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1、高炉煤气的作用晋彩军摘要：本文针对龙钢TRT自投运以来对高炉煤气的充分，合理的利用及产 生的效益进行了阐述。以满足高炉正常生产的需要，为龙钢创造更多的 经济效益。即利用了资源有改善了环境环保降噪增长了经济效益引言：1： TRT是指高炉煤气余压回收透平装置。TRT装置是利用高炉冶炼 的副产品一高炉炉顶煤气具有的压力能和热能，使煤气透平膨胀机膨胀 做功，驱动发电机或驱动其它设备，进行能量回收的一种装置。2： TRT装置的特点：不消耗任何燃料，不改变煤气品质；无污染无 公害的最经济的设备；替代减压阀组调节稳定炉顶压力。3：安装TRT主要有以下几方面的优点： 节能：投产前高炉煤气须经比肖夫除尘系统或减
2、压阀组减压，该能量 白白浪费。安装TRT装置后，该能量被用来驱动透平机运行发电。回收 了原来在比肖夫除尘系统或减压阀组上损失的全部能量。经统计可回收 高炉鼓风机所需能量的3050%左右。这对解决目前钢铁企业电力不足， 提高能源综合利用，降低炼铁成本具有重要意义。 提高顶压控制水平：TRT运行后，顶压调节采用计算机自动控制TRT 可调静叶调节。使高炉炉顶压力更加稳定，为高炉稳产高产创造有利条 件。 提高煤气质量：TRT装置可进一步降低煤气的含尘量，降低煤气中的 机械水含量，减少污染。该机组运行可靠、稳定，较好地调节了高炉顶 压，成功的回收高炉煤气余压，取得了显着的经济效益。 减少了噪音污染：TR
3、T代替了减压阀组，消除了减压阀组产生的巨大 噪音污染，改善了钢铁公司高炉区域的工作环境。一：龙钢3、4#TRT简介龙钢3、4#TRT是由西安陕鼓动力股份有限公司设计、安装的单炉 单机装置，本装置是陕鼓在TRT模拟实验的基础上，吸收国内外先进技 术之后而设计制造的又一 TRT机组，机组由以下八大部分组成。 透平主机系统 高低压发配电系统 冷却水系统 氮气密封系统 润滑油系统 液压伺服控制系统 煤气管道及大型阀门系统 自动控制系统二:TRT的工艺流程及相关煤气知识TRT高炉煤气余压透平发电装置，是利用高炉炉顶煤气具有的 压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机做功来驱动发电机发电的一种二 次能源回收装置
4、。该装置节能降耗、降低噪音，对稳定炉顶压力，提高 高炉利用系数，降低入炉焦比，改善高炉生产条件有着重要作用，是高 炉冶炼工序的重大节能环保项目，是国家重点推广的节能技术，是国家 “十一五”重点推广的“十大”节能项目工程之一，是目前国际、国内 钢铁企业公认的节能环保装置。龙钢共用型TRT是采用两座高炉共用一套TRT的成套装置，同时也 是陕西省钢铁企业首次应用该技术。共用型TRT比单座高炉配置一套 TRT投资少30%左右，同时做功利用效率可以提高10%左右，并且可以实 现配套辅机设备和控制设备的共享。龙钢共用型TRT是由八大系统组成 （透平主机系统、大型阀门系统、液压伺服控制系统、润滑油系统、氮
5、气密封系统、冷却水系统、高低压发配电系统、自动控制系统），并且 配置一台12000KW的防爆发电机，在高炉炉况稳定时透平主机入口压力 可以达到160200KPa、温度100C以上、煤气流量2123万NM3/h， 每小时发电机功率可以达到80009500KW/h。高压煤气经TRT做功后的 出口压力12 KPa，温度50C左右，每天为公司节约10万余元的电费开 支。自从09年4月20日正式投入运行以来，TRT运转正常。TRT技术的应用对龙钢炼铁技术装备水平的提升，对龙钢节能降耗 指标的完成，生铁成本的下降有着重要作用，为龙钢公司的发展壮大有 着深远的意义。高炉煤气余压回收透平发电装置1、透平发电装
6、置的用途高炉煤气余压回收透平发电装置是利用高炉炉顶煤气具有的压力 能和热能，使煤气通过透平膨胀机做功，驱动发电机发电，进行能量回 收的一种装置。该装置一般简称为TRT，取英文“ Top Gas Pressure Recovery Turbine”其中的三个字首而得。高炉在没有设置TRT时，高炉鼓风机将除尘、除湿后的压缩空气吹 入热风炉进行加热，加热后的热空气由高炉下部吹入，高炉内焦炭燃烧 产生高温还原反应，使矿石还原成铁水。高炉炉顶聚集的气体中含有20% 以上的一氧化碳，成为可燃性高炉煤气，经过集尘器（干式旋风分离进 行一次除尘）和干式除尘装置（文氏洗涤塔进行二次除尘）进行除尘， 然后经过减压
7、阀组减压，最后进入储气罐供用户使用。由于高炉炉顶排 出了煤气具有一定的压力和温度，经过二次除尘后，压力有所降低，温 度降到约50C，但仍含有较大的压力能，这部分压力则通过减压阀组降 到了 10Kpa，大量的能量被白白地损失在减压阀组上，如果在减压阀组 的并排位置上装上一台TRT装置，将这部分能量进行回收，用来发电， 就可以达到节能的目的。2、TRT的分类a、按高炉煤气在工作轮中的流动方向分为径流式TRT和轴流式TRT， 一般混流式很少见。b、按反动度分为反动式TRT和冲击式TRT。c、按进入透平煤气的干湿情况分为湿式TRT、干式TRT和干湿两用TRT、 半干式TRT。d、按煤气的流程可分为单流
8、程式（一座高炉带一台单流道的TRT）、双 流程式（一座高炉带一台具有一个进气流道和两个排气流道的共轴式 TRT ）及双负载式（两座高炉带一台具有两个进气流道和一个排气流道 的共轴式TRT）。e、 按工作转速分为高速型TRT （转速为3000r/mim或3600r/min）和 低速型 TRT （转速为 1500r/mim 或 1800r/min）f、按级数分为单级TRT、两级TRT和多级TRTTRT的工艺流程TRT的工作原理是在减压阀组前把高炉煤气引出，经过入口蝶阀、 快切阀等阀门后进入透平入口，通过导流器使气体转成轴向后进入叶 栅，气体在静叶栅和动叶栅组成的流道中不断膨胀做功，压力和温度逐 步
9、降低，并转化为动能作用于叶片，使整个透平转子旋转，转子通过联 轴器带动发电机一起转动而发电。叶栅出口的气体经过扩压器进行扩 压，以提高其背压达一定值，然后经排气蜗壳流出透平（轴向排气时没 有排气蜗壳，而扩压器较长），与高炉净煤气管线汇合，供用户使用。共用型TRT工作原理是两座高炉的高炉煤气经除尘后，把煤气导入 同一个透平的不同流道，分别从两侧进入共用型TRT，通过机壳导流使 气体转成轴向进入叶栅，气体在静叶栅和动叶栅组成的各自独立的流道 中不断膨胀做功，压力和温度逐级降低，并转化为动能作用于工作轮（即 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。叶栅出 口的气体经过扩压器进行扩压，
10、以提高其背压达一定值，经排气蜗壳从 中间排出，进入管道。即两侧进气，中间排气，两座高炉煤气各自回收 做功，实现一套TRT机组既能控制两座高炉的炉顶又能回收煤气能量、结构：主要由阀门、电动机、一级电动装置、二级传动装置和控制 器等部分组成。原理：本阀动作时通过控制器或点动按组启动发电机，驱动一、二 级传动装置并带动阀杆转动，使蝶阀实现090C范围内的旋转，从而 完成阀门的开关或在某一角度上停止，从而达到隔断管道内介质或调节 截止流量的目的，由于阀体采用了弹性阀座及偏心密封结构，使得阀门 在关闭状态越关越紧，保证了阀座虽有少量磨损而仍能可靠密封条件。2、入口插板阀阀门由主阀体和左右侧阀体形成骨架，
11、在主阀体内设有阀板及阀板 执行机构（包括阀板夹紧、松开机构和阀板运行机构）。结构组成：插板阀由阀体、阀板组件、压紧系统、走板系统、润滑系统和电控 系统等组成。阀体由前、后阀体及带压紧盘的波纹管组成。阀板组件由浮动的盲孔板组件、通孔板组件及扭力杆等组成压紧系统由电动头、变速箱、丝杆、小齿轮、齿圈、左旋螺母及右 旋螺母等组成。走板系统由电动头、变速箱、手动组件、链轮组件及销齿轮等组成， 左右侧与左右侧阀体用螺栓固定在设定位置上工作原理当需要切断气体时，由电动头带动齿圈顺时针旋转（从进气方向看）， 齿圈带动四组小齿轮、丝杠、左旋螺母运行，压缩波纹管，从而松开通 孔板组件。这时扭力杆将通孔板组件弹回自
12、然状态；由电机带动变速箱， 最后通过齿轮条传动带动阀板组件实现直线走板运行，使阀板组件上的 盲板组件运动到密封位置；当盲孔板组件到达密封位置后，由电机带动 齿圈逆时针旋转（从进气方向看），齿圈带动四个小齿轮、丝杠、左旋 螺母运动，使波纹管伸长，从而压紧盲孔板组件及密封圈（这时扭力杆 弹性变形）实现密封。当需要阀门打开状态时，由电动机带动齿圈顺时针旋转（从进气方 向看），齿圈带动四组小齿轮，丝杠，左旋螺母及右螺母运动，压缩波 纹管，从而松开纹管，从而松开盲孔板组件，这时扭力杆将盲孔板组件 弹回自然状态；由电动机变速箱，最后通过齿轮齿条传动带动阀板组件 实现直板运动，使阀板组件上的通孔板组件到压紧
13、位置；当通孔板组件 到位置后，由电机带动齿圈逆时针旋转（从进气方向看），齿圈带动四 组小齿轮，丝杠，左旋螺母运动，使波纹管伸长，从而压紧通孔板组件 及密封圈（这时扭力杆弹性变形）实现阀门打开3、快速切断阀结构：快速切断阀主要由阀门、传动装置“液控箱、电控箱组成。 阀门采用双偏心碟阀型式，阀座堆焊有不锈钢。耐腐，耐磨，提高了密 封的寿命，液控箱用高压胶管与传动装置连接，控制油使油缸活塞动作 达到阀门开启和关闭，液压元件安装在液控箱内。电控部分设就地手动操作和控制室远控操作，分别在两地独立地实 现慢开、慢关、快关、游动功能操作。原理：采用弹簧液压衡型、双偏心碟阀、工作状态液压油压紧弹簧， 阀门打开
14、，在TRT装置异常时（动作信号一路来自系统控制信号，一路 来自透平机危机保安器的液压信号）电磁阀动作，快速泄油弹簧松开， 阀门紧急关门，切断时间0.51秒。4、快开旁通阀结构：快开旁通阀主要由阀门，伺服油缸，位移传感器，液控单元， 电液伺服空制器组成。阀门采用双偏心或三偏心蝶阀形式，阀座堆焊有 不锈钢，耐腐蚀，耐磨，提高了密封付的寿命。液控单元用高压胶管与 伺服油缸连接，控制油使油缸活塞动作达到阀门开启和关闭，液压元件 安装的液控单元内。原理：电液伺服控制快速调节碟阀，调节精度高，调节速度快。在 TRT装置连锁停机时，阀门快速打开到所需开度，打开时间为1秒。5、连通阀 、在单座高炉运行时，为了
15、保证机组的平稳正常运行，则必需打 开进气连通阀平衡管道内煤气。 、在两座高炉都投入TRT时，为了互不影响，把两座高炉煤气进 行隔离开。 、启机过程中进气连通阀必须打开，为了保护机组动平衡，减小 机组的位移。 、两个入口电动蝶阀开度同时N10%时进气连通阀自动关闭。6、均压阀 、平衡管道内部压力，保护快速切断阀，延长快切阀使用寿命。 、当快切阀开到位后，均压阀将自动关闭。 、在开快切阀时首先要打开均压阀。平衡快切阀两侧压力。四透平主机系统的结构及工作原理A、TRT的结构1. 型式：干式轴流反动式，静叶自动可调。机壳采用水平剖分，铸 造结构，以吸噪减振，增强刚性，稳定性，便于安装维修。径向下部进，
16、 排气方式，轴承箱与机壳分体结构，进出口法兰安装空间400mm。2. 透平主轴旋转方向：从进气侧看为顺时针方向。3. 透平主机具有完善的滑销系统，以疏导热膨胀，防止热变形。4. 采用两级全静叶可调，以加大变工况范围，在规定的变工况范围 内能稳定运行。第一级静叶可实现全关闭并具有足够的强度在215KPa 的差压下打开。在入口蝶阀及紧急切断阀全开时利用透平静叶可使透平 平稳启动，自动调速，自动并网，自动调功率和自动控制炉顶压力。5. 气动设计：采用引进国外先进的气动计算程序进行设计确保透平 高效运行。B、静叶可调：主机采用静叶可调，采用研制的最新调节机构，以 改善传动机构受力状况，使其传动灵活平稳
17、，延长零部件使用寿命，第 一级静叶能实现全关闭。一级静叶及伺服油缸，能适应快关的需要（快 关时间W 0.5秒）。在透平进出口差压 160KPa时，透平冲动转速 500r/min.透平主机可承受最高压力为300 KP,最高温度250C的条件进行设 计。叶型特点是大弦长，大节距，不易堵塞、积灰，不易磨损，流动效 率高，尤其一级静叶能做到全关闭，而且调节性能良好。叶片工作寿命： 不小于4万小时。C、转子及静，动叶片：主轴材质采用高合金钢，整锻转子：动叶 片材质采用高强度，耐热，耐酸不锈钢，动叶片采用斜棱型纵树型叶根， 径向插入，隔叶块固定，叶片表面做化学镀Ni-P合金：静叶片采用 2Cr13材质。D
18、、轴承：支承轴采用四油叶轴承，轴衬材料为巴氏合金。止推轴 承为先进的金斯贝雷型，轴衬材料为巴氏合金。强制压力供润滑油，确 保透平机组安全，平稳、可靠地运行。E、主油泵：透平带有采用先进技术制造的螺杆式油泵油站带有一 台电动泵，正常情况下，透平带动的为主油泵，油站电动泵为辅助备用 泵，供机组各润滑点轴承用油。斩主油泵之间可实现无扰动平稳切换。F、危急保安器：主机主轴上带有机械式危急保安器，危急保安器 在5Mpa工作压力下无明显内外泄漏，在超速状态下（要求动作重复性 好，转速波动值： 50r/min），飞锤跳出，快速打开危急保安器油门 开关，机械式危急保安器在事故情况下能实现紧急切断阀紧急快关。保
19、 证透平，发电机转子转速不超过允许的范围。危急保安器动作时发出电 信号。G、轴端密封装置：透平轴端配置有两套充氮气的拉别令密封装置， 并配有特殊密封结构（碳环密封）可有效防止煤气外泄，并尽可能减少 氮气的消耗量，氮气消耗量W60m3/h。I、盘车装置：透平转子连轴器端，带有电动盘车装置，手动啮合。 它由防爆电机齿轮和机械式超越自动离合装置构成。其工作可靠性高， 使用寿命长。当转速超过30r/min时能自动脱开。J、伺服油缸：采用引进瑞士苏尔寿技术进行伺服油缸的设计，透 平主机采用双伺服油缸，同步带动调节缸来调节静叶角度，并配有位置 传感器输出420A信号及行程开关，确保动作灵敏，可靠性高。工作
20、 油压12.5MKPa，滤油精度5u。一级静叶具有全关的功能，要求伺服快 关时间W1秒。心底座：底座采用碳素钢焊接结构，其能够承受透平机的静载荷 和动载荷，并传导到基础上，透平机相对于底座，不是绝对钢性固定， 是采用一个死点为定位点，其余沿导向键可在水平轴向自然膨胀的结 构，其死点根据止推轴承和机体热膨胀的方向设定，即要保证机体自由 热膨胀，又要转子与定子各项间隙在允许的范围内。底座上设置机体调 整螺栓和底座调平螺栓，安装较为方便。L、叶片承缸：叶片承缸是TRT静叶片的支承缸，为水平剖分式结 构，中分面用预应力螺栓联接，与转子、导流器和扩压器组成流道，是 结构设计的核心部分。叶片承缸的缸体由球
21、墨铸造而成，通过两端支撑 在机壳上，一端固定，一端滑动，以利于缸本受热膨胀。叶片承缸上装有静叶、静叶轴承和曲柄滑块机构。为适应变工况要 求，提高变工况效率，同时提高炉顶压力控制品质，第一级静叶为可调 静叶，全关闭叶型，静叶安装在静叶轴承上，静叶轴承为石墨轴承，具 有良好的自润滑作用，使静叶旋转自如。大型装置第二级静叶随着第一 级静叶一起调节，小型TRT装置第二级静叶固定在叶片承缸上，可手动 调节角度。M、发电机：发电机采用无刷励磁同步发电机。额定功率12000KW， 端电压10.5KV，采用空气密闭循环冷却，空气冷却器放在发电机基础下 部。发电机励磁调节系统在高炉工况变化范围内，能使发电机按自
22、动恒 电压，自动恒功率因素或自动恒无功调节方式运行。由于高炉煤气余压发电与通常的发电厂相比有其特殊性：一是发电机的 出力不能按用电负荷的需要进行调节，而首要任务是保证高炉炉顶的压 力。二是为避免发电机频繁停车及复风后的重新启动，在高炉短期休风 时（休风时间W1小时）发电机须转入电动运行。因此TRT装置不宜单 独给用户供电，必须与电力系统并网运行。N、机壳：采用水平剖分式，中分面经过精密加工，以防泄漏。机 壳为铸造结构，考虑到干湿两用，而干式TRT的进气压力、温度较高、 机壳按进气压力300Kpa、温度W260C设计制造。机壳分四点支撑在下 机壳中分面处，一侧固定，另一侧可测滑动，两端沿轴线设有
23、导向键， 使机组具有良好的热运行稳定性。机壳加工完后进行水压试验，检验其 密封性，测量其受压变形量。透平主机旋转方向，从进气侧看透平为顺 时针。O、联轴器及护罩：采用先进的程序进行轴系横向及扭振临界转速 计算，通过调整联轴器的柔度与刚性度使之符合标准。联轴器采用刚性 联轴器（引进苏尔寿技术）或膜片联轴器，无需润滑，运行维护成本低。P、氮气密封充氮气轴端密封采用迷宫式+端面碳环密封型式，密封间隙的大小 可通过调整密封套周围间隙来实现，端面加设碳环密封，提高了运行安 全性，氮气的消耗量小于60Nm3/h，降低TRT运行成本。透平轴端密封使 用氮气气源压力为0.30.4Mpa，然后经气动调节阀调压后
24、送至密封处的 氮气压力高于被密封的煤气压力0.020.03Mpa左右，以保证煤气不外 泄。TRT的特点：1、TRT主要用来节能，受高炉影响，煤气流量波动大，变化频率大，其功率随工况变化而有较大的波动，因此不能单独供电，必须和一定容 量的电网并网运行，2、温度低，压力低，膨胀比小，而流量则相当大，一般为1030万 Nm3/h3、由于介质中含有灰尘，叶片易磨损，并容易积灰和堵塞4、高炉短期休风时机组可作电动运行，从电网上吸收电能，可作无 功补偿和调节。5、TRT作为高炉的附属设备，对高炉正常生产有着重要的作用，因 此必须以保证高炉正常运行为前提，顶压波动在允许范围之内，不对炉 况产生不良影响。6、
25、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。TRT的优点：由于TRT在运转中不需要燃料，不改变原高炉煤气的品质，也不影 响原有煤气用户正常使用，却回收了相当可观的能量（约占高炉鼓风机 所需能量的30%50%），同时以净化了煤气，改善了炉顶的压力控制。因 而是典型的节能装置，受到世界各国的广泛重视。1、适用于各种型号高炉，降低投资，节省占地和人工，缩短投资 回收期，经济效益可观。2、两座高炉可以为同等炉型，也可以为不同炉型；两座高炉同时 运彳丁，也可单座高炉运彳丁；单座高炉运彳丁，两座高炉同时运彳丁和高炉之 间切换时机组运行平稳、可靠。3、透平采用一个机壳
26、，一个转子，两个气流通道，一套辅助设备 （如发电机、油站、主油泵、盘车装置、轴承、联轴器等），一套控制系统。4、两座高炉的顶压调节系统独立设置，各高炉的顶压由与煤气流 道相对应的第一级可调静叶来控制，相互不会产生任何影响。5、当透平机发生重故障或甩负荷时，可迅速及时关闭各自高炉的 快速切断阀切断主管道煤气，使透平转速不上升。同时快速打开各自高 炉的旁通阀门，快速及时准确在给定的时间内、使炉顶压力恢复到正常 范围内。6、各高炉可以自如地投入或切除，机组不需重新进行升转速和发电机并网过程，简化了操作程序。五：结束语随着高炉冶炼技术的不断发展，高炉煤气在我们公司有着广阔的利 用前景。具有稳定炉顶压力、减小了环境污染、合理高效地利用了高炉 煤气、实现无公害发电等诸多优点，会更好地发挥它的功效。六：致谢词陈孝民导师对全文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢！张英宁与作 者提出了一些见解，特此感谢。参考文献能量回收透平装置TRT知识问答柳黎光主编
