共用型TRT在水鋼高爐的運行實踐

孟 瑋，高連生，向 劍，陳 瑜，易正明

（1.水城鋼鐵集團有限公司動力廠，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學，湖北武漢 430081）

1 引言

資料顯示，高爐采用TRT裝置，噸鐵可發(fā)電30k W·h，回收鼓風機能量的30%左右，具有結構簡單、污染少、容量大、壽命長和節(jié)能顯著的優(yōu)點，因此在國內(nèi)大、中型高爐得到了越來越廣泛的應用[1]。但對于中小型、低壓高爐，由于單座高爐爐容小（400～750m3），回收的能量比較低，一次性投資比較大，投資回收時間較長，推廣應用較困難[2，3]。共用型TRT通過閥門及管路系統(tǒng)，把不同高爐的高爐煤氣導入同一透平的不同流道，利用兩座高爐的爐頂和管網(wǎng)的壓力、熱能和煤氣流量驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，并通過兩套可調(diào)靜葉分別控制各自高爐的頂壓，不僅確保了高爐爐頂壓力的穩(wěn)定，同時增加了發(fā)電量，有效的利用高爐余壓資源，降低了煉鐵工序能耗，具有設備投資小，投資回收快，經(jīng)濟性效益高的特點[4-7]。

2 共用型TRT的特點

共用型TRT是在單座高爐TRT成熟設計、運行的基礎上，通過大型閥門及管路系統(tǒng)，將兩座高爐的高爐煤氣導入同一透平的不同流道，驅(qū)動一臺發(fā)電機發(fā)電，并通過可調(diào)靜葉，控制兩座高爐的頂壓，以及回收能量的裝置。共用型TRT機組部分輔助設施合為一套，系統(tǒng)共用一套發(fā)電機組、潤滑油站、動力油站、供水系統(tǒng)、自動化儀表系統(tǒng)以及高低壓發(fā)配電系統(tǒng)等裝置，具有投資小、設備成本低等特點，與傳統(tǒng)單爐單機模式相比，投資減少約30%。同時，采用共用型TRT時，兩座高爐爐頂煤氣共同為機組主軸提供動力，顯著降低了單爐單機模式TRT做電動運行的概率或停機的操作次數(shù)，提高了能量回收效率。此外共用型TRT還具有以下特點：

（1）兩座高爐分別獨立調(diào)節(jié)各自的頂壓；

（2）當透平機發(fā)生重故障或甩負荷時，軟件將按程序的指令要求迅速、及時、同時關閉各自高爐的快速切斷閥切斷主管道煤氣，使透平轉(zhuǎn)速不上升。同時快速打開各自高爐的旁通閥門，快速及時準確地在給定的時間內(nèi)、使爐頂壓力恢復到正常范圍內(nèi)；

（3）機組采用一套控制系統(tǒng)，完成全部控制、監(jiān)視操作等功能，許多公共設施可以共用，節(jié)約設備投資；

（4）在機組運行中，當一座高爐休風時，機組可以不停機而繼續(xù)運轉(zhuǎn)，該側透平采取分流的方式，防止機內(nèi)煤氣溫度過高。在這種情況下，雖然透平效率要降低，但機組仍然工作發(fā)電；

（5）當機組運行投運后，另一臺高爐的煤氣發(fā)電的投運只需將煤氣引入調(diào)節(jié)靜葉開度調(diào)節(jié)發(fā)電功率和保證高爐爐頂壓穩(wěn)定，機組不需進行升轉(zhuǎn)速和發(fā)電機并網(wǎng)過程，簡化了操作程序；

（6）兩座高爐的頂壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)獨立設置，設定值分別來自兩座高爐中控室，分別控制各自獨立的可調(diào)靜葉，而互不影響。

3 水鋼共用型TRT介紹

水鋼現(xiàn)具備年產(chǎn)生鐵500萬t的生產(chǎn)能力（1#高爐 788m3，2#高爐 1200m3，3#高爐 1350m3，4#高爐2500m3），除3#、4#高爐配套有TRT發(fā)電外，1#、2#高爐都未建TRT裝置。目前水鋼總用電負荷約130～140M W，而現(xiàn)有裝機容量僅45M W，發(fā)電能力40M W，自發(fā)電量不到50%，因此實施TRT發(fā)電工程，增加水鋼自發(fā)電量非常有必要。1#、2#高爐共用型TRT系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，1#、2#兩座高爐的高爐煤氣分別通過文氏洗滌系統(tǒng)、電動蝶閥、盲板閥、快速切斷閥進入濕式軸流透平膨脹機左、右機，并通過盲板閥、電動蝶閥等，經(jīng)凈煤氣管道進入煤氣回收管網(wǎng)。

圖1 共用型TRT生產(chǎn)流程圖

1#、2#高爐共用型 TRT發(fā)電機組型號為G T 60×2 W，機組設計發(fā)電機額定功率6000k W，透平機轉(zhuǎn)速3000r/m i n，1#、2#高爐正常情況下爐頂壓力分別為0.11M Pa及0.09M Pa，共用型TRT系統(tǒng)發(fā)電機主要設計參數(shù)及工藝控制參數(shù)如表1、表2所示。

表1 TRT發(fā)電機系統(tǒng)設計參數(shù)

表2 TRT發(fā)電機系統(tǒng)控制及工藝控制運行參數(shù)（G T 60×2 W型）

4 水鋼共用型TRT應用效果分析

4.1 高爐爐頂壓力控制

高爐未建TRT系統(tǒng)時，爐頂壓力由一套減壓閥組控制，采用TRT系統(tǒng)后，通過在原有系統(tǒng)上并一個調(diào)節(jié)回路來控制TRT系統(tǒng)中的可調(diào)靜葉，在不改變高爐操作的情況下，利用可調(diào)靜葉，實現(xiàn)自動控制高爐爐頂壓力。TRT系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制高爐爐頂壓力的主要目的，一是正常生產(chǎn)時，在保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定的前提下，充分利用爐頂煤氣資源，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電；另一個是當TRT發(fā)電機發(fā)生故障停機時，在保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定的前提下，能及時安全的從高爐煤氣管網(wǎng)中退出運行。TRT靜葉控制高爐爐頂壓力可分為TRT系統(tǒng)正常運行時、正常停機時、緊急停機時3種情況。

（1）正常運行

機組正常投運、并網(wǎng)、升功率過程中高爐爐頂壓力由高爐側-減壓閥組控制，由高爐側計算機控制；升功率結束后，TRT與減壓閥組并列運行時，送入TRT側的爐頂壓力測量值與高爐頂壓控制回路的測量值為同一信號，將高爐頂壓控制回路的設定值減去一個允許的偏差（1～2k Pa）后，作為TRT爐頂壓力調(diào)節(jié)回路能自動跟蹤高爐的設定值，高爐頂壓的設定權仍在高爐。

1.1 實驗主要試劑 Ficoll淋巴細胞分離液購自上海試劑二廠；CD1a-PE、CD80-PE、CD83-APC、CD86-PECY5、HLA-DR-APC單克隆抗體購自美國BD公司；RPMI1640培養(yǎng)基、胎牛血清購自美國Gibco公司；GM-CSF購自美國Peprototech公司；IL-4購自德國Meltenyi公司；二乙基亞硝胺水溶液購自美國Sigma公司；抗大鼠PE-CD4、PE-CD25、抗大鼠Foxp3單克隆抗體購自美國Ebioscinence公司。

（2）正常停機

正常停機時，與啟動過程相反，TRT側爐頂壓力調(diào)節(jié)回爐的設定值為高爐頂壓設定值加上一個偏差（1～2k Pa），TRT發(fā)電機控制系統(tǒng)將控制可調(diào)靜葉慢慢關小；由于高爐側爐頂壓力調(diào)節(jié)回路始終處于自動控制等待狀態(tài)，在讓可調(diào)靜葉緩慢關閉的同時，迫使減壓閥組逐漸打開。TRT正常停機既為爐頂壓力控制，又為減負荷控制，隨著可調(diào)靜葉慢慢關小，減壓閥組慢慢打開，當發(fā)電機功率達到工藝要求的解列值時，發(fā)出解列信號，經(jīng)確認后，使發(fā)電機與電網(wǎng)解列，同時自動關閉緊急切斷閥和可調(diào)靜葉，系統(tǒng)停機結束。

（3）緊急停機

當機組發(fā)生緊急停機時，控制系統(tǒng)發(fā)出停機指令，快切閥立即關閉，然后打開快開旁通閥控制頂壓。快開旁通閥在機組停機后的前3s內(nèi)，通過煤氣流量計算相應的閥門開度，3s后轉(zhuǎn)入頂壓自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定頂壓，高爐頂壓穩(wěn)定后，頂壓控制由高爐側減壓閥組控制。

1#、2#高爐共用型TRT及采用減壓閥組運行時高爐爐頂壓力實際運行參數(shù)對比如表3所示。由表3可以看出，當高爐采用減壓閥組運行時，爐頂壓力波動較大，1#高爐爐頂壓力為±6k Pa，2#高爐爐頂壓力為±7k Pa；而當采用共用型TRT時，系統(tǒng)通過靜葉控制爐頂壓力，正常運行、正常停機以及緊急停機時，爐頂壓力分別控制在±1.5k Pa、±2k Pa、±3 k Pa，減少了高爐爐況波動，高爐爐頂壓力比較穩(wěn)定，提高了高爐利用系數(shù)，有利于高爐的運行及產(chǎn)量的提高。

表3 減壓閥組與TRT靜葉控制高爐爐頂壓力運行參數(shù)對比

4.2 效益分析

水鋼共用型TRT發(fā)電機選用G T 60×2 W共用型透平機組，輸出功率為6000k W，配套發(fā)電機選用無刷勵磁、三相交流同步發(fā)電機，額定功率為6000k W。共用型TRT一年按8000運行小時，平均負荷按4680k W，電價0.45元/k W·h計算，年發(fā)電效益：

年發(fā)電效益＝年運行時間×平均負荷×電價＝8000×4680×0.45＝1685萬元

5 提高共用型TRT發(fā)電量的措施

高爐煤氣流量以及透平入口壓力是影響TRT系統(tǒng)發(fā)電量的主要原因，高爐煤氣流量、透平入口壓力的提高都會導致TRT的發(fā)電量的增加。高爐正常運行時，由于高爐爐頂至透平入口的管道阻力損失基本不變，因此，提高高爐爐頂壓力即可提高透平入口壓力，從而提高TRT發(fā)電量。通過1#、2#高爐共用型TRT各種工況下的運行實踐，并結合水鋼的生產(chǎn)實際，提出以下措施來提高TRT的發(fā)電量：

（1）提高和保證共用型TRT發(fā)電機高爐煤氣進氣量

TRT發(fā)電機組通過高爐煤氣工質(zhì)提供能量驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，機組發(fā)電效率與高爐煤氣流通流量成正比關系。因此，通過TRT發(fā)電機的高爐煤氣流通量盡可能多，發(fā)電量提升才有所保證。

（2）探索TRT運行開機模式，提高共用型TRT發(fā)電機開機作業(yè)率

水鋼高爐生產(chǎn)與TRT運行分別屬于煉鐵廠、動力廠兩個生產(chǎn)系統(tǒng)。針對實際情況，為提高TRT發(fā)電量，積極探索科學合理的TRT開機模式，在高爐開爐、復風等達到正常生產(chǎn)條件下，加強崗位之間的信息溝通，盡可能縮短高爐正常生產(chǎn)后與TRT開機的時間間隔，提高TRT發(fā)電機開機作業(yè)率。

（3）保持爐況的長期穩(wěn)定順行，加強系統(tǒng)維護

保持高爐爐況的長期穩(wěn)定順行，降低休、慢風率是提高TRT發(fā)電量的基礎，在高爐爐況順行的同時，提高爐頂壓力，爭取全風，適當提高爐頂溫度，加強系統(tǒng)設備維護，能提高TRT發(fā)電量。

6總結

（1）水鋼共用型TRT是共用型TRT在料鐘式高爐和無料鐘式高爐在國內(nèi)的首次利用，實現(xiàn)了高爐調(diào)壓閥組、TRT發(fā)電機靜葉對高爐爐頂壓力的聯(lián)合控制與調(diào)節(jié)，確保高爐爐頂壓力的穩(wěn)定運行，填補了共用型TRT發(fā)電機在不同高爐爐頂設備的技術空白。

（2）TRT技術是提高鋼鐵企業(yè)能源利用效率，降低能源消耗的發(fā)展方向，共用型TRT節(jié)約了投資，克服了場地擁擠的限制，降低了噪聲，改善了環(huán)境。通過兩年的運行實踐，水鋼共用型TRT運行穩(wěn)定，取得良好的效果，TRT小時發(fā)電2000k W·h左右，回收能量20k W·h/t·F e，相當于高爐鼓風機消耗電能的18%，節(jié)能效果十分明顯。

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