淺談高爐TRT系統(tǒng)組成及操作運(yùn)行

李霆 張杰 蔡慧杰

江蘇神通閥門股份有限公司，中國(guó)·江蘇 啟東 226200

1 概述

所謂“TRT”，是國(guó)際上對(duì)這種節(jié)能裝置的簡(jiǎn)稱，其英文全稱為“Top pressure recovery turbine unit”，中文譯為爐頂（余）壓回收透平，一般更確切地稱之為高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電機(jī)組。TRT 是利用高爐爐頂煤氣中的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再通過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變成電能輸送給電網(wǎng)，可以回收高爐鼓風(fēng)能量的30%左右。

該裝置的特點(diǎn)是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染無(wú)公害、最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電設(shè)備，可以代替減壓閥組調(diào)節(jié)穩(wěn)定爐頂壓力。

2 TRT 裝置的系統(tǒng)組成

TRT 裝置在工藝中的設(shè)置一般是：高爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過(guò)重力除塵器、塔文系統(tǒng)/雙文系統(tǒng)/比肖夫系統(tǒng)，進(jìn)入TRT裝置，TRT 與減壓閥組是并聯(lián)設(shè)置。高壓的高爐煤氣經(jīng)過(guò)TRT 的入口蝶閥、入口插板閥、（調(diào)速閥）、快切閥，進(jìn)入透平機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，自透平出來(lái)的低壓煤氣，進(jìn)入低壓煤氣系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。發(fā)電機(jī)的出線斷路器接在10kV 系統(tǒng)母線上，經(jīng)變電所與電網(wǎng)相連，當(dāng)TRT 運(yùn)行，高爐正常時(shí)，發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)送電，當(dāng)高爐短期休風(fēng)時(shí)，TRT不解列停機(jī)，作電動(dòng)運(yùn)行，從電網(wǎng)吸收電能。在入口插板閥之后、出口插板閥之前，與TRT 并聯(lián)的地方，有一旁通管及快開(kāi)慢關(guān)旁通閥（簡(jiǎn)稱旁通快開(kāi)閥），作為TRT 緊急停機(jī)時(shí)TRT 與減壓閥之間的平穩(wěn)過(guò)渡之用，以確保高爐爐頂壓力不產(chǎn)生大的波動(dòng)，從TRT 和減壓閥組出來(lái)的低壓煤氣再送到高爐煤氣柜和用戶。

圖1 高爐TRT 系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

實(shí)際應(yīng)用中的TRT 一般由八大系統(tǒng)組成：

①透平主機(jī)：透平主機(jī)是TRT 的主要部分，由它來(lái)完成壓力能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，同時(shí)通過(guò)靜葉的調(diào)節(jié)功能來(lái)保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)已在前面介紹過(guò)，不再贅述。

②大型閥門系統(tǒng)：TRT 系統(tǒng)的大型閥門主要有入口蝶閥、入口插板閥、調(diào)速閥、快切閥、旁通快開(kāi)閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對(duì)煤氣的完全切斷，給機(jī)組創(chuàng)造檢修和安全條件；入口蝶閥可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)進(jìn)入TRT 的煤氣量，同時(shí)可以作為敞開(kāi)式插板閥開(kāi)關(guān)時(shí)的輔助閥門；出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開(kāi)式時(shí)才配置；調(diào)速閥用于機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和機(jī)組并網(wǎng)后的功率調(diào)節(jié)；快切閥能夠在機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，在0.5～1s 時(shí)間快速關(guān)閉，切斷TRT 的煤氣來(lái)源，保證機(jī)組安全停機(jī)；旁通快開(kāi)閥的作用是當(dāng)TRT 機(jī)組重故障停機(jī)快切閥快速關(guān)閉時(shí)，能夠快速打開(kāi)到一定角度，使高爐煤氣有出路，保證高爐爐頂壓力不產(chǎn)生大的波動(dòng)，并且可以作為TRT 與減壓閥組頂壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)的過(guò)渡手段，具有一定的頂壓調(diào)節(jié)功能。

③潤(rùn)滑油系統(tǒng)：大型透平機(jī)械都是靠軸承支撐來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作的，要保證機(jī)組安全可靠的運(yùn)行，其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，就是要給各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)及時(shí)提供一定的稀油循環(huán)潤(rùn)滑，以滿足機(jī)組在正常工況下及事故狀態(tài)下的潤(rùn)滑油供給，這個(gè)系統(tǒng)就是潤(rùn)滑油系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括潤(rùn)滑油站、濾油器、冷油器、高位油箱、油泵、閥門和檢測(cè)儀表等，油泵和油站能夠提供一定壓力、一定流量、溫度正常、清潔的潤(rùn)滑油，高位油箱是在停電等緊急事故狀態(tài)下，靠自然位差維持機(jī)組停機(jī)惰走時(shí)的潤(rùn)滑油供給。

④電液伺服控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由液控單元、伺服油缸、動(dòng)力油站三部分組成。液控單元包括調(diào)速閥控制單元、靜葉控制單元、快開(kāi)閥控制單元；伺服油缸為雙活塞桿結(jié)構(gòu)；動(dòng)力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門和檢測(cè)儀表等組成。這一系統(tǒng)控制著調(diào)速閥、靜葉和旁通快開(kāi)閥的開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)性能，直接影響機(jī)組的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、機(jī)組正常運(yùn)行和停機(jī)時(shí)的頂壓穩(wěn)定，因此也非常重要。

⑤給排水系統(tǒng)：其給水部分主要有兩個(gè)：一是靜葉噴霧水管線，采用工業(yè)新水，在TRT 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)機(jī)組的葉片進(jìn)行沖洗，防止積灰，是保證TRT 長(zhǎng)期運(yùn)行的重要手段；二是快切閥、調(diào)速閥沖洗水管線，在TRT 停機(jī)后及啟動(dòng)前對(duì)閥門進(jìn)行沖洗，防止閥門由于積灰造成卡塞。機(jī)組和管道中的機(jī)械水和冷凝水通過(guò)排水管線排出，由于TRT 入口前是高壓煤氣，因此采用排水密封罐取代普通水槽進(jìn)行排水。

⑥氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)：TRT 的工質(zhì)是高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，故決不能讓其外泄，因此采用惰性、無(wú)毒的氮?dú)庾鳛槊芊饨橘|(zhì)，配合機(jī)械的拉別令密封來(lái)保證煤氣不從旋轉(zhuǎn)的軸端外泄，并且該系統(tǒng)具有差壓調(diào)節(jié)功能，保證氮?dú)鈮毫Ω哂诒环饷簹鈮毫?.02～0.03MPa。

⑦高低壓發(fā)配電系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括同步發(fā)電機(jī)、高壓配電系統(tǒng)、低壓電控系統(tǒng)。由于TRT 是在煤氣區(qū)域運(yùn)行，因此同步發(fā)電機(jī)采用無(wú)刷勵(lì)磁；高壓配電系統(tǒng)設(shè)置有手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置，以及差動(dòng)、復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流、失磁等保護(hù)；低壓電控系統(tǒng)包括備用油泵的自啟動(dòng)、加熱器溫度連鎖、閥門連鎖控制等設(shè)施[1]。

⑧自動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢測(cè)儀表、操作站等組成，主要包括反饋控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、高爐頂壓復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電液位置伺服控制系統(tǒng)、氮?dú)饷芊獠顗赫{(diào)節(jié)系統(tǒng)、順序邏輯控制系統(tǒng)等。由這些系統(tǒng)對(duì)TRT 機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)行、過(guò)程檢測(cè)控制，在保證高爐正常生產(chǎn)、頂壓波動(dòng)不超限的前提下，完成TRT 的啟動(dòng)、升速、并網(wǎng)、升功率、頂壓調(diào)節(jié)、正常停機(jī)、緊急停機(jī)、電動(dòng)運(yùn)行等操作。

3 TRT 的操作運(yùn)行

3.1 TRT 啟動(dòng)

TRT 啟動(dòng)前，先將潤(rùn)滑油系統(tǒng)、電液伺服控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)等附屬設(shè)施投入運(yùn)行，機(jī)組盤車運(yùn)轉(zhuǎn)，并做各項(xiàng)連鎖實(shí)驗(yàn)，并逐步打開(kāi)出、入口插板閥和快切閥，引入低壓煤氣，確認(rèn)關(guān)閉靜葉、入口蝶閥和旁通快開(kāi)閥，此時(shí)TRT 控制室會(huì)向高爐控制室發(fā)出申請(qǐng)啟動(dòng)信號(hào)，如果爐況允許高爐控制室要發(fā)出同意啟動(dòng)信號(hào)，否則TRT 無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和啟動(dòng)操作。

準(zhǔn)備工作完成后，TRT 將打開(kāi)入口蝶閥，引入高壓煤氣，這時(shí)TRT 才與高爐系統(tǒng)連在一起，然后通過(guò)微機(jī)操作進(jìn)行TRT 自動(dòng)升速，機(jī)組轉(zhuǎn)速由盤車轉(zhuǎn)速（6～20r/min）升至工作轉(zhuǎn)速（3000r/min），由于程序和設(shè)備不同，每臺(tái)TRT 的升速曲線和時(shí)間都不盡相同。

TRT 機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3000r/min 后，機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)操作，機(jī)組并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，不再對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后TRT 會(huì)逐步手動(dòng)開(kāi)大靜葉，并投入爐頂壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)（比肖夫系統(tǒng)配置的TRT 要先將環(huán)縫調(diào)節(jié)頂壓打到手動(dòng)后，TRT靜葉才能投入自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓，兩者同時(shí)在自動(dòng)狀態(tài)調(diào)節(jié)頂壓會(huì)造成頂壓波動(dòng)，TRT 投自動(dòng)調(diào)節(jié)頂壓后，高爐控制室將環(huán)縫逐漸手動(dòng)開(kāi)大，使環(huán)縫差壓在30KPa），由于TRT 的爐頂壓力設(shè)定值比高爐控制室的設(shè)定值低3KPa，減壓閥組的自動(dòng)閥會(huì)逐漸關(guān)小，此時(shí)高爐控制室要根據(jù)爐頂壓力逐漸關(guān)小減壓閥組的手動(dòng)閥至全關(guān)[2]。

3.2 TRT 運(yùn)行

TRT 正常運(yùn)行時(shí)，靜葉和減壓閥組的自動(dòng)閥同時(shí)調(diào)節(jié)爐頂壓力，TRT 向電網(wǎng)輸送電能。一般TRT 靜葉調(diào)節(jié)頂壓的精度比減壓閥組的要高，如果在3KPa 以內(nèi)，自動(dòng)閥就不會(huì)打開(kāi)，當(dāng)TRT 調(diào)節(jié)頂壓波動(dòng)太大、影響高爐生產(chǎn)時(shí)，可以將靜葉打成手動(dòng)，并適當(dāng)關(guān)小，使減壓閥組的自動(dòng)閥有一定開(kāi)度，具備調(diào)節(jié)頂壓的能力，由減壓閥組來(lái)調(diào)節(jié)頂壓，比肖夫系統(tǒng)也可用環(huán)縫調(diào)節(jié)頂壓。在TRT 運(yùn)行期間，如果高爐控制室的儀表系統(tǒng)出現(xiàn)故障，爐頂壓力反饋值不準(zhǔn)或失靈時(shí)，要立即通知TRT 控制室將靜葉打到手動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)門RT 進(jìn)行頂壓調(diào)節(jié)的反饋信號(hào)是取自高爐控制室，并根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦信號(hào)失靈，將造成頂壓劇烈變化，影響高爐的安全生產(chǎn)。高爐減風(fēng)或短時(shí)間休風(fēng)時(shí)TRT 可以做電動(dòng)運(yùn)行，不用停機(jī)，對(duì)高爐也沒(méi)有任何影響，此時(shí)高爐控制室需要將減壓閥組盡量全開(kāi)，因?yàn)殡妱?dòng)運(yùn)行時(shí)的電能轉(zhuǎn)化成了熱能，使TRT 及附近管道中的煤氣溫度升高，需要煤氣的流通將其及時(shí)帶走。另外，高爐長(zhǎng)時(shí)間休風(fēng)、處理煤氣前，也不用急于讓TRT 停機(jī)，因?yàn)門RT 運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)休風(fēng)和處理煤氣前的準(zhǔn)備沒(méi)有影響，完全可以多回收這一時(shí)段的電能。

3.3 TRT 停機(jī)

停機(jī)分正常停機(jī)和緊急停機(jī)，TRT 正常停機(jī)前會(huì)通知高爐控制室根據(jù)頂壓逐漸開(kāi)大減壓閥組，同時(shí)TRT 控制室將靜葉打到手動(dòng)，并逐漸關(guān)小，將煤氣流的大部分逐漸轉(zhuǎn)移到減壓閥組，見(jiàn)減壓閥組調(diào)節(jié)頂壓正常后，TRT 按緊急停機(jī)按鈕停機(jī)，TRT 的快切閥快關(guān)，旁通快開(kāi)閥快速打開(kāi)到一定角度，頂壓穩(wěn)定后，TRT 將逐漸關(guān)小旁通快開(kāi)閥至全關(guān)[3]，高爐控制室需要根據(jù)頂壓情況適當(dāng)開(kāi)大減壓閥組，防止頂壓升高，旁通快開(kāi)閥全關(guān)以后，TRT 將關(guān)閉入口蝶閥，切斷高壓煤氣，這也標(biāo)志著TRT 與高爐系統(tǒng)斷開(kāi)連接。緊急停機(jī)是TRT 在事故狀態(tài)下的停機(jī)，與正常停機(jī)過(guò)程基本一致，只不過(guò)是少了減壓閥組逐漸開(kāi)大、靜葉逐漸關(guān)小的過(guò)程，高爐控制室在接到TRT 的通知或在控制畫面上看到TRT 緊急停機(jī)時(shí)，要迅速打開(kāi)減壓閥組的手動(dòng)閥，讓減壓閥組來(lái)調(diào)節(jié)爐頂壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高爐TRT 的組成及操作運(yùn)行了解，可以更好地保障系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為企業(yè)創(chuàng)造更高的效益。