帶與不帶啟動(dòng)閥的TRT機(jī)組轉(zhuǎn)速控制

呂兵兵（中冶南方工程技術(shù)有限公司自動(dòng)化二所，湖北武漢　430223）

帶與不帶啟動(dòng)閥的TRT機(jī)組轉(zhuǎn)速控制

呂兵兵
（中冶南方工程技術(shù)有限公司自動(dòng)化二所，湖北武漢430223）

【摘要】針對(duì)當(dāng)前TRT兩種不同的典型工藝布置，對(duì)帶與不帶啟動(dòng)閥的兩種TRT升速過(guò)程進(jìn)行了比較，并分析了差異原因。針對(duì)轉(zhuǎn)速控制，推薦帶啟動(dòng)閥的TRT工藝布置。

【關(guān)鍵詞】TRT；啟動(dòng)閥；靜葉；轉(zhuǎn)速

Speed Control of TRT Unit With and Without Starting Valve

LV Bingbing
(No.2 Automation Dept. of WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan 430223, China)

【Abstract】Regarding the existing two different types of TRT process layout, the two TRT speeding up processes with and without starting valve are compared while the reason for the difference is analyzed. For speed control, TRT process layout with starting valve is recommended.

【Key words】TRT; starting valve; static blade; rotating speed

1　引言

TRT高爐煤氣余壓回收透平裝置（Top Gas Pressure Recovery Turbine）利用高爐煤氣余壓驅(qū)動(dòng)透平旋轉(zhuǎn)，并拖動(dòng)發(fā)電機(jī)組，將高溫高壓高爐煤氣，轉(zhuǎn)換成電能并向電網(wǎng)供電。TRT回收的能量約占高爐風(fēng)機(jī)所需能量的30%~50%[1]，節(jié)能效果明顯。

在對(duì)高爐TRT裝置的控制中，有兩點(diǎn)與安全生產(chǎn)直接相關(guān)，一是穩(wěn)定控制其升速過(guò)程，使其成功并網(wǎng)，二是充分保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)[2]，而前者是后者的基礎(chǔ)和前提。TRT轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定控制并成功并網(wǎng)和其工藝布置有直接的關(guān)系。本文結(jié)合當(dāng)前TRT的兩個(gè)實(shí)際工程的典型工藝布置進(jìn)行比較，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

2　工藝過(guò)程

陽(yáng)春新鋼鐵2#1250 m3高爐TRT的工藝布置如圖1所示。

圖1　帶啟動(dòng)閥的TRT典型工藝布置圖

高爐煤氣經(jīng)過(guò)布袋除塵系統(tǒng)后，經(jīng)入口電動(dòng)蝶閥、入口電動(dòng)插板閥、緊急切斷閥后進(jìn)入透平機(jī)，入口電動(dòng)蝶閥段并接有一個(gè)液壓?jiǎn)?dòng)閥，緊急切斷閥段并接有一個(gè)電動(dòng)均壓閥。然后經(jīng)出口電動(dòng)插板閥、出口電動(dòng)蝶閥后進(jìn)入廠區(qū)煤氣管網(wǎng)。旁通快開(kāi)閥在緊急停機(jī)或者切換高爐頂壓調(diào)節(jié)的控制權(quán)時(shí)才會(huì)用到。

漣鋼7#3200 m3高爐TRT的工藝布置如圖2所示。高爐煤氣經(jīng)過(guò)布袋除塵系統(tǒng)后，經(jīng)入口電動(dòng)蝶閥、入口電動(dòng)插板閥、緊急切斷閥后進(jìn)入透平機(jī)，緊急切斷閥段并接有一個(gè)電動(dòng)均壓閥。然后經(jīng)出口電動(dòng)插板閥、出口電動(dòng)蝶閥后進(jìn)入廠區(qū)煤氣管網(wǎng)。旁通快開(kāi)閥在緊急停機(jī)或者切換高爐頂壓調(diào)節(jié)的控制權(quán)時(shí)才會(huì)用到。與圖1工藝布置對(duì)比，入口電動(dòng)蝶閥段取消了并接的液壓?jiǎn)?dòng)閥。

圖2　不帶啟動(dòng)閥的TRT典型工藝布置圖

3　帶液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT升速控制過(guò)程

升速過(guò)程一般經(jīng)歷三個(gè)階段。

第1階段為啟動(dòng)升速階段(0~1200 r/min)，靜葉將會(huì)自動(dòng)設(shè)置打開(kāi)16%左右，入口啟動(dòng)閥將自動(dòng)切到“自動(dòng)”控制狀態(tài)，升速速率大概為3（r/min）/s，本升速過(guò)程完全通過(guò)啟動(dòng)閥來(lái)控制轉(zhuǎn)速。

第2階段為快速升速階段(1200～2300 r/min)，要快速通過(guò)共振區(qū)，升速速率大概為20~25（r/min）/s，本升速過(guò)程完全通過(guò)啟動(dòng)閥來(lái)控制轉(zhuǎn)速。

第3階段為并網(wǎng)準(zhǔn)備升速段(2300～3000 r/min)，升速速率大概為5~10（r/min）/s，本升速過(guò)程仍然完全通過(guò)啟動(dòng)閥來(lái)控制轉(zhuǎn)速；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000 r/min時(shí)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，準(zhǔn)備進(jìn)行并網(wǎng)操作，當(dāng)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的頻率、相位、電壓三者接近或相等等外部條件滿足時(shí)，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。

注意，起機(jī)時(shí)靜葉的預(yù)設(shè)開(kāi)度不能太大，如果靜葉開(kāi)度過(guò)大，雖然通過(guò)煤氣量增加，但是透平入口壓力(前壓)會(huì)驟降，透平轉(zhuǎn)速也無(wú)法達(dá)到工作要求；同時(shí)高爐頂壓也不能太低，頂壓低于80 kPa也無(wú)法成功并網(wǎng)；頂壓低于100 kPa時(shí)，并網(wǎng)發(fā)電并沒(méi)有實(shí)際意義，每小時(shí)的發(fā)電量只有幾百kW·h，得不償失。

陽(yáng)春新鋼鐵2#高爐TRT升速參數(shù)記錄如表1所示。

表1　陽(yáng)春新鋼鐵2#高爐TRT升速參數(shù)記錄

并網(wǎng)成功且將入口電動(dòng)蝶閥打開(kāi)之后，啟動(dòng)閥將自動(dòng)關(guān)閉，靜葉將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉一定角度，靜葉投入全自動(dòng)控制，TRT開(kāi)始調(diào)節(jié)頂壓。

4　不帶液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT升速控制過(guò)程

由于工藝設(shè)計(jì)未配置啟動(dòng)閥，轉(zhuǎn)速控制只能通過(guò)“手動(dòng)”調(diào)節(jié)入口電動(dòng)蝶閥和靜葉開(kāi)度來(lái)完成。

升速過(guò)程同樣經(jīng)歷三個(gè)階段：

第1階段為啟動(dòng)升速階段(0~900 r/min)，由于靜葉密閉性差，保持靜葉開(kāi)度為0%時(shí)，

通過(guò)調(diào)整入口蝶閥開(kāi)度，轉(zhuǎn)速可達(dá)到900 r/min左右，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速低于900 r/min基本上無(wú)法通過(guò)靜葉來(lái)控制。

第2階段為快速升速階段(900 r/min ~2200 r/min)，在快速通過(guò)共振區(qū)時(shí)，主要通過(guò)控制靜葉開(kāi)度來(lái)完成，旁通快開(kāi)閥同時(shí)關(guān)閉。由于透平入口壓力(前壓)需要不小于75 kPa，應(yīng)盡量保證透平入口壓力不小于150 kPa。入口電動(dòng)蝶閥開(kāi)度應(yīng)不小于30%。

第3階段為并網(wǎng)準(zhǔn)備升速段(2200～3000 r/min)，過(guò)共振區(qū)時(shí)靜葉最大開(kāi)度限定在20%，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于2200 r/min時(shí)應(yīng)將靜葉開(kāi)度調(diào)整至7%左右，此時(shí)轉(zhuǎn)速可穩(wěn)定在3000 r/min左右，準(zhǔn)備進(jìn)行并網(wǎng)操作等。

漣鋼7#高爐TRT升速參數(shù)記錄如表2所示。

表2　漣鋼7#高爐TRT升速參數(shù)記錄

并網(wǎng)成功后，入口電動(dòng)蝶閥根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際打開(kāi)一定角度，靜葉投入全自動(dòng)控制，TRT開(kāi)始調(diào)節(jié)頂壓。

5　是否設(shè)置液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT升速控制過(guò)程對(duì)比

采用帶液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT裝置，其升速過(guò)程在各參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出后，靜葉固定某一開(kāi)度，啟動(dòng)閥設(shè)置為“自動(dòng)”狀態(tài)，三個(gè)升速過(guò)程不需要操作人員的參與，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)升速。沒(méi)有帶液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT裝置，其升速全過(guò)程要通過(guò)不斷“手動(dòng)”調(diào)節(jié)入口電動(dòng)閥和靜葉的開(kāi)度來(lái)控制轉(zhuǎn)速；且在啟動(dòng)升速階段，轉(zhuǎn)速低于某一值（如900 r/min），基本上是無(wú)法通過(guò)靜葉來(lái)控制的，增加了操作人員的工作強(qiáng)度和難度。

導(dǎo)致上述差異的原因主要有兩個(gè)，首先，啟動(dòng)閥所在的工藝管道管徑通常為入口蝶閥所在管道的三分之一左右，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)閥開(kāi)關(guān)對(duì)高爐煤氣介質(zhì)的流通影響更靈敏，進(jìn)而對(duì)透平轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更靈敏。其次，啟動(dòng)閥通常為液壓驅(qū)動(dòng)，而入口蝶閥通常為低壓電源驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)功率大、平穩(wěn)的特點(diǎn)，從而使得帶液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT裝置在升速全過(guò)程能既快又好地實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定快速控制。

6　結(jié)語(yǔ)

采用帶有液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT裝置，在透平升速及并網(wǎng)過(guò)程中，明顯優(yōu)于不帶有液壓?jiǎn)?dòng)閥的TRT裝置，能既快又好地實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定快速控制。

本文提到的兩種對(duì)應(yīng)不同容積的高爐TRT工藝裝置，升速過(guò)程中相應(yīng)的具體參數(shù)值可能有些許不同，但不影響本文的結(jié)論。

[參考文獻(xiàn)]

[1]程伯蘭.高爐煉鐵工藝及計(jì)算[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991.

[2]周彬，劉立新，郝吉廷.前壓控制方案在高爐TRT上的應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2010，138（2）：41- 43.

[3]杜鳳祥.高爐煤氣余壓發(fā)電裝置兩種工藝比較[J].冶金動(dòng)力，2005，109（3）：4- 8.

作者簡(jiǎn)介：呂兵兵（1984-），男，碩士研究生學(xué)歷，工程師，主要研究方向?yàn)橐苯鹣到y(tǒng)煉鐵自動(dòng)化。

收稿日期：2014－12－30

【中圖分類號(hào)】X757

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)04-0004-02