提高TRT发电量技术探索

马志

（河钢邯钢集团邯宝公司能源中心，河北邯郸 056015）

前言

高炉煤气余压透平发电装置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit），简称TRT。它是利用高炉冶炼的副产品——高炉煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。在这些能量转换和回收利用设备中，包括透平机、调节控阀门、炉顶压力调节装置、管路阀门、发电机、除尘器等，这些设备一部分为能量转换专用设备，另一部分为工艺安全或生产配套设备。如何将影响能量转换效率的设备合理高效利用一直是能源利用的重点和难点。邯钢对湿式TRT 的高炉煤气发电进行了深入探讨，就影响TRT 发电的相关设备进行了分析，提出了一些提高发电量的解决办法，并加以运用，取得了较好的成效。

1 TRT的构成

TRT 装置由透平主机和大型阀门系统、润滑油系统、液压伺服系统、给排水系统、氮气密封系统、发配电系统、自动控制系统八大系统组成。这八大系统相互配合，构成一个完整的机体，实现压力能转换为电能。

2 TRT的功能

2.1 能量回收

高炉煤气通过洗涤和除尘，再经过三环缝及QOV 阀系统组，煤气压力由220 kPa 降到12 kPa 左右送至管网。通过TRT 机组，可以将煤气余压和部分热能转换成电能。另外，高炉出口100～180 ℃的煤气，经湿式除尘后，降至50～60 ℃后直接送管网，而通过TRT 可以降至40 ℃左右送管网，还可利用20℃左右的热能。

2.2 稳定的顶压控制

若没有TRT，高炉的顶压只是通过除尘的三环缝来控制，增加TRT 后，三环缝调高炉顶压，通过TRT 机组的静叶来调整除尘器后压力和管网压力，因静叶调整稳度、精度高，高炉的顶压更加易于控制，对高炉生产更加有利。另外，按调节稳定性分析，一次性大范围调节也不及两次分级调节精度高。

2.3 降低噪音

由于煤气的压力损失通过透平吸收，原除尘或调压阀产生噪音以做功的形式转化为电能，可以有效降低噪音。

3 邯钢TRT的现状

邯钢3 200 m3高炉，配套采用德国PW 三环缝湿式除尘技术，配套陕鼓MPS18-290/58 透平机组，其工艺配置见图1。该除尘设备及TRT于2005年确定方案，2008 年8 月建成投产，到目前为止，运行也近13 年，其设备面临老化，技术也相对落后。在现有条件下，不对设备进行大的投资改造，实现最高的TRT效率是目前运行调节的主要工作。

图1 3 200 m3高炉煤气除尘及TRT工艺示意图

4 影响发电因素

通过TRT 发电量的计算公式可以看出，影响发电量的因素为：透平出入口温度、透平入口煤气压力、煤气流量、透平效率和发动机效率，因此，要提高发电量，就是要增流量、提压力、保温度、高效率。

TRT发电量计算公式：

式中：N——发动机功率，kW；

T1——透平入口煤气温度，K；

P1——透平入口煤气压力，kPa；

P2——透平出口煤气压力，kPa；

Fd——煤气中水汽冷凝所放出的汽化潜热的热量修正系数；

Nt——透平效率；

Ng——发动机效率；

Cp——定压比热；

K——绝热指数；

Q——煤气流量，m3/h。

4.1 增流量

流量的增加有二条途径。

（1）高炉煤气产量的提高，需要高炉操作和稳定的炉况及产量来做保证，TRT本身无法左右，不做分析。

（2）TRT少泄漏或不泄漏，主要是TRT的旁通阀和QOV阀关闭到位。

4.2 提压力

高炉炉顶压力的提高、除尘系统压损的减少，都可以提高TRT 的前压，然而要提高TRT 的前压，还受TRT旁通阀和QOV 阀的影响，只要其在TRT事故突然停机时能快速打开，不造成高炉顶压的突然大幅上升即可。

4.3 保温度

温度的提高是二个方面。

（1）高炉顶温的提高，这需要高炉操作调整，需风温提高、热量的增加等来实现。

（2）除尘系统的调整，具体为减少水量，增加水压。

4.4 高效率

高效率是指透平机和发动机的高效率，发动机的高效率出厂就已确定，不做分析。透平机组本身的效率提高，主要表现在以下几个方面。

（1）机组静叶角长时间动作的范围，尽可能在60%～80%为宜。

（2）运行时间长，主要表现为缩短高炉休风检修前停机时间，增快高炉休风检修后的恢复时间。

（3）机组本身安全运行状况，如振动、瓦温、轴位移等，保证TRT的运行。

5 调节改进措施

5.1 流量提高后压力不降问题

煤气量的增加是通过高炉增风量提高的，是高炉提高产量后的附加效益，原则上高炉顶压一般不会降低，需要控制好环缝压差，保证煤气经过环缝的流速，就能保证除尘效果。

5.2 流量提高后温度不降问题

煤气量的增加，高炉顶温一般也不会降低，原则上只要保证原环缝的差压，除尘效率就能保证。只要保证除尘所需要的水汽比，特别是三环缝的水汽比，煤气质量就能保证。实际中只需适量增加三缝的水量，减少中间初洗的水量，既能保证环缝的除尘效率，煤气温度还不会降低，反而会增加1～5 ℃。只要除尘器出口煤气温度不≤60 ℃，湿式除尘的安全运行就能得以保证，发电量还会适当增加。

5.3 增压后不出安全问题

高炉提高顶压，是为了高炉提高产量而进行的，实际中因TRT 在设计时，受高炉最初设计条件限制，阀门的动作也受限制。如邯钢3 200 m3高炉，原设计正常顶压为0.23 MPa，除尘器三环缝除尘质量要求压差30～60 kPa，加上设备及管道阻力损失，到TRT入口的最高压力不会超过0.19 MPa。设计时TRT 突然事故停机时，TRT 旁通阀打开压力不超过0.25 MPa，三环缝配套的QOV 阀打开压力不超过0.205 MPa。若前压提高，很容易出现TRT突然停机后，旁通阀通径较小，QOV 阀打不开造成高炉顶压突然大幅升高问题。因此，提高顶压后，若不提高QOV 阀和旁通阀的打开压力，只得将提高顶压后的压力能浪费在三环缝中。为解决这一问题，可以通过更换QOV 阀的液压缸动力，将阀的打开压力提高至0.25 MPa 以上，同时解决TRT 旁通阀直径小和打开压力低问题。有条件可以再增加一个旁通阀，同时将阀的打开压力提升至0.3 MPa。这样，双阀在TRT 突然停机后打开泄压，也不会出现TRT 旁通阀打不开和QOV阀前压突然超标打不开情况。

5.4 高效率问题

5.4.1 顶压稳定调节技术

TRT 正常运行时，采用PID 调节控制TRT 静叶开度，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。TRT 运行时，静叶在自动状态，QOV 阀全闭，三环缝保持自动调压状态。正常运行时，机组旁通快开阀关闭，且在自动位置，一旦静叶调节出现问题，顶压波动超出正常范围，在自动位置的旁通快开阀会自动参与顶压调节。

要实现高效运行，则需要TRT 的旁通阀和QOV阀在TRT 正常运行时，不参与调节，仅通过静叶角调节和三环缝调节，避免煤气通过该两个阀逃逸而减少发电量。实际在控制中，采用三环缝调顶压，TRT 静叶调前压，且保证TRT 的前压设定值低于高炉顶压25～35 kPa。另外，为避免两个调节的叠加，两个调节快慢错开，根据高炉炉况优化PID 参数，即可保证调节稳定。

5.4.2 叶片防结灰方法

TRT 叶片积灰，直接影响TRT 的效率。目前任何高炉煤气除尘均不能完全除去煤气中的灰尘，湿式除尘中仍有少量的粉尘和水通过叶片，自然会形成微小的颗粒，慢慢在叶片上沉积。要防止叶片积灰的具体方法为：一是叶片安装在线清洗装置，定期对叶片进行冲洗；二是要利用定修机会或定期对叶片加专用药剂进行清洗，避免灰在叶片上长时间积聚。

5.4.3 除尘器压力损失缩小

在TRT 运行时，因其突然将煤气由高压降为低压，在TRT 运行中也存在除尘功能，可以将原环缝除尘的压力差降低3～5 kPa，以减少环缝压力损失，煤气的含尘量可以在TRT出口取样分析判断。

5.4.4 静叶角度控制问题

为保证TRT的高效，静叶角度是关键，TRT的静叶角度应该在60%～80%为宜，开度太低效率低，太高调节能力小，既可能影响顶压调节，还影响调节效率。

5.4.5 静叶密封使用周期问题

静叶是一个流量控制装置，其密封严密程度直接影响TRT 的效率。一般半年后静叶密封就变差，既需要选择较好的静叶密封材料，又需要在检修时保证静叶及承缸的装配质量。

5.4.6 延长运行时间问题

运行时间越长，发电量一定会越多。提升运行时间办法为：

（1）停机时尽可能减少提前量，可以与高炉休风时同步减负荷。

（2）高炉短时间（≤4 h）休风时，保持电动运行，缩短高炉复风时启机时间，因高炉休风后复风TRT开启条件一般在6 h后。

（3）达到开机条件，立即开机，即需提前完成设备试验和机组能过二阶临界转速时就启机。

5.4.7 阀的泄漏问题

旁通阀和QOV 阀均是TRT 的旁路，其关闭严密程度直接关系TRT的发电量。

（1）要选取泄漏率低的阀门，最好是万分之一的泄漏率。

（2）定期检查其严密性，并调整相应限位。

（3）不能为了快速处理事故而保持1%～2%的开度。

（4）定期检查轴端阀板晃动量，避免因阀板晃动而泄漏。

6.5 效果分析

通过对TRT 效率分析及整改，各参数对比见表1。

表1 提压前后参数对比

从表1可以看出，对TRT 进行发电量挖掘，技术是可行的，效果是明显的。

总之，TRT是高炉煤气余压发电设备，虽然近年与干法除尘发展配套的干式TRT 较多，其运行效率也较高，但在现有条件下湿式除尘的TRT 提高运行效率就显得尤为重要。提高TRT 的吨铁发电量，可降低生铁成本，提升吨铁效益。邯钢在现有湿式除尘技术条件下，有针对性地就影响TRT 发电的因素进行攻关，解决了制约TRT 高效运行的瓶颈问题，取得了可喜的经济效益，为能源设备的高效运行探索出一条新思路。