新型TRT機(jī)組的應(yīng)用研究與實(shí)踐

萬真武，梁 智

（1寶鋼湛江鋼鐵有限公司設(shè)備部；2寶鋼湛江鋼鐵有限公司煉鐵廠；廣東湛江 524072）

引言

寶鋼湛江鋼鐵目前配置了1號、2號兩座5050 m3高爐，年產(chǎn)鐵水823萬 t，年產(chǎn)高爐煤氣119億m3。高爐煤氣二次除塵采用全干法進(jìn)行除塵，兩座高爐分別配備兩臺新型干式TRT發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為2×33 MW。寶鋼湛江鋼鐵根據(jù)高爐特點(diǎn)以及氣候環(huán)境的因素，研究開發(fā)了新型干式TRT裝置，采用的新型干式TRT是由寶鋼湛江鋼鐵有限公司、西安陜鼓動力股份有限和重慶中冶賽迪工程共同攻關(guān)的成果，新型干式TRT發(fā)電量指標(biāo)明顯提高，為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，大力推進(jìn)大型高爐TRT系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程。

1 新型全干式TRT工藝流程及系統(tǒng)組成

1.1 工藝流程

高爐荒煤氣經(jīng)過重力除塵后，由布袋除塵器進(jìn)一步除塵后，初步得到凈化的高爐煤氣進(jìn)入TRT機(jī)組，高爐煤氣在透平機(jī)內(nèi)的靜葉片與動葉片組成的流道中不斷運(yùn)動，然后透平機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)組進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，高爐煤氣的壓力能、熱能就轉(zhuǎn)化為電能。高爐煤氣從透平機(jī)出來后，經(jīng)水封蝶閥，進(jìn)入高爐煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行洗滌，將合格的高爐煤氣送至煤氣管網(wǎng)中。為避免TRT機(jī)組發(fā)生故障出現(xiàn)機(jī)組緊急停機(jī)，造成爐頂壓力和外部管網(wǎng)壓力突然升高影響高爐的正常生產(chǎn)，因此在TRT機(jī)組旁邊并聯(lián)一套減壓閥組。當(dāng)TRT機(jī)組出現(xiàn)故障緊急停機(jī)時，聯(lián)鎖的減壓閥組快速打開，此時高爐爐頂壓力由減壓閥組進(jìn)行控制，TRT機(jī)組可以安全退出，保證高爐正常生產(chǎn)。湛江鋼鐵TRT的工藝流程如圖1所示。

1.2 TRT系統(tǒng)概況

1.2.1 TRT系統(tǒng)組成

湛江鋼鐵1#、2#高爐TRT系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備主要由7部分組成，共同實(shí)現(xiàn)TRT的機(jī)械功能。系統(tǒng)分別由透平主機(jī)與發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、發(fā)配電控制系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、高精度控制軟件、大型閥門組系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊饫鋮s系統(tǒng)以及煤氣置換吹掃系統(tǒng)等組成。

1.2.2 TRT主要性能參數(shù)及運(yùn)行條件

湛江鋼鐵1#、2#高爐TRT透平機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)主要是根據(jù)高爐的特點(diǎn)以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件進(jìn)行確定。TRT透平機(jī)組的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1以及煤氣條件如表2。

圖1 湛江鋼鐵TRT工藝流程圖

表1 TRT透平機(jī)組的主要性能參數(shù)

表2 煤氣成分

2 新型全干式TRT創(chuàng)新技術(shù)

新型TRT采用的透平機(jī)型號為MPG31.5-390/130。透平機(jī)采用的型式為干式、反動式、兩級靜葉可調(diào)，且第一級靜葉片能夠完全實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：水平剖分，雙層缸結(jié)構(gòu)，鑄造機(jī)殼，徑向下部進(jìn)氣、排氣方式，四點(diǎn)支撐（一端固定，一端滑動），機(jī)殼兩端有垂直導(dǎo)向鍵。機(jī)殼內(nèi)壁涂有防腐層，機(jī)組頂部有平衡管。雙層缸剛性好、吸振、降噪、耐腐蝕性好、耐磨性好；機(jī)殼兩側(cè)導(dǎo)向鍵保證機(jī)殼膨脹對中，平衡管可減小機(jī)組軸向推力及軸向位移。新的葉型結(jié)構(gòu)在保證可機(jī)組運(yùn)行可靠性，同時也保證其高效率運(yùn)行。兩級靜葉可調(diào)可使得機(jī)組更加適應(yīng)高爐工況條件而高效運(yùn)行。

2.1 TRT裝置腐蝕問題研究

采用干式除塵后的煤氣溫度較高，腐蝕的成分也相對較高，侵蝕透平機(jī)部件程度在加劇，對設(shè)備本身抗腐蝕、抗沖刷要求相應(yīng)提高。針對干式TRT腐蝕問題，主要從TRT緩蝕阻垢劑選型、零部件的材料選擇、表面處理技術(shù)以及防腐材料等四方面進(jìn)行研究。

使用緩蝕阻垢劑能夠提高TRT機(jī)組整體耐腐蝕能力及延長機(jī)組使用壽命。通過緩蝕阻垢劑性能的提升以及加藥裝置的升級能夠提高機(jī)組安全運(yùn)行性，經(jīng)試驗(yàn)對比研究使用C3緩蝕阻垢劑的緩蝕率達(dá)到75%以上。因此，選用C3作為TRT緩蝕阻垢藥劑；經(jīng)試驗(yàn)對比，動、靜葉片材料確定為17-4PH，葉片采用全新的打底層和封孔材料，能夠在提高抗沖刷性的基礎(chǔ)上，提高耐Cl腐蝕能力；葉片表面涂層采用超音速等離子熱噴涂技術(shù)；機(jī)殼防腐材料選擇采用樂泰耐蝕膠。以上研究已應(yīng)用到寶鋼湛江鋼鐵，對比寶鋼股份大院的干濕兩用式TRT機(jī)組，新機(jī)組的抗腐蝕性明顯提高，TRT的長周期運(yùn)行效率下降也得到明顯改善。

2.2 提高TRT效率研究

為提高TRT的效率，結(jié)合湛江高爐的運(yùn)行參數(shù)。新型TRT裝置從靜葉葉型選擇、葉柵氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)以及排氣方案選擇等三方面進(jìn)行研究提高TRT的效率。新型TRT采用流線型葉片，減小入口氣流沖角和出口厚度，優(yōu)化控制中間膨脹過程，增強(qiáng)流動的穩(wěn)定性，使TRT的氣動效率提升接近0.3%。新式TRT葉片的葉型，不易積灰、堵塞、磨損?？v樹形葉根，大幅度降低葉根應(yīng)力水平，提高可靠性；采用葉柵氣動優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，保證葉根尺寸不變，對動葉片葉型的多個截面進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，理論效率提升1.5%；大型TRT新葉型及流道完善匹配優(yōu)化和靜葉、全三維動葉葉型的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用徑向排氣流道內(nèi)效率為87.3%。

2.3 采用新型TRT安保系統(tǒng)

新型TRT采用陜鼓新開發(fā)的安保系統(tǒng)，TRT安保系統(tǒng)能夠確保在極端重故障狀態(tài)下TRT系統(tǒng)、高爐及煤氣管道系統(tǒng)的安全。TRT安保系統(tǒng)通過對減壓閥組進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，減壓閥組共設(shè)置四個旁通閥門，把其中一臺旁通閥門設(shè)計(jì)為單作用式旁通閥。在系統(tǒng)控制中，通過單作用式旁通閥，使系統(tǒng)具有“三斷保護(hù)”功能（即斷油、斷電、斷信號的狀態(tài)下具備快開功能和調(diào)節(jié)功能），增加系統(tǒng)的安全性能。

2.4 新型TRT防泄漏設(shè)計(jì)

由于進(jìn)入透平機(jī)的煤氣壓力較高，TRT裝置密封設(shè)計(jì)不佳就容易出現(xiàn)煤氣泄漏的情況。TRT采用內(nèi)部迷宮的方式進(jìn)行密封，密封套容易出現(xiàn)磨損，密封介質(zhì)N2消耗也比較高，增加密封的成本，另外N2濃度超標(biāo)也會造成人員窒息。新型TRT為防止煤氣泄漏，軸端密封在設(shè)計(jì)上采用碳環(huán)加拉別令進(jìn)行密封，并采用充氣、放氣結(jié)構(gòu)，在降低氮?dú)夂牧康那闆r下（氮?dú)庀牧考s200 m3），提高密封的安全可靠性。

3 應(yīng)用效益

寶鋼湛江鋼鐵有限公司1號、2號5050 m3高爐TRT裝置分別于2015年11月，2016年7月25日正式投運(yùn)并網(wǎng)發(fā)電。在投運(yùn)接近一年的時間里，1#TRT裝置各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。TRT投產(chǎn)后，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際生產(chǎn)表明，新型TRT在無論是在設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性還是在噸鐵發(fā)電量，都得到較大的提升。按照平均噸鐵發(fā)電量47 kWh，年生產(chǎn)鐵水823萬t來計(jì)算，可回收電能38681萬kWh。以電價0.6元/kWh計(jì)算，相當(dāng)于噸鐵降低成本28.2元。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，湛江鋼鐵1#TRT機(jī)組發(fā)電效率、作業(yè)率的各項(xiàng)指標(biāo)處于國內(nèi)同行領(lǐng)先水平。

5 結(jié)語

寶鋼湛江鋼鐵2座高爐采用新型TRT余壓發(fā)電機(jī)組從機(jī)組的防腐，提高效率，安保系統(tǒng)及防泄漏等問題進(jìn)行課題攻關(guān)，同時在借鑒其它機(jī)組的機(jī)組上，解決了目前干式TRT機(jī)組出現(xiàn)一些常見的問題，為國內(nèi)大型TRT機(jī)組的研發(fā)提供一些參考價值。寶鋼湛江鋼鐵2套TRT機(jī)組投運(yùn)至今，機(jī)組不僅運(yùn)行狀態(tài)較好，同時其發(fā)電效益十分顯著。