國(guó)產(chǎn)干式TRT在5000 m3高爐上的應(yīng)用

錢衛(wèi)強(qiáng)，蘇 威，馬作仿，韋幫遠(yuǎn)

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122；2.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東湛江 524072）

前言

高爐煤氣頂壓回收透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Pressure Recovery Turbine，簡(jiǎn)稱TRT）是利用高爐爐頂煤氣壓力能和氣體顯熱，把煤氣導(dǎo)入膨脹透平機(jī)對(duì)外做功，通過透平機(jī)將高爐煤氣壓力能和部分熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的能量回收裝置，是國(guó)家政策要求大力推廣的環(huán)保型高效節(jié)能裝置，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

目前全球運(yùn)行的5000 m3級(jí)特大高爐配套TRT共有約20多套，主要從日本三井、川崎重工等引進(jìn)。本工程國(guó)內(nèi)兩座5000 m3級(jí)特大高爐配套的干式TRT機(jī)組由陜鼓供貨，通過多方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，自主開發(fā)的首套5000 m3級(jí)特大高爐國(guó)產(chǎn)化干式TRT設(shè)備，采用了多項(xiàng)新技術(shù)，大大提升了特大型高爐配套國(guó)產(chǎn)干式TRT設(shè)備的技術(shù)水平。

1 工程概述

1.1 流程簡(jiǎn)述

TRT運(yùn)行時(shí)，通過布袋除塵后的凈煤氣依次流經(jīng)TRT入口蝶閥、入口插板閥和快速切斷閥，進(jìn)入透平機(jī)膨脹做功后，從透平機(jī)出來，并流經(jīng)出口水封蝶閥后，通過管道外送。TRT裝置并聯(lián)有減壓閥組，當(dāng)TRT不運(yùn)行時(shí)，煤氣流經(jīng)減壓閥組后通過管道外送。TRT系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖見圖1。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

TRT系統(tǒng)工況點(diǎn)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

高爐煤氣量： 695,600 m3/h（正常）；

透平入口壓力：0.29 MPa;

透平入口溫度：130℃;

透平出口壓力：～13 kPa;

透平效率：86.5%。

1.3 主要設(shè)備規(guī)格

（1）透平主機(jī)為干式軸流二級(jí)反動(dòng)式膨脹透平，全靜葉伺服調(diào)節(jié)（一級(jí)和二級(jí)靜葉均可調(diào)，一級(jí)靜葉可全關(guān)閉）；結(jié)構(gòu)形式為徑向進(jìn)氣、徑向排氣（下進(jìn)下出），鑄造機(jī)殼，水平剖分。

（2）發(fā)電機(jī)為無刷勵(lì)磁三相交流同步發(fā)電機(jī)，額定功率33000 kW，額定電壓10.5 kV，冷卻方式為上水冷式空—水密閉循環(huán)冷卻?？蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)恒電壓、恒無功和恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)。

圖1 TRT系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

2 技術(shù)提升及新技術(shù)應(yīng)用

為提升國(guó)產(chǎn)干式TRT技術(shù)及在5000 m3級(jí)特大高爐上的運(yùn)用，本工程通過各方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，形成了多項(xiàng)新技術(shù)，解決了近年來干式TRT存在的主要問題和難點(diǎn)，進(jìn)一步提升了國(guó)產(chǎn)干式TRT技術(shù)水平。主要技術(shù)提升及新技術(shù)如下。

2.1 氣動(dòng)優(yōu)化

采用優(yōu)化后的新葉形，優(yōu)化承鋼及主軸局部結(jié)構(gòu)，減少流動(dòng)損失和泄漏損失，提高效率；優(yōu)化級(jí)間距，提高氣流均勻性，增強(qiáng)動(dòng)葉運(yùn)行可靠性；優(yōu)化靜葉調(diào)節(jié)比例和靜葉開度，提高了TRT變工況性能和效率。

從供貨商對(duì)投產(chǎn)后實(shí)際運(yùn)行工況下透平效率統(tǒng)計(jì)（圖2）來看，TRT在較寬的工況范圍內(nèi)都具有較高的效率（設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近86.5%以上，偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)的變工況效率亦在84%以上）。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)各運(yùn)行工況透平效率統(tǒng)計(jì)

2.2 主機(jī)防腐技術(shù)

隨著高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)的普及，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，煤氣中氯及酸性成分的腐蝕問題也隨之而來，透平葉片積鹽、腐蝕斷裂等問題頻出[1]，已成為制約干式TRT在特大型高爐上應(yīng)用的重要因素。

本工程通過多方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了多項(xiàng)主機(jī)防腐技術(shù)，并在工程上運(yùn)用。

（1）開發(fā)新型緩蝕阻垢劑

通過對(duì)6種合成藥垢劑的試驗(yàn)，開發(fā)出新型緩蝕阻垢劑，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，其緩釋率可由傳統(tǒng)的70%提高到81%，腐蝕速率可降至0.26 mm/a。

（2）機(jī)殼及排氣室等防腐

透平機(jī)殼、排氣室等防腐材料采用樂泰耐蝕涂層，并優(yōu)化耐蝕膠的實(shí)施工藝，提高了耐蝕涂層與基體結(jié)合性，延長(zhǎng)涂層使用壽命。

（3）葉片防腐

在實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)比熱噴涂工藝（多種）、電鍍、PVD、真空釬涂等各種表面涂層處理工藝的耐鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)和耐沖刷實(shí)驗(yàn)，并經(jīng)實(shí)地104天的掛片實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本項(xiàng)目動(dòng)、靜葉選用效果最佳的復(fù)合陶瓷涂層納米等離子熱噴涂工藝技術(shù)，能夠在提高葉片抗沖刷性的基礎(chǔ)上，提高耐氯離子腐蝕能力。

從投產(chǎn)近2年后的現(xiàn)場(chǎng)年修開蓋情況來看，葉片未見明顯點(diǎn)蝕（圖3），葉片耐腐蝕和耐沖蝕效果較好。

圖3 透平開蓋葉片情況

2.3 管道防腐

針對(duì)高爐煤氣干法除塵后氯及酸性成分低溫冷凝析出腐蝕管道的問題，TRT系統(tǒng)進(jìn)出口煤氣管道采取內(nèi)壁噴涂新型玻璃鱗片重防腐漆的方法。對(duì)于腐蝕重災(zāi)區(qū)的透平出口管道和設(shè)備，首次采用雙相不銹鋼2205代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳鋼或復(fù)合鋼板，取得了很好的防腐效果。

雙相不銹鋼2205是近年來發(fā)展的新型材料，其固溶組織中含有鐵素體與奧氏體兩相，兼具鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼兩者的優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，良好的機(jī)械性能（屈服強(qiáng)度高，塑韌性好）及焊接性能，且造價(jià)適中。

2.4 系統(tǒng)布置

本工程TRT采用露天敞開布置，利于空氣流通，可大大提高煤氣區(qū)域運(yùn)行的安全性。透平和發(fā)電機(jī)主機(jī)設(shè)有隔聲罩，滿足對(duì)設(shè)備噪聲的環(huán)保要求。取消傳統(tǒng)TRT系統(tǒng)配置的旁通閥，其TRT緊急切斷時(shí)的快開功能由并聯(lián)的減壓閥組中兩個(gè)快開閥實(shí)現(xiàn)。露天布置和取消旁通閥，既能降低投資，又能使TRT系統(tǒng)布置緊湊，減少總圖占地，降低管路阻損和溫降，提高發(fā)電量。

2.5 自動(dòng)控制技術(shù)

（1）頂壓控制

高爐頂壓控制由TRT和減壓閥組實(shí)現(xiàn)。TRT正常運(yùn)行時(shí)，由TRT靜葉單獨(dú)控制頂壓。TRT未建成投運(yùn)或長(zhǎng)期停機(jī)時(shí)，由減壓閥組通過DN600自動(dòng)調(diào)節(jié)閥和DN1000量程閥的有級(jí)調(diào)節(jié)來單獨(dú)控制頂壓。TRT正常啟、停機(jī)及緊急停機(jī)時(shí)，由TRT和減壓閥組協(xié)同控制頂壓。頂壓控制技術(shù)能確保高爐頂壓的穩(wěn)定和TRT機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，頂壓波動(dòng)范圍在±3 kPa內(nèi)，TRT機(jī)組重故障緊急停機(jī)時(shí)高爐頂壓波動(dòng)范圍在±5 kPa內(nèi)。

（2）一鍵啟動(dòng)

本工程TRT可一鍵啟動(dòng)，即將啟動(dòng)聯(lián)鎖、自動(dòng)升轉(zhuǎn)速、自動(dòng)并網(wǎng)、自動(dòng)升功率、自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓五個(gè)控制階段全部自動(dòng)轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)；高壓電氣勵(lì)磁系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)全部由PLC實(shí)現(xiàn)控制。

（3）遠(yuǎn)程控制

TRT機(jī)組完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，正常工作時(shí)由高爐中控室遠(yuǎn)程控制監(jiān)視?，F(xiàn)場(chǎng)控制室設(shè)置一臺(tái)工程師站，僅在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和機(jī)組檢修時(shí)操作，正常工作時(shí)無人值守。

3 運(yùn)行效果

從投產(chǎn)后運(yùn)行2年多的實(shí)效來看，TRT系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，頂壓控制平穩(wěn)且精度較高，自動(dòng)化程度高。透平效率約87%，平均噸鐵發(fā)電量可達(dá)47 kWh/tp，基本與國(guó)際水平相當(dāng)。

4 結(jié)語

本工程國(guó)產(chǎn)干式TRT設(shè)備是在5000 m3級(jí)特大高爐上的首次運(yùn)用，開發(fā)采用了多項(xiàng)新技術(shù)，尤其是在提高設(shè)備發(fā)電效率和解決干式TRT系統(tǒng)的腐蝕問題上成效顯著。國(guó)產(chǎn)干式TRT設(shè)備首次在5000 m3級(jí)特大高爐上的成功實(shí)施，提升了國(guó)產(chǎn)干式TRT設(shè)備的裝備和技術(shù)水平，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)干式TRT在該領(lǐng)域的空白；對(duì)進(jìn)一步推廣應(yīng)用于新、改、擴(kuò)建的5000 m3級(jí)特大高爐項(xiàng)目，具有重要意義。

[1]董曉春.TRT葉片腐蝕與磨損的研究[J].冶金動(dòng)力，2015(1).