及碳环基体受损。

4 采取的措施

2020年1～7月，欧冶炉TRT转子返制造厂进行检修修复。

2020年7月底设备组装完成，针对TRT安全运行，对欧冶炉煤气系统进行分析，从系统程序安全、设备紧急停机保护、工艺管道排水硬件等方面进行分析。

针对管网结构变化对程序控制的影响，对程序进行优化修改，在TRT管线的最低点增加排水设施。采取一系列措施后，7月23日欧冶炉TRT投入使用，实现了安全稳定运行，在入口煤气温度.45℃条件下，吨铁发电量达到25k Wh。

4.1 欧冶炉煤气工艺管线布置及程序优化

欧冶炉煤气脱水系统稳定运行后，进入TRT煤气的温度由180℃下降至45℃，新增脱水器、洗涤塔及管道等增加体积约700m3，管道设施增加阻损约20kPa。未增加脱水器、洗涤塔等设施前，煤气进入TRT管道体积约125 m3。

TRT跟踪调整的压力在脱水项目投用后降低20kPa，系统压力调节缓冲后，TRT跟踪压力调整异常。造成TRT自动跟踪调整静叶变化较大，静叶全开全关的情况，无法稳定跟踪调整压力，造成TRT异常保护停机。

根据相关研究资料及理论计算，影响TRT发电功率的因素主要有炉顶煤气流量、炉顶煤气温度、炉顶压力及TRT的有效工作时间或是TRT的作业率等[1]。TRT入口压力的变化造成设备运行的异常，需要采取措施消除新增水洗系统造成的压力影响。

煤气脱水系统脱水器、洗涤塔投入后，煤气的温度降低，水蒸气饱和露点下降，煤气含水量大幅度下降。但是21万m3/h的煤气经过洗涤塔后煤气流速达到12m/s，气流携带的水滴造成脱水塔的液位剧烈波动，可能造成液位计失真，大量水滴随着煤气进入TRT对设备造成较大的冲击。

对程序进行优化修改：四阀组跟踪调节压力与TRT调节跟踪压力保持一致，压力跟踪点由原输出煤气管线位置调整跟踪脱水器出口压力，逻辑不变。保证系统安全，净煤气放散塔作为超压紧急放散设施，放散压力为四阀组压力+10kPa，调整为脱水器出口压力。

水滴会造成TRT设备设施的故障，增加洗涤塔脱水器液位与TRT保护停机联锁，液位保持在煤气出口1.5m以下，超出高液位程序自动判断，TRT画面弹出故障停机画面，TRT停机。

4.2 TRT管线的排水装置优化

原燃气工艺设计中四阀组管线的标高比TRT系统设备标高+1.5m，TRT在该段煤气管线中属于最低端。针对TRT前后管线的排水情况，分析认为洗涤脱水后的煤气依然会携带少量水滴进入T R T，进入T R T前以及经T R T做功后出TRT均会有水析出，析出的水无法排出TRT段，造成TRT设施出现异常。

因此增加排水设施，在TRT进口管道设置高压排水设施，T R T本体最低点设置水封排水设施，TRT出口设置常规排水设施，确保TRT管线能够将析出的煤气水快速排出系统。

4.3 TRT运行情况及发电量

2020年7月24日至8月20日，TRT运行1个月，欧冶炉煤气洗涤脱水系统正常投入运行，TRT吨铁发电量25kW .h，同步欧冶炉检修，对TRT开检视孔检查静叶、承缸的状况，TRT承缸、动叶、静叶叶尖、叶根等设施正常，没有发现汽蚀等异常情况。

2 0 2 0 年7 月2 4 日T R T 投运，吨铁发电量25 kW .h，较2019年12月发电量翻一番，在较高温状态吨铁发电量k W .h，达到吨铁50%水平，设备设施系统运行稳定，平均铁水产量3450t/d。2020年7月24-8月20日TRT运行发电情况（7月28日煤气系统检修TRT停机）见图3。