共用型TRT在水鋼高爐的運(yùn)行實(shí)踐

孟 瑋，高連生，向 劍，陳 瑜，易正明

（1.水城鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，貴州六盤(pán)水 553000；2.武漢科技大學(xué)，湖北武漢 430081）

1 引言

資料顯示，高爐采用TRT裝置，噸鐵可發(fā)電30k W·h，回收鼓風(fēng)機(jī)能量的30%左右，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、污染少、容量大、壽命長(zhǎng)和節(jié)能顯著的優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)大、中型高爐得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1]。但對(duì)于中小型、低壓高爐，由于單座高爐爐容小（400～750m3），回收的能量比較低，一次性投資比較大，投資回收時(shí)間較長(zhǎng)，推廣應(yīng)用較困難[2，3]。共用型TRT通過(guò)閥門(mén)及管路系統(tǒng)，把不同高爐的高爐煤氣導(dǎo)入同一透平的不同流道，利用兩座高爐的爐頂和管網(wǎng)的壓力、熱能和煤氣流量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過(guò)兩套可調(diào)靜葉分別控制各自高爐的頂壓，不僅確保了高爐爐頂壓力的穩(wěn)定，同時(shí)增加了發(fā)電量，有效的利用高爐余壓資源，降低了煉鐵工序能耗，具有設(shè)備投資小，投資回收快，經(jīng)濟(jì)性效益高的特點(diǎn)[4-7]。

2 共用型TRT的特點(diǎn)

共用型TRT是在單座高爐TRT成熟設(shè)計(jì)、運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過(guò)大型閥門(mén)及管路系統(tǒng)，將兩座高爐的高爐煤氣導(dǎo)入同一透平的不同流道，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并通過(guò)可調(diào)靜葉，控制兩座高爐的頂壓，以及回收能量的裝置。共用型TRT機(jī)組部分輔助設(shè)施合為一套，系統(tǒng)共用一套發(fā)電機(jī)組、潤(rùn)滑油站、動(dòng)力油站、供水系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表系統(tǒng)以及高低壓發(fā)配電系統(tǒng)等裝置，具有投資小、設(shè)備成本低等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)單爐單機(jī)模式相比，投資減少約30%。同時(shí)，采用共用型TRT時(shí)，兩座高爐爐頂煤氣共同為機(jī)組主軸提供動(dòng)力，顯著降低了單爐單機(jī)模式TRT做電動(dòng)運(yùn)行的概率或停機(jī)的操作次數(shù)，提高了能量回收效率。此外共用型TRT還具有以下特點(diǎn)：

（1）兩座高爐分別獨(dú)立調(diào)節(jié)各自的頂壓；

（2）當(dāng)透平機(jī)發(fā)生重故障或甩負(fù)荷時(shí)，軟件將按程序的指令要求迅速、及時(shí)、同時(shí)關(guān)閉各自高爐的快速切斷閥切斷主管道煤氣，使透平轉(zhuǎn)速不上升。同時(shí)快速打開(kāi)各自高爐的旁通閥門(mén)，快速及時(shí)準(zhǔn)確地在給定的時(shí)間內(nèi)、使?fàn)t頂壓力恢復(fù)到正常范圍內(nèi)；

（3）機(jī)組采用一套控制系統(tǒng)，完成全部控制、監(jiān)視操作等功能，許多公共設(shè)施可以共用，節(jié)約設(shè)備投資；

（4）在機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)一座高爐休風(fēng)時(shí)，機(jī)組可以不停機(jī)而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，該側(cè)透平采取分流的方式，防止機(jī)內(nèi)煤氣溫度過(guò)高。在這種情況下，雖然透平效率要降低，但機(jī)組仍然工作發(fā)電；

（5）當(dāng)機(jī)組運(yùn)行投運(yùn)后，另一臺(tái)高爐的煤氣發(fā)電的投運(yùn)只需將煤氣引入調(diào)節(jié)靜葉開(kāi)度調(diào)節(jié)發(fā)電功率和保證高爐爐頂壓穩(wěn)定，機(jī)組不需進(jìn)行升轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程，簡(jiǎn)化了操作程序；

（6）兩座高爐的頂壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，設(shè)定值分別來(lái)自?xún)勺郀t中控室，分別控制各自獨(dú)立的可調(diào)靜葉，而互不影響。

3 水鋼共用型TRT介紹

水鋼現(xiàn)具備年產(chǎn)生鐵500萬(wàn)t的生產(chǎn)能力（1#高爐 788m3，2#高爐 1200m3，3#高爐 1350m3，4#高爐2500m3），除3#、4#高爐配套有TRT發(fā)電外，1#、2#高爐都未建TRT裝置。目前水鋼總用電負(fù)荷約130～140M W，而現(xiàn)有裝機(jī)容量?jī)H45M W，發(fā)電能力40M W，自發(fā)電量不到50%，因此實(shí)施TRT發(fā)電工程，增加水鋼自發(fā)電量非常有必要。1#、2#高爐共用型TRT系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，1#、2#兩座高爐的高爐煤氣分別通過(guò)文氏洗滌系統(tǒng)、電動(dòng)蝶閥、盲板閥、快速切斷閥進(jìn)入濕式軸流透平膨脹機(jī)左、右機(jī)，并通過(guò)盲板閥、電動(dòng)蝶閥等，經(jīng)凈煤氣管道進(jìn)入煤氣回收管網(wǎng)。

圖1 共用型TRT生產(chǎn)流程圖

1#、2#高爐共用型 TRT發(fā)電機(jī)組型號(hào)為G T 60×2 W，機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)額定功率6000k W，透平機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/m i n，1#、2#高爐正常情況下?tīng)t頂壓力分別為0.11M Pa及0.09M Pa，共用型TRT系統(tǒng)發(fā)電機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝控制參數(shù)如表1、表2所示。

表1 TRT發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 TRT發(fā)電機(jī)系統(tǒng)控制及工藝控制運(yùn)行參數(shù)（G T 60×2 W型）

4 水鋼共用型TRT應(yīng)用效果分析

4.1 高爐爐頂壓力控制

高爐未建TRT系統(tǒng)時(shí)，爐頂壓力由一套減壓閥組控制，采用TRT系統(tǒng)后，通過(guò)在原有系統(tǒng)上并一個(gè)調(diào)節(jié)回路來(lái)控制TRT系統(tǒng)中的可調(diào)靜葉，在不改變高爐操作的情況下，利用可調(diào)靜葉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制高爐爐頂壓力。TRT系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制高爐爐頂壓力的主要目的，一是正常生產(chǎn)時(shí)，在保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定的前提下，充分利用爐頂煤氣資源，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；另一個(gè)是當(dāng)TRT發(fā)電機(jī)發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，在保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定的前提下，能及時(shí)安全的從高爐煤氣管網(wǎng)中退出運(yùn)行。TRT靜葉控制高爐爐頂壓力可分為T(mén)RT系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)、正常停機(jī)時(shí)、緊急停機(jī)時(shí)3種情況。

（1）正常運(yùn)行

機(jī)組正常投運(yùn)、并網(wǎng)、升功率過(guò)程中高爐爐頂壓力由高爐側(cè)-減壓閥組控制，由高爐側(cè)計(jì)算機(jī)控制；升功率結(jié)束后，TRT與減壓閥組并列運(yùn)行時(shí)，送入TRT側(cè)的爐頂壓力測(cè)量值與高爐頂壓控制回路的測(cè)量值為同一信號(hào)，將高爐頂壓控制回路的設(shè)定值減去一個(gè)允許的偏差（1～2k Pa）后，作為T(mén)RT爐頂壓力調(diào)節(jié)回路能自動(dòng)跟蹤高爐的設(shè)定值，高爐頂壓的設(shè)定權(quán)仍在高爐。

1.1 實(shí)驗(yàn)主要試劑 Ficoll淋巴細(xì)胞分離液購(gòu)自上海試劑二廠；CD1a-PE、CD80-PE、CD83-APC、CD86-PECY5、HLA-DR-APC單克隆抗體購(gòu)自美國(guó)BD公司；RPMI1640培養(yǎng)基、胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Gibco公司；GM-CSF購(gòu)自美國(guó)Peprototech公司；IL-4購(gòu)自德國(guó)Meltenyi公司；二乙基亞硝胺水溶液購(gòu)自美國(guó)Sigma公司；抗大鼠PE-CD4、PE-CD25、抗大鼠Foxp3單克隆抗體購(gòu)自美國(guó)Ebioscinence公司。

（2）正常停機(jī)

正常停機(jī)時(shí)，與啟動(dòng)過(guò)程相反，TRT側(cè)爐頂壓力調(diào)節(jié)回爐的設(shè)定值為高爐頂壓設(shè)定值加上一個(gè)偏差（1～2k Pa），TRT發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)將控制可調(diào)靜葉慢慢關(guān)?。挥捎诟郀t側(cè)爐頂壓力調(diào)節(jié)回路始終處于自動(dòng)控制等待狀態(tài)，在讓可調(diào)靜葉緩慢關(guān)閉的同時(shí)，迫使減壓閥組逐漸打開(kāi)。TRT正常停機(jī)既為爐頂壓力控制，又為減負(fù)荷控制，隨著可調(diào)靜葉慢慢關(guān)小，減壓閥組慢慢打開(kāi)，當(dāng)發(fā)電機(jī)功率達(dá)到工藝要求的解列值時(shí)，發(fā)出解列信號(hào)，經(jīng)確認(rèn)后，使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列，同時(shí)自動(dòng)關(guān)閉緊急切斷閥和可調(diào)靜葉，系統(tǒng)停機(jī)結(jié)束。

（3）緊急停機(jī)

當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急停機(jī)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令，快切閥立即關(guān)閉，然后打開(kāi)快開(kāi)旁通閥控制頂壓?？扉_(kāi)旁通閥在機(jī)組停機(jī)后的前3s內(nèi)，通過(guò)煤氣流量計(jì)算相應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度，3s后轉(zhuǎn)入頂壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，穩(wěn)定頂壓，高爐頂壓穩(wěn)定后，頂壓控制由高爐側(cè)減壓閥組控制。

1#、2#高爐共用型TRT及采用減壓閥組運(yùn)行時(shí)高爐爐頂壓力實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì)比如表3所示。由表3可以看出，當(dāng)高爐采用減壓閥組運(yùn)行時(shí)，爐頂壓力波動(dòng)較大，1#高爐爐頂壓力為±6k Pa，2#高爐爐頂壓力為±7k Pa；而當(dāng)采用共用型TRT時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)靜葉控制爐頂壓力，正常運(yùn)行、正常停機(jī)以及緊急停機(jī)時(shí)，爐頂壓力分別控制在±1.5k Pa、±2k Pa、±3 k Pa，減少了高爐爐況波動(dòng)，高爐爐頂壓力比較穩(wěn)定，提高了高爐利用系數(shù)，有利于高爐的運(yùn)行及產(chǎn)量的提高。

表3 減壓閥組與TRT靜葉控制高爐爐頂壓力運(yùn)行參數(shù)對(duì)比

4.2 效益分析

水鋼共用型TRT發(fā)電機(jī)選用G T 60×2 W共用型透平機(jī)組，輸出功率為6000k W，配套發(fā)電機(jī)選用無(wú)刷勵(lì)磁、三相交流同步發(fā)電機(jī)，額定功率為6000k W。共用型TRT一年按8000運(yùn)行小時(shí)，平均負(fù)荷按4680k W，電價(jià)0.45元/k W·h計(jì)算，年發(fā)電效益：

年發(fā)電效益＝年運(yùn)行時(shí)間×平均負(fù)荷×電價(jià)＝8000×4680×0.45＝1685萬(wàn)元

5 提高共用型TRT發(fā)電量的措施

高爐煤氣流量以及透平入口壓力是影響TRT系統(tǒng)發(fā)電量的主要原因，高爐煤氣流量、透平入口壓力的提高都會(huì)導(dǎo)致TRT的發(fā)電量的增加。高爐正常運(yùn)行時(shí)，由于高爐爐頂至透平入口的管道阻力損失基本不變，因此，提高高爐爐頂壓力即可提高透平入口壓力，從而提高TRT發(fā)電量。通過(guò)1#、2#高爐共用型TRT各種工況下的運(yùn)行實(shí)踐，并結(jié)合水鋼的生產(chǎn)實(shí)際，提出以下措施來(lái)提高TRT的發(fā)電量：

（1）提高和保證共用型TRT發(fā)電機(jī)高爐煤氣進(jìn)氣量

TRT發(fā)電機(jī)組通過(guò)高爐煤氣工質(zhì)提供能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，機(jī)組發(fā)電效率與高爐煤氣流通流量成正比關(guān)系。因此，通過(guò)TRT發(fā)電機(jī)的高爐煤氣流通量盡可能多，發(fā)電量提升才有所保證。

（2）探索TRT運(yùn)行開(kāi)機(jī)模式，提高共用型TRT發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)作業(yè)率

水鋼高爐生產(chǎn)與TRT運(yùn)行分別屬于煉鐵廠、動(dòng)力廠兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。針對(duì)實(shí)際情況，為提高TRT發(fā)電量，積極探索科學(xué)合理的TRT開(kāi)機(jī)模式，在高爐開(kāi)爐、復(fù)風(fēng)等達(dá)到正常生產(chǎn)條件下，加強(qiáng)崗位之間的信息溝通，盡可能縮短高爐正常生產(chǎn)后與TRT開(kāi)機(jī)的時(shí)間間隔，提高TRT發(fā)電機(jī)開(kāi)機(jī)作業(yè)率。

（3）保持爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)

保持高爐爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，降低休、慢風(fēng)率是提高TRT發(fā)電量的基礎(chǔ)，在高爐爐況順行的同時(shí)，提高爐頂壓力，爭(zhēng)取全風(fēng)，適當(dāng)提高爐頂溫度，加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)，能提高TRT發(fā)電量。

6總結(jié)

（1）水鋼共用型TRT是共用型TRT在料鐘式高爐和無(wú)料鐘式高爐在國(guó)內(nèi)的首次利用，實(shí)現(xiàn)了高爐調(diào)壓閥組、TRT發(fā)電機(jī)靜葉對(duì)高爐爐頂壓力的聯(lián)合控制與調(diào)節(jié)，確保高爐爐頂壓力的穩(wěn)定運(yùn)行，填補(bǔ)了共用型TRT發(fā)電機(jī)在不同高爐爐頂設(shè)備的技術(shù)空白。

（2）TRT技術(shù)是提高鋼鐵企業(yè)能源利用效率，降低能源消耗的發(fā)展方向，共用型TRT節(jié)約了投資，克服了場(chǎng)地?fù)頂D的限制，降低了噪聲，改善了環(huán)境。通過(guò)兩年的運(yùn)行實(shí)踐，水鋼共用型TRT運(yùn)行穩(wěn)定，取得良好的效果，TRT小時(shí)發(fā)電2000k W·h左右，回收能量20k W·h/t·F e，相當(dāng)于高爐鼓風(fēng)機(jī)消耗電能的18%，節(jié)能效果十分明顯。

[1]李繼成，李嘉.共用型TRT的使用效果與分析[J].安徽冶金，2007，2：30-35.

[2]葉長(zhǎng)青.中小高爐TRT的可行性分析[J].冶金能源，2001，20（5）：50-54.

[3]陳向紅.共用型煤氣余壓發(fā)電（TRT）在漣鋼的研究及應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)（學(xué)術(shù)版），2009，28（4）：34-36.

[4]陳清，劉浩.共用型TRT裝置穩(wěn)定高效運(yùn)行探討[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2011（4）：90-92.

[5]朱軍，楊紹勇，李賀忠等.共用型TRT高爐煤氣透平發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2007（2）：19-22.

[6]楊紹勇，劉繼華.河北津西共用型TRT高爐煤氣透平發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)實(shí)踐[C].2008年高爐煤氣壓差發(fā)電技術(shù)交流會(huì)論文集，2006：30-33.

[7]趙占國(guó)，李文升.共用型高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置在青島鋼鐵的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2011（4）：52-53.