邯鋼東區(qū)TRT發(fā)電透平機(jī)作動(dòng)器漏煤氣原因分析及預(yù)防處理

□ 蘇振華

高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“TRT發(fā)電”）是利用高爐煉鐵產(chǎn)生的爐頂煤氣的余壓、余熱，使壓力能和熱能通過(guò)透平機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，透平機(jī)再驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。機(jī)組本身沒(méi)有能源消耗，僅其輔助系統(tǒng)的潤(rùn)滑油泵、動(dòng)力油泵耗費(fèi)一些電能，以及循環(huán)冷卻水、氮?dú)饷芊獾哪茉词褂茫鹊?。機(jī)組與高爐調(diào)壓閥組并聯(lián)使用，不僅能夠進(jìn)行能源回收創(chuàng)效，還能夠起到煤氣降溫、降壓、降噪的效果，是鋼鐵行業(yè)重要的節(jié)能減排項(xiàng)目之一。邯鋼能源中心目前擁有2套陜鼓干式TRT發(fā)電設(shè)備，分別配套2 000 m3和3 200 m3高爐使用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在長(zhǎng)期高效運(yùn)行過(guò)程中，2021年2月開(kāi)始邯鋼2套干式TRT發(fā)電透平機(jī)靜葉調(diào)節(jié)作動(dòng)器處分別出現(xiàn)不同程度的煤氣泄露現(xiàn)象，存在安全隱患。筆者研究發(fā)現(xiàn)，這是由于作動(dòng)器傳動(dòng)桿處密封膠圈在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后損壞，無(wú)法達(dá)到密封目的，造成了煤氣的外漏。因此，為了保證安全生產(chǎn)，解決煤氣泄露問(wèn)題勢(shì)在必行。

一、機(jī)組作動(dòng)器漏煤氣原因分析

根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，對(duì)于機(jī)組作動(dòng)器漏煤氣的原因，需要從TRT作動(dòng)器密封的結(jié)構(gòu)形式、煤氣品質(zhì)、檢修安裝質(zhì)量等方面進(jìn)行分析。

1.設(shè)計(jì)的影響

邯鋼2套陜鼓干式TRT發(fā)電透平機(jī)靜葉調(diào)節(jié)作動(dòng)器傳動(dòng)桿密封處采用內(nèi)嵌密封環(huán)式骨架密封，其作用是防止介質(zhì)外漏，通常在使用前密封的唇口內(nèi)徑比軸徑小，具有一定的過(guò)盈量。在安裝后，由于唇口過(guò)盈和自緊彈簧的收縮會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸產(chǎn)生一定的徑向壓力，與此同時(shí)，密封在彈簧收縮產(chǎn)生的抱緊力作用下，能夠克服軸在傳動(dòng)狀態(tài)下因軸的振動(dòng)、竄動(dòng)、跳動(dòng)產(chǎn)生的間隙，從而使密封的唇口能夠緊貼在傳動(dòng)軸的表面。實(shí)際運(yùn)行中，由于密封與軸屬于動(dòng)態(tài)接觸，時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致接觸面磨損，密封間隙過(guò)大，造成煤氣外漏，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

2.進(jìn)氣品質(zhì)的影響

煤氣含塵量、煤氣中氯鹽和煤氣溫度都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組相關(guān)部件的損壞。

（1）煤氣含塵量的影響

高爐煉鐵產(chǎn)生的煤氣中含有大量的粉塵，邯鋼2 000 m3和3 200 m3高爐均采用布袋除塵器對(duì)高爐煤氣粉塵進(jìn)行除塵處理，但布袋除塵器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)除塵效果變差、布袋脫落、布袋毀壞漏洞、布袋板結(jié)等問(wèn)題，導(dǎo)致進(jìn)入TRT機(jī)組的高爐煤氣含塵量嚴(yán)重超標(biāo)。而高爐煤氣粉塵含量是否達(dá)標(biāo)對(duì)TRT機(jī)組的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。一般TRT機(jī)組要求高爐煤氣（干法布袋除塵）的含塵量為5 mg/m3以下，否則泄漏到TRT發(fā)電透平機(jī)內(nèi)部動(dòng)/靜葉片、流道、調(diào)節(jié)缸、靜葉調(diào)節(jié)作動(dòng)器傳動(dòng)桿密封處的煤氣會(huì)造成部件的堵塞、密封的磨損，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

（2）煤氣中氯鹽的影響

煤氣中含氯鹽較高；且邯鋼TRT煤氣進(jìn)口溫度經(jīng)常在90℃～180℃，出口溫度經(jīng)常在60℃左右。通過(guò)對(duì)積鹽結(jié)晶物進(jìn)行化驗(yàn)，成分中氯離子含量偏高，氯化物在低于100℃時(shí)以結(jié)晶鹽的形態(tài)存在，在100℃以上以氣態(tài)氯化物存在。由于氯化物的這種特性，煤氣在流經(jīng)TRT膨脹做功的過(guò)程中煤氣溫度逐步降低，遠(yuǎn)低于結(jié)鹽溫度，致使在透平機(jī)作動(dòng)器傳動(dòng)桿密封處、內(nèi)壁、靜葉和轉(zhuǎn)子兩級(jí)動(dòng)葉上積鹽，積鹽不但破壞作動(dòng)器的密封，還逐漸增大可調(diào)靜葉的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，使得靜葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)卡阻和變形，最終導(dǎo)致透平機(jī)可調(diào)靜葉調(diào)整頂壓特性變壞。此外，還會(huì)因積鹽厚度達(dá)到一定程度脫落不均勻，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，引起透平機(jī)軸振動(dòng)，從而影響機(jī)組運(yùn)行。對(duì)積鹽成分進(jìn)行化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)極易溶于水，呈酸性，其水溶液成分見(jiàn)表1?？梢钥闯觯}分中氯離子含量較高，積鹽的主要成分是氯化銨，氯化銨在溫差變化較大時(shí)很容易析出并且結(jié)塊，含有氯化銨的高爐煤氣進(jìn)入TRT機(jī)組后驅(qū)動(dòng)透平機(jī)膨脹做功，使煤氣溫度驟然下降，氯化銨在此過(guò)程中析出、結(jié)塊并和煤氣中的雜質(zhì)等凝集在透平機(jī)的相關(guān)部件上。

表1 氯鹽成分分析

（3）煤氣溫度的影響

機(jī)組作動(dòng)器密封件在長(zhǎng)期高溫、摩擦的作用下，極易老化，當(dāng)高爐爐況發(fā)生變化致使煤氣溫度升高時(shí)（180℃～260℃），會(huì)造成TRT透平機(jī)整體溫度升高，加速作動(dòng)器處動(dòng)密封件的損壞。

3.檢修安裝質(zhì)量的影響

在檢修安裝作動(dòng)器傳動(dòng)桿和密封件時(shí)因安裝位置有限，可能會(huì)直接造成內(nèi)部密封件損壞或錯(cuò)位，而通過(guò)外觀無(wú)法判斷其內(nèi)部是否完好，只有在機(jī)組運(yùn)行起來(lái)之后，通過(guò)是否泄漏煤氣來(lái)判斷安裝質(zhì)量是否合格。

二、機(jī)組作動(dòng)器漏煤氣的預(yù)防與處理

1.作動(dòng)器密封改造

作動(dòng)器傳動(dòng)桿處的密封屬于動(dòng)密封，目的是實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)調(diào)節(jié)功能；作動(dòng)器傳動(dòng)桿處密封在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后損壞，無(wú)法達(dá)到密封目的，造成煤氣外漏。對(duì)此，可在不影響運(yùn)行的情況下對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。具體做法是在現(xiàn)有密封基礎(chǔ)上加裝氮?dú)饷芊猓瑢?shí)現(xiàn)雙重保險(xiǎn)作用。在作動(dòng)器大蓋端面上開(kāi)孔，接四分球閥，引入氮?dú)庠矗们蜷y開(kāi)度控制氮?dú)饬看笮?，?shí)現(xiàn)密封煤氣作用。2021年7月邯鋼老區(qū)2 000 m3和3 200 m3高爐TRT作動(dòng)器密封漏煤氣升級(jí)改造完成，煤氣泄露現(xiàn)象得到有效控制，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.改善進(jìn)氣品質(zhì)

分別對(duì)從煤氣含塵量、阻垢劑添加、煤氣進(jìn)氣溫度進(jìn)行調(diào)控，改善煤氣進(jìn)氣品質(zhì)。

（1）加大力度進(jìn)行煤氣含塵量控制

布袋除塵后凈煤氣含塵量超標(biāo)，會(huì)加大機(jī)組靜葉調(diào)節(jié)作動(dòng)器傳動(dòng)桿密封處磨損，縮短其使用壽命。因此，在布袋除塵器除塵后煤氣含塵量上加強(qiáng)控制，確保除塵器后含塵量達(dá)標(biāo)顯得尤為重要。隨著布袋除塵器運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，布袋透氣性變差，箱體壓差升高，造成布袋、骨架承壓變形，荒煤氣可直接從花格板間隙泄漏到凈煤氣系統(tǒng)，致使高爐煤氣含塵量嚴(yán)重超標(biāo)，從而導(dǎo)致煤氣質(zhì)量變差，TRT機(jī)組相關(guān)部件積灰越來(lái)越多，機(jī)組內(nèi)部氣體流道變窄，氣體過(guò)流量減小，作動(dòng)器動(dòng)傳動(dòng)桿及密封磨損且動(dòng)作緩慢滯后，發(fā)電效率降低。為保證TRT機(jī)組正常運(yùn)行，需定期停機(jī)清理積垢。為此，優(yōu)化布袋氮?dú)饷}沖反吹工藝，增加布袋除塵系統(tǒng)的反吹次數(shù)，采用定壓差（1.5 kPa）和定時(shí)（6 h）反吹相結(jié)合的運(yùn)行方式，根據(jù)高爐荒煤氣溫度變化趨勢(shì)，結(jié)合布袋系統(tǒng)荒凈煤氣總管及單箱體壓差變化，運(yùn)用在線、離線、定時(shí)、定壓反吹相結(jié)合的手段，確保布袋透氣效果，減少布袋、骨架的承壓時(shí)間。同時(shí)，采取每天對(duì)布袋除塵筒體進(jìn)行人工檢漏、每天對(duì)凈煤氣含塵量取樣分析的方式，保證含塵量在5 mg/m3以下，降低TRT機(jī)組相關(guān)部件的磨損程度。最后，根據(jù)布袋使用壽命，定期更換布袋，保障除塵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，加強(qiáng)日常對(duì)設(shè)備的精心操作維護(hù)；重點(diǎn)針對(duì)高爐荒煤氣低溫、拉灰車到位不及時(shí)造成的布袋除塵系統(tǒng)輸放灰困難和箱體、灰倉(cāng)堵塞的問(wèn)題，值班人員要根據(jù)煤氣溫度和箱體壓差變化，及時(shí)調(diào)整輸灰和反吹時(shí)間，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）合理調(diào)控TRT入口阻垢劑用量，減少積鹽

根據(jù)入口煤氣參數(shù)變化，及時(shí)調(diào)整TRT緩釋積鹽的藥劑給噴量，減緩積鹽。通過(guò)與廠家溝通和共同試驗(yàn)，對(duì)邯鋼TRT機(jī)組氯鹽成分進(jìn)行分析，共同研制出適合邯鋼TRT機(jī)組運(yùn)行的阻垢劑，藥劑噴入高爐煤氣后，借助煤氣溫度和動(dòng)能瞬間實(shí)現(xiàn)氣化和均勻混合；藥劑與煤氣中的無(wú)機(jī)鹽晶體發(fā)生共晶或吸附在結(jié)晶表面，藥劑中的表面活性成分阻止各種雜質(zhì)在機(jī)組部件上附著；藥劑吸收煤氣中的酸性氣體，降低酸性氣體濃度，達(dá)到緩蝕效果，防止點(diǎn)腐蝕。但是由于高爐煤氣量波動(dòng)較大，大型高爐煤氣波動(dòng)量甚至達(dá)到20萬(wàn)立方米/h（瞬間煤氣最大量和最小量差值），而阻垢劑的添加量往往是根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)平均煤氣量來(lái)確定的，因此阻垢劑可減少但并不能完全防止氯鹽的沉積。此外，針對(duì)氯鹽問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探索實(shí)驗(yàn)，根據(jù)氯鹽極易溶于水的特性在TRT機(jī)組入口管道處連接蒸汽管道，利用高爐每3個(gè)月休風(fēng)1次的機(jī)會(huì)，先將機(jī)組內(nèi)部煤氣置換出來(lái)，再將蒸汽閥門打開(kāi)，向機(jī)組內(nèi)部通蒸汽，同時(shí)將機(jī)組上部觀察孔打開(kāi)，從觀察孔向機(jī)組積鹽部件噴水，氯化銨吸收水后開(kāi)始融解，并迅速脫落，以此保證氯鹽沉積量降到最低。

（3）控制進(jìn)氣溫度

從煤氣源頭著手，在允許的情況下，通過(guò)控制高爐及除塵系統(tǒng)打水量，從而控制TRT入口煤氣溫度，避免在TRT內(nèi)部積鹽。最好將入口溫度控制在TRT設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度（120℃～150℃）范圍內(nèi)。

3.嚴(yán)把檢修質(zhì)量

在機(jī)組進(jìn)行揭蓋大修期間針對(duì)作動(dòng)器傳動(dòng)軸、密封部件進(jìn)行仔細(xì)檢查并更換。首先，保證更換件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)；其次，保證更換過(guò)程中作業(yè)人員操作程序符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以此保證更換部件完成后能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

三、結(jié)論

本文基于對(duì)TRT作動(dòng)器漏煤氣現(xiàn)象的分析，對(duì)作動(dòng)器密封結(jié)構(gòu)和煤氣品質(zhì)進(jìn)行研究，提出針對(duì)作動(dòng)器密封進(jìn)行升級(jí)改造和煤氣品質(zhì)控制的辦法，以有效控制作動(dòng)器漏煤氣現(xiàn)象的發(fā)生，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

此次問(wèn)題的解決可保證作動(dòng)器密封處煤氣不外漏，機(jī)組安全穩(wěn)定生產(chǎn)，并且在不停機(jī)的情況下完成改造，如停機(jī)解體更換作動(dòng)器需8天時(shí)間，按每天發(fā)電效益最低10萬(wàn)元計(jì)，則合計(jì)80萬(wàn)元，作動(dòng)器傳動(dòng)桿及密封件等備件費(fèi)用20萬(wàn)元，則一次改造可節(jié)約費(fèi)用100萬(wàn)余元。