高炉煤气余压透平发电技术探讨

高炉煤气余压透平发电技术探讨
吴永参
摘要：本文结合高炉煤气余压透平发电装置工作原理的分析，从系统组成、安装及控制等方面探讨了高炉煤气余压透平发电装置的技术。
关键词：高炉煤气 余压透平 发电技术
前言
在2l世纪的新时期，中国加入wTO后，我国钢铁工业不可避免要走向世界，参与竞争，从而面临更多的挑战和机遇。要使我国变成钢铁强国，就需要我们采取有效措施在技术上得以创新，在节能降耗上得以加强。高炉炼铁占整个生产能耗的70％～80％，是目前钢铁生产中能耗最多的工序。因此，加强高炉炼铁工序节能降耗是实现钢铁企业降本增效的关键。高炉煤气余压透平发电装置（TRT）是利用高炉炉顶的煤气压力能和气体余热，通过透平膨胀做功而带动发电机发电，从而到达将高炉调压阀组因强制节流和形成噪音而白白消耗掉的能
量进行回收利用的目的。因此，加速高炉煤气余压回收透平发电技术的推广应用，在降低钢铁企业生产成本及减少环境污染等方面的具有重要的经济效益和社会效益。
一、 高炉煤气余压透平发电的原理及发展现状
高炉煤气余压透平发电装置工作原理是从高炉送出的高压煤气经清洗除尘后，分成两路，一路经TRT入口蝶阀、电动插板阀、快速切断阀后进入TRT透平机做功，并带动发电机做功发电。另一路，送到TRT装置，经由人口蝶阀、人口插板阀、快速切断阀后，进入透平膨胀做功，带动发电机发电。在发电过程中，只利用高炉煤气的压力能，不消耗煤气量。
由于TRT在工作过程中不需要燃料，不改变原高炉煤气的品质和正常使用，却回收了相当可观的能量。同时不产生新的污染，又净化了煤气，是典型的高效节能环保装置。但是由于机械、液压等制造工艺的制约，目前国内TRT机组在高炉上利用的最为成熟的仍然是2500ITI左右的高炉。而4000ITI以上大型高炉目前仍然没有成熟的运行应用实绩。因此，根据TRT运行的前提条件和工质特征分折TRT设计特点，更好的保证TRT高安全可靠性、高维修性、高作
业率、高效率运行和追求最低的垒寿命周期费用是目前我国高炉煤气余压透平发电应研究的重要方向。
二、 高炉煤气余压透平发电技术分析
1、系统设计
（1）、透平主机系统
透平主机零组件的设计需适应高炉煤气工质环境特征，为保证持续运行，透平主机选用湿式轴流反动式透平，其结构特征是两级叶片，进、排气为涡壳式。同时，根据高炉煤气参数变化大的特点，设计特殊的气动流道。采用电液伺服阀随机可调模式来设计一级静叶，紧急时可将静叶喷口调至全关状态，同时采用故障诊断泄漏监视孔及其它监视孔。
（2）、发电系统
发单机选用无刷励磁同步发电机，依据高炉工况变化进行调节发电机的出力，在保证高炉炉顶压力稳定的提前下尽可能多发电。同时，在保护方面设计纵联差动复台电压闭锁．过流、过负荷，零序过电流来保护电动机的运行。
（3）、控制系统
TRT作为高炉的附属设备，对高炉的正常生产起重要作用，必须以保证高炉正常运行为前提。因此，TRT系统采用电气仪表一体的控制思想，控制炉顶压力的静叶部分和TRT辅机控制系统均纳入高炉主工艺过程控制系统。同时，调压阀组作为旁通，也归入在TRTPLC中，并在TRT控制室CRT集中操作。调压阀组内共设有3个阀门，均为电动型自动调节阀。TRT控制正常生产时的高炉炉顶压力。当TRT故障或检修时，高炉炉顶压力转由调压阀组控制。
2、透平机安装
透平机安装顺序是底座—下机壳— 转子、轴承—上机壳—盘车装置—试运转。底座安装前在基础平面上放置垫铁，用水准仪测标高，并在相应位置预留电机孔。底座安装到基础上后根据基 础的纵、横向中心线定位。下机壳吊装时应调平，就位时要做到键槽与导向键对正。就位后应在壳体的中分面上找平。然后，用专业工具吊转子，转子放入定子轴衬上，并根据转子轴颈的水平度检查轴承座的高低差，并进行适当调整。再进行中间轴的连接。连接中为避免影响装配精度，应注意不得碰坏中间轴两端面上的止口。中间轴联轴器螺栓逐步拧紧，电机主轴被抽出后，止口才逐渐合上。上机壳在壳体内部的安装和检测工作全部完 成、内部进行彻底清扫之后即可安装上机壳。
3、控制技术
TRT作为能量回收设备，其投入运行的先决条件是在任何情况下均能保证炉压稳定，即在TRT设备启动、运行和紧急停车时都不能引起炉压过大的波动。TRT的控制功能主要包括启动联锁控制技术、自动升速控制技术、调整顶压控制技术、正常停机控制技术和紧急停机控制技术等。
（1）、启动联锁控制技术
TRT系统启动前应进行联锁测试，测试内容包括静叶、旁通快开阀、快切阀以及紧急停机按钮等操作。以验证机组在紧急停机时是否能够正确产生相应的动作。TRT启动过程中，旁通阀组逐渐减少煤气通过量，顶压由旁通阀组和TRT共同控制，TRT启动结束后变为TRT正常运行时控制方式。
（2）、自动升速控制技术
升速过程主要由控制系统调节启动阀、人口电动蝶阀、透平静叶，使三者之间协调合作，按一定的升速曲线使转速自动升至并稳定在目标值，以保证发电机并网发电顺利进行。当发电机并网后，透平转速与电网频率同步。静叶控制自动转换为升功率控制。在升功率阶段，减压阀组和可调静叶同时参与炉顶压力调节。将高炉原有炉顶压力减压阀组控制回路的设定值加上负偏差(-5kPa)后，作为rIRT炉顶压力调节回路的设定值。利用这个差值可以将顶压控制逐渐由减压阀组转向TRT系统的可调静叶，减压阀组在顶压控制回路PID作用下逐渐关闭，从而使静叶获得高炉顶压的控制权。
（3）、顶压控制技术
结束机组升速后，TRT与旁通阀组并列运行时，送入TRT侧的炉顶压力测量值与高炉顶压控制回路的测量值为同一信号。同时，将高炉顶压控制回路的设定值减去一个允许的偏差(0～5kPa)后，作为TRT炉顶压力调节回路能自动跟踪高炉的设定值，这样，高炉仍然掌握了高炉顶压的设定权仍，高炉操作同往常一样。高炉炉顶压力可由TRT控制，也可由旁通阀组控制。正常生产时由TRT调整高炉顶压，减压阀组处于全关闭状态；当TRT出现故障而旁通阀又无法及时泄压时，高炉原有炉顶压力减压阀组控制回路作为顶压控制的二级保护，及时调整顶压，保障高炉的稳定顺行。
（4）、正常停机控制技术
正常停机时，可调静叶逐渐逐步关小，旁通阀组缓慢打开，高炉顶压调节由TRT转移至旁通阀组。当发电机功率达到工艺要求的解列值时，发出解列信号，经人工确认后，励磁装置灭磁，发电机与电网解列，同时紧急切断阀和可调静叶自动关闭。解列后随着转速下降，主油泵出口压力逐渐减小，辅助油泵自动启动。当转速降至0r/rain后手动开启盘车电机，直到透平机温度正常，系统正常停机结束。
（5）、紧急停机控制技术
当TRT出现重故障需要紧急停机时，为避免造成装置的灾难性事故，必须立刻使机组停止运作。透平发电装置在紧急切断阀与透平出口之间并联2个旁通快开阀(一主一备)，其前馈控制的作用是在炉顶力未上升前，在关闭切断阀的同时快速打开旁通快开阀，使原来从透平流过的煤气改由旁通快开阀流过，从而避免高炉顶压出现大的波动。
三、总结
高炉煤气余压透平发电技术是节约能源、降低污染的有效途径，我们要
不断探索该技术的发展空间，取得更好的经济效益和社会效益。
参考文献：
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[2]李力. 高炉煤气余压透平发电装置节能技术[J]. 技术与市场, 2008,(10) .