高炉煤气余压发电装置（TRT）介绍陈振强2005年3月一、概述所谓“TRT”，是国际上对这种节能装置的简称，其英文全称为“ToppressureRecoveryTurbineunit”，中文译为炉顶（余）压回收透平，一般更确切的称之为高炉煤气余压回收透平发电机组。高炉是钢铁企业的重要设备，其主要作用是冶炼生铁。炉内有铁矿石、焦碳和附加物组成的炼铁炉料，当高温空气被鼓风机鼓入高炉后，经过一系列化学反应，熔化的铁水从高炉底部排出，其顶部则输送出大量的高炉煤气，经过重力除尘、旋风除尘及干式（或湿式）煤气清洗工艺得到较干净的高炉煤气，再经过减压阀组或TRT进入低压煤气管网供用户使用。随着高炉越来越趋向于大型化和高压炉顶，高炉所需能耗也越来越大，另外又由于原来炉顶压力是由减压阀组控制的，故顶压越高，在减压阀组上浪费的能量也就越多，产生的噪音也越大，对环境的污染程度越大。TRT是用透平膨胀机将原来白白损耗在减压阀组上的高炉煤气的压力能转换成机械能，再通过发电机将机械能变成电能输送给电网，据统计TRT回收的能量相当于高炉鼓风能耗的三分之一左右。该装置的特点是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染，无公害的最经济的发电设备，可以代替减压阀组调节稳定炉顶压力。由此可见，TRT既具有显著的经济效益，又具有明显的环保、社会效益，因此被各钢铁企业作为重大节能技术推广应用。二、TRT的基本知识1、透平：透平是英文“Turbine”的音译，所谓透平机械（即涡轮机械）泛指具有叶片或叶轮的动力机械。2、能量回收透平：能量回收透平装置是利用各种工艺气体所具有的压力能、热能，通过一台透平膨胀机膨胀作功，来进行能量回收的一种节能装置。3、透平的分类：透平机械主要分两大类，一类是作为原动机向外界输出功的透平机械，如汽轮机、燃气轮机、水轮机、TRT等；另一类是作为反原动机需要由外界输入功的透平机械，如透平压缩机、透平式泵等。另外按气体在透平中的流动方向可分为：径流式透平、轴流式透平及混流式透平；按气动原理可分为反动式和冲动式。三、TRT的基本结构和工作原理就透平主机而言，典型的TRT主机主要由以下部件构成：1、定子：定子主要包括机壳、静叶及静叶可调机构、盘车装置等，机壳是透平机最重要的承压部件，采用水平剖分式，中分面经过精密加工，以防泄漏，静叶可调机构包括伺服油缸、调节缸、导向环、滑块、曲柄、静叶轴承、叶片承缸等部件，电动盘车装置为手动啮合，当主轴超过一定转速时自动脱开。2、转子：转子由各级动叶、隔叶块、主轴组成，叶片沿圆周方向装入主轴的叶根槽内，两个叶片之间用隔叶块定位。3、轴承：采用压力油润滑的滑动轴承。支撑轴承为四油叶轴承，推力轴承为金斯贝雷式轴承。4、轴端密封：采用充氮气的拉别令密封。5、主油泵：透平轴端设有主油泵，正常运转时供轴承润滑用油。6、喷水装置：在透平的进气端导流器处，装有一定数量的水喷嘴，可以连续或间断喷水，冲洗流道，防止积灰。7、底座：底座采用焊接结构，设有滑动键和固定键，既要保证机体自由热膨胀又要使转子和定子间各项间隙保持在允许范围内。8、透平机还设有超速遮断保护机构（超过额定转速的10%）及轴振动、轴位移、转速等监测保护装置。TRT的工作原理说起来比较简单，在减压阀组前把高压的高炉煤气引出，经过TRT入口的大型阀门进入透平入口，通过导流器使气体转成轴向进入静叶，气体在静叶和动叶组成的流道中不断膨胀作功，压力和温度逐级降低，并转化为动能作用于转子使之旋转，转子通过联轴器带动发电机一起转动而发电。作功后的气体经过扩压器进行扩压，以提高其背压达到一定值，然后经排气涡壳流出透平，经过填料脱水器后进入煤气管网。TRT与汽轮机和燃气轮机相比有以下特点：1、系统的构成和作用不一样，TRT主要用来节能。2、温度低、压力低、膨胀比小，而流量很大。3、介质复杂：存在气-固、气-液、气-固-液的二相或三相形式，而且还会产生相变（有凝结水析出）。4、运行情况受高炉影响，煤气流量波动大，变化频率高。5、由于高炉煤气中有灰尘，叶片易磨损，并容易积灰和堵塞。6、气体中含腐蚀性的氯和二氧化硫等物质，溶于水后形成酸对叶片造成腐蚀。7、TRT作为高炉的附属设备，对高炉的生产有着重要的作用，因此TRT的运行必须以保证高炉正常运行为前提，不允许对炉况产生不良影响。8、高炉煤气是有毒气体，所以TRT及系统的安全性十分重要，要求所有设备必须安全可靠。四、TRT装置的工艺流程和系统组成TRT装置在工艺中的设置一般是：高炉产生的煤气经过重力除尘器、塔文系统/双文系统/比肖夫系统，进入TRT装置，TRT与减压阀组是并联设置。高压的高炉煤气经过TRT的入口蝶阀、入口插板阀、（调速阀）、快切阀，进入透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平出来的低压煤气，进入低压煤气系统。发电机的出线断路器接在10kv系统母线上，经变电所与电网相连，当TRT运行，高炉正常时,发电机向电网送电，当高炉短期休风时，TRT不解列停机，作电动运行，从电网吸收电能。实际应用中的TRT一般由八大系统组成。1、透平主机：透平主机是TRT的主要部分，由它来完成压力能向动能的转化，同时通过静叶的调节功能来保证高炉炉顶压力的稳定，其结构已在前面介绍过，不再赘述。2、大型阀门系统：TRT系统的大型阀门主要有入口蝶阀、入口插板阀、调速阀、快切阀、旁通快开阀、出口蝶阀和出口插板阀。其中插板阀用于对煤气的完全切断，给机组创造检修和安全条件；入口蝶阀可以适当的调节进入TRT的煤气量，同时可以作为敞开式插板阀开关时的辅助阀门；出口蝶阀一般在出口插板阀为敞开式时才配置；调速阀用于机组启动过程中的转速调节和机组并网后的功率调节；快切阀能够在机组出现重故障时，在0.5-1秒时间快速关闭，切断TRT的煤气来源，保证机组安全停机；旁通快开阀的作用是当TRT机组重故障停机快切阀快速关闭时，能够快速打开到一定角度，使高炉煤气有出路，保证高炉炉顶压力不产生大的波动，并且可以作为TRT与减压阀组顶压调节转换时的过渡手段，具有一定的顶压调节功能。3、润滑油系统：大型透平机械都是靠轴承支撑来进行旋转工作的，要保证机组安全可靠的运行，其重要的一个环节，就是要给各轴承润滑点及时提供一定的稀油循环润滑，以满足机组在正常工况下及事故状态下的润滑油供给，这个系统就是润滑油系统。该系统主要包括润滑油站、滤油器、冷油器、高位油箱、油泵、阀门和检测仪表等，油泵和油站能够提供一定压力、一定流量、温度正常、清洁的润滑油，高位油箱是在停电等紧急事故状态下，靠自然位差维持机组停机惰走时的润滑油供给。4、电液伺服控制系统：该系统主要由液控单元、伺服油缸、动力油站三部分组成。液控单元包括调速阀控制单元、静叶控制单元、快开阀控制单元；伺服油缸为双活塞杆结构；动力油站由油箱、恒压变量油泵、滤油器、冷油器、阀门和检测仪表等组成。这一系统控制着调速阀、静叶和旁通快开阀的开关和调节性能，直接影响机组的转速稳定、机组正常运行和停机时的顶压稳定，因此也非常重要。5、给排水系统：其给水部分主要有两个：一是静叶喷雾水管线，采用工业新水，在TRT运转时对机组的叶片进行冲洗，防止积灰，是保证TRT长期运行的重要手段；二是快切阀、调速阀冲洗水管线,在TRT停机后及启动前对阀门进行冲洗，防止阀门由于积灰造成卡塞。机组和管道中的机械水和冷凝水通过排水管线排出,由于TRT入口前是高压煤气,因此采用排水密封罐取代普通水槽进行排水。6、氮气密封系统：TRT的工质是高炉煤气，属于可燃有毒气体,故决不能让其外泄,因此采用惰性、无毒的氮气作为密封介质,配合机械的拉别令密封来保证煤气不从旋转的轴端外泄，并且该系统具有差压调节功能，保证氮气压力高于被封煤气压力0.02-0.03MPa。7、高低压发配电系统：该系统主要包括同步发电机、高压配电系统、低压电控系统。由于TRT是在煤气区域运行，因此同步发电机采用无刷励磁；高压配电系统设置有手动准同期并网装置、自动准同期并网装置，以及差动、复合电压闭锁过流、失磁等保护；低压电控系统包括备用油泵的自启动、加热器温度连锁、阀门连锁控制等设施。8、自动控制系统：自动控制系统由检测仪表、操作站等组成，主要包括反馈控制系统、转速调节系统、功率调节系统、高炉顶压复合调节系统、电液位置伺服控制系统、氮气密封差压调节系统、顺序逻辑控制系统等。由这些系统对TRT机组进行启动、运行、过程检测控制，在保证高炉正常生产、顶压波动不超限的前提下，完成TRT的启动、升速、并网、升功率、顶压调节、正常停机、紧急停机、电动运行等操作。五、TRT的运行操作过程及注意事项1、TRT启动：1）TRT启动前，先将润滑油系统、电液伺服控制系统、给排水系统、氮气密封系统、高低压配电系统等附属设施投入运行，机组盘车运转，并做各项连锁实验，并逐步打开出、入口插板阀和快切阀，引入低压煤气，确认关闭静叶、入口蝶阀和旁通快开阀，此时TRT控制室会向高炉控制室发出申请启动信号，如果炉况允许高炉控制室要发出同意启动信号，否则TRT无法进行实验和启动操作。2）准备工作完成后，TRT将打开入口蝶阀，引入高压煤气，这时TRT才与高炉系统连在一起，然后通过微机操作进行TRT自动升速，机组转速由盘车转速（6-20转/分）升至工作转速（3000转/分），由于程序和设备不同，每台TRT的升速曲线和时间都不尽相同。在升速过程中，最重要的是跨越临界转速，TRT的临界转速一般在1600转/分一2000转/分之间，跨越前TRT控制室会通知高炉控制室，高炉控制室只要注意监视炉顶压力和减压阀组就可以，尽量不要操作减压阀组，因为TRT在跨越临界转速时，静叶角度瞬间开大，会造成顶压有所下降，但越过临界转速以后，静叶又会马上关小，如果在此期间关小减压阀组的话，会造成炉顶压力大幅升高，有时还会造成TRT超速停机。但煤气清洗如果是比肖夫系统，并且高炉顶压控制在环缝时，这一点不用注意，因为环缝与TRT是串联调节。3）TRT机组转速稳定在3000转/分后，机组进行并网操作，机组并网后，转速由电网频率决定，不再对转速进行调节。然后TRT会逐步手动开大静叶,并投入炉顶压力自动调节（比肖夫系统配置的TRT要先将环缝调节顶压打到手动后，TRT静叶才能投入自动调节顶压，两者同时在自动状态调节顶压会造成顶压波动，TRT投自动调节顶压后，高炉控制室将环缝逐渐手动开大，使环缝差压在30KPa），由于TRT的炉顶压力设定值比高炉控制室的设定值低3KPa，减压阀组的自动阀会逐渐关小，此时高炉控制室要根据炉顶压力逐渐关小减压阀组的手动阀至全关，切记：不要将减压阀组的自动阀打成手动，因为在TRT调节炉顶压力不好时，自动阀可以作为补充调节，使炉顶压力不会过高，特别是在TRT紧急停机时，自动阀可以自动打开，保证高炉正常生产。2、TRT运行：TRT正常运行时，静叶和减压阀组的自动阀同时调节炉顶压力，TRT向电网输送电能。一般TRT静叶调节顶压的精度比减压阀组的要高，如果在3KPa以内，自动阀就不会打开，当TRT调节顶压波动太大、影响高炉生产时，可以将静叶打成手动，并适当关小，使减压阀组的自动阀有一定开度，具备调节顶压的能力，由减压阀组来调节顶压，比肖夫系统也可用环缝调节顶压。在TRT运行期间，如果高炉控制室的仪表系统出现故障，炉顶压力反馈值不准或失灵时，要立即通知TRT控制室将静叶打到手动状态，因为TRT进行顶压调节的反馈信号是取自高炉控制室，并根据该信号进行调节，一旦信号失灵，将造成顶压剧烈变化，影响高炉的安全生产。高炉减风或短时间休风时TRT可以做电动运行，不用停机，对高炉也没有任何影响，此时高炉控制室需要将减压阀组尽量全开，因为电动运行时的电能转化成了热能，使TRT及附近管道中的煤气温度升高,需要煤气的流通将其及时带走，另外，高炉长时间休风、处理煤气前，也不用急于让TRT停机，因为TRT运转对休风和处理煤气前的准备没