TRT 發(fā)電效率提高技術(shù)的研究與應(yīng)用

董保軍

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

TRT 是高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置的簡稱，這種裝置是通過高爐爐頂?shù)拿簹馑哂械某叩膲毫δ芎蜔崮?，也即是采用高爐冶煉的副產(chǎn)品來使得煤氣進(jìn)行膨脹做功，并將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再將其轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置。

1 TRT運行現(xiàn)狀

圖1 TRT 工藝流程示意圖

當(dāng)下，我國施工建設(shè)的陜鼓TRT 的葉片都是通過專用而又高效葉型的葉片來進(jìn)行的，這種類型的葉片不容易積累灰塵、不會造成堵塞、不容易被磨損，葉片的流動率非常高，發(fā)電效率高。本文所列舉的這種TRT 由之前的 濕式類型的改為干式類型的，動靜葉片都通過使用專用而又高效類型的葉片葉型來進(jìn)行發(fā)電，裝置每噸的發(fā)電量能夠達(dá)到國內(nèi)的先進(jìn)水平55kwh，該裝置的中厚板的透平機(jī)的功效率比起其它裝置明顯降低了很多。TRT 機(jī)組的在投運的初期階段的日發(fā)電量為17 萬kwh，超過當(dāng)下我們國內(nèi)4.5 萬kwh/d，因此，對該類型的中厚板的發(fā)電效率降低很有必要進(jìn)行深一步的研究。其工藝流程圖如下圖1 所示[1]。

2 TRT運行過程中存在的問題

（1）中厚板采用的是2#的TRT 投運機(jī)組，投運初期階段的每日發(fā)電量為17 萬kwh，機(jī)組運行一段時間后，當(dāng)下的平均日發(fā)電量為12.5 萬kwh 左右，機(jī)組發(fā)電的效率明顯降低了不少。

（2）2#類型的TRT 在進(jìn)行軸端密封過程中采取的是拉別令密封技術(shù)、碳環(huán)密封技術(shù)與N2 的密封技術(shù)這三種技術(shù)組合成的軸封技術(shù)，這種組合類型的密封技術(shù)的效果比較差，造成的煤氣泄漏問題十分嚴(yán)重，而且會使得機(jī)房煤氣濃度的指標(biāo)嚴(yán)重超過了既定標(biāo)準(zhǔn)，對于設(shè)備的運營與維護(hù)人員來講，難以在機(jī)房內(nèi)進(jìn)行正常的檢查與維護(hù)的工作，對TRT 的機(jī)組的發(fā)電效率和安全與穩(wěn)定的運行作業(yè)的影響很大[2]。

（3）當(dāng)TRT 的高爐出現(xiàn)生產(chǎn)異常的情況時，會使得高爐的頂部壓力、高爐的氣流量產(chǎn)生很大的波動，從而對運行中的TRT形成巨大的沖擊，導(dǎo)致TRT 的推力瓦出現(xiàn)燒瓦頻繁的情況，這時TRT 的靜葉也會大角度的頻繁出現(xiàn)因為靜葉聯(lián)動機(jī)構(gòu)的損壞原因而導(dǎo)致事故的發(fā)生情況，以致于TRT 的機(jī)組的發(fā)電作業(yè)的效率受到嚴(yán)重的影響。

（4）TRT 機(jī)組的入口封閉處的插板閥位置處沒有設(shè)置旁通閥的機(jī)組，所以，當(dāng)TRT 機(jī)組的入口蝶閥遇到故障或者在啟動閥的過程中因為故障關(guān)閉的不及時或者不嚴(yán)而導(dǎo)致漏氣，這時TRT 的機(jī)組如果采用的是封閉式的插板閥，則TRT 的機(jī)組不能進(jìn)行正常的啟動，從而影響TRT 機(jī)組的開機(jī)時間，最終造成TRT 機(jī)組的發(fā)電量過低。

3 TRT運行過程中出現(xiàn)的問題的解決措施

（1）對TRT 機(jī)組的透平機(jī)轉(zhuǎn)子和流道進(jìn)行改造和優(yōu)化，從而提高TRT 的發(fā)電效率。根據(jù)目前的高爐煤氣的相應(yīng)運行參數(shù)來計算TRT 機(jī)組的氣動，對機(jī)組的透平機(jī)轉(zhuǎn)子，機(jī)組的流道進(jìn)行改造和相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計。目前在 TRT 的葉片運行方面，由于TRT 的主軸高爐的煤氣中的粉塵經(jīng)常出現(xiàn)沖刷及其氯離子腐蝕的情況，使得TRT 的葉片逐漸出現(xiàn)減薄與減小的現(xiàn)象，所以TRT 的主軸出現(xiàn)了沖刷甚至是溝痕的現(xiàn)象，導(dǎo)致TRT 的動葉與靜葉的葉頂間隙都會同時增大，而本次所選取研究的TRT 經(jīng)過實際的測量后，其測量值為10mm，該值比設(shè)計值多了8mm，使得TRT 機(jī)組的透平機(jī)的做功效率大幅降低，因此，必須采取以下的措施來提高TRT 機(jī)組的運行和做功效率：

TRT 的葉片改換成TRT 的專用高效新葉型，這種葉片的流動效率非常高，而且在放置的過程中不容易積累灰層，不易被堵塞，并且具有很好的耐磨損性。對TRT 的主軸、進(jìn)口圈、擴(kuò)壓器、承缸和調(diào)節(jié)缸進(jìn)行重新設(shè)計與優(yōu)化，從而提高TRT 的流道性能以及減小TRT 的煤氣沖刷葉片的功率，最終提高TRT 煤氣的流動效率[3]。

（2）對TRT 的軸端密封采取改造和優(yōu)化重組的方式來解決TRT 軸端的密封效果差的問題，從而解決TRT 嚴(yán)重的煤氣泄漏問題，最終提高TRT 的發(fā)電效率。本次所選取的研究對象為2#的TRT，該型號的機(jī)組軸端密封所運用的是梳齒密封的方式（拉別令密封）結(jié)合碳環(huán)密封的方式以及N2 形式的密封組合類型的軸封技術(shù)，也即是TRT 的里側(cè)（內(nèi)部）采取的是拉別令氣封技術(shù)，TRT 的外側(cè)（外部）采取的是碳環(huán)密封技術(shù)。采用這幾種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合密封的方式實現(xiàn)的效果較差，造成的煤氣泄漏問題嚴(yán)重，最終使得TRT 的機(jī)房煤氣濃度大幅超過標(biāo)準(zhǔn)值。對其原因進(jìn)行分析主要是因為：①該種類型的TRT 所擁有的數(shù)量齒數(shù)比較少，在節(jié)流膨脹方面的次數(shù)也十分少，所以造成了很嚴(yán)重的泄漏問題；②當(dāng)TRT 機(jī)組的轉(zhuǎn)速值超過了臨界的轉(zhuǎn)速值時，會使得機(jī)組發(fā)生振動異常的現(xiàn)象，一旦振動的振幅過大，TRT 機(jī)組的轉(zhuǎn)子的齒與其密封套之間就會進(jìn)行一定的接觸。因為使用拉別令密封技術(shù)的齒相比較而言很薄，所以當(dāng)齒之間進(jìn)行磨擦?xí)r，就會導(dǎo)致密封齒被快速地磨損，進(jìn)而使得密封間隙變大，從而導(dǎo)致TRT機(jī)組出現(xiàn)煤氣泄漏的情況。此外，由于采取拉別令密封會使得齒輪之間出現(xiàn)環(huán)形腔室的情況，所以一旦TRT 機(jī)組進(jìn)行運行，就會使得機(jī)組的腔室內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)大的旋氣流；另外，由于TRT 機(jī)組的轉(zhuǎn)子運行方式為橢圓，就使得轉(zhuǎn)子周圍所受的氣流在切向方向上的受力情況出現(xiàn)很大的變化，導(dǎo)致了裝置極其容易出現(xiàn)氣流激振的現(xiàn)象，從而引起TRT 的機(jī)組振動。因此，為了解決或改善TRT 裝置的軸端密封出現(xiàn)這些問題，就需要對2#的TRT 進(jìn)行優(yōu)化，在其機(jī)組的透平機(jī)上通過運用新型的軸端密封來達(dá)到需求。也即是對TRT 的新型軸端密封采取蜂窩密封技術(shù)結(jié)合碳環(huán)密封技術(shù)和N2 密封技術(shù)，通過這種改裝后使得機(jī)組在運行過程中的煤氣泄漏情況降低了很多，煤氣的濃度縮小在24ppm 以內(nèi)，并且沒有出現(xiàn)因為軸端密封泄漏的原因而導(dǎo)致機(jī)組的煤氣和機(jī)房的煤氣濃度超過標(biāo)準(zhǔn)的情況，從而使得TRT 的機(jī)組能夠穩(wěn)定而安全的運行，最終提高機(jī)組的發(fā)電效率。

（3）對TRT 機(jī)組的頂壓程序進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)節(jié)，需要解決因為推力瓦而頻繁燒瓦、靜葉聯(lián)動機(jī)構(gòu)損壞而出現(xiàn)的事故問題以保證TRT 機(jī)組的安全與穩(wěn)定的運行，從而提高機(jī)組的發(fā)電效率。因為TRT 機(jī)組高爐在生產(chǎn)的過程中一旦出現(xiàn)異常情況，就會導(dǎo)致機(jī)組的頂壓過大、流量發(fā)生大幅的波動，從而使得TRT 的運行效果受到很大的沖擊，這時推力瓦就會出現(xiàn)頻繁燒壞甚至TRT 開啟95%以上的靜葉頻繁的角度，造成更大的沖擊力，而且TRT 的開關(guān)極易出現(xiàn)頻繁損壞的情況，從而對TRT 的發(fā)電效率造成很大的影響。本文經(jīng)過研究后判斷采取大幅控制機(jī)組被沖擊的方式來保障機(jī)組長期而穩(wěn)定的運行。所以，通過調(diào)節(jié)TRT頂壓的方式來限制機(jī)組高爐側(cè)出現(xiàn)超值的情況，當(dāng)然，此研究結(jié)合了煉鐵的技術(shù)與自動化的技術(shù)來實現(xiàn)穩(wěn)定而正常的高爐的生產(chǎn)，從而使得TRT 在發(fā)電量最大的情況下得以優(yōu)化與完善機(jī)組的頂壓調(diào)節(jié)控制程序。

（4）對TRT 機(jī)組的入口封閉式插板閥進(jìn)行優(yōu)化與整改，在其旁邊加裝通閥，使得TRT 在開啟之前能夠順利實現(xiàn)插板閥的開啟，從而降低對TRT 并網(wǎng)發(fā)電的時間，最終實現(xiàn)提高機(jī)組發(fā)電率的目標(biāo)[4]。

經(jīng)過優(yōu)化與改造后的TRT 的結(jié)構(gòu)如下圖2 所示。

圖2 TRT 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

本文所選取的TRT 研究對象的中厚板透平機(jī)經(jīng)過改造與優(yōu)化后，已經(jīng)投入生產(chǎn)與運營，使用至今的TRT 機(jī)組運行安全而穩(wěn)定。其中，TRT 機(jī)組的透平機(jī)的做功效率在86%以上，最大值達(dá)到了89.5%，超過了優(yōu)化與改造前的14.5%，因此，改造后的TRT 機(jī)組的發(fā)電效率大幅提高，其機(jī)組的葉片良好，也未出現(xiàn)葉片被沖刷的情況。說明，我們對TRT 在運行過程中出現(xiàn)的問題所采取的應(yīng)當(dāng)措施是正確的，應(yīng)當(dāng)被進(jìn)一步地推廣與應(yīng)用。本文首先對TRT 的現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，選擇了2#的TRT 作為研究對象，對其運行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行具體分析，然后針對性地提出解決措施，具有一定的現(xiàn)實意義和參考價值。