杨剑峰   柴增辉

（山西建邦集团铸造有限公司）

摘要 本论文主要介绍了TRT(高炉煤气余压透平发电装置)在山西建邦集团铸造有限公司380m³炼铁高炉上的安装应用及实践。TRT装置是利用高炉炉顶压力能把高炉煤气导入透平机中膨胀做功，驱动发电机发电的能量回收装置，该装置可回收高炉鼓风机所需能量的30-35％。在运转时，还能代替减压阀组工作，能够调节稳定高炉炉顶压力，促使高炉顺行，实现高品质球铁炼铸，大大提高了能源利用效率。在确保炉顶压力稳定，保证高炉正常运行的前提下，最大限度地回收高炉煤气压力的潜在能量，吨铁发电量不断创历史新高，经济、环保效益十分可观。推进节能减排，促进降本增效，实现了高炉煤气回收利用。

关键词 TRT   煤气   经济效益   节能降耗

1.0 工艺流程

高炉冶炼生产产生大量的含尘颗粒煤气，煤气当中还有CO和H₂是钢铁企业的二次能源。在经过重力除尘、干式布袋除尘后，变为压力为140-150KPa 、温度180℃、尘量≤8mg/m³带一定能量的煤气，达到工业炉窑的使用标准后，进入TRT装置，经过TRT的入口蝶阀、全封闭液压入口插板阀、快速切断阀和可调静叶进入透平膨胀做功，透平带动发电机发电。膨胀后的煤气经过全封闭液压出口插板阀，送到减压阀组后的煤气主管网上，这样TRT机组与减压阀组就形成了并联关系，实现了对高炉顶压的控制。在入口插板阀之后、出口插板阀之前，与TRT并联的地方，有旁通阀作为TRT紧急停机时TRT与减压阀组之间的平稳过渡之用，以确保高炉顶压不产生大的波动。膨胀后的高炉煤气进入厂区低压煤气管网。整个工艺过程中高炉煤气始终在密闭的管道和密封程度高的煤气透平机内运行，无任何泄露和污染。

图1  TRT工艺流程示意图

工艺原理：高炉荒煤气→半净煤气除尘装置（重力除尘器）→精细除尘布袋器后高压高温干燥清净的煤气经多道阀门进入透平膨胀机，膨胀机第一级静叶片可调，用来调整炉顶压力，再通过性导流器使煤气转成轴向进入叶栅，煤气在静叶栅和动叶栅组成的通道中不断膨胀做功使得温度，压力降低并转化为动能使得工作轮（转子和动叶片）旋转，工作轮带动联轴的发电机发电。

2.0 TRT机组概况

2.1 TRT系统组成

铸造公司高炉配套TRT系统的机械设备主要由七部分组成，共同实现TRT的机械运行功能。而整个系统分别由透平主机组与三相同步发电机系统、润滑油系统、液压伺服控制系统、发配电控制系统、自动化控制系统、高精度控制软件、大型阀门组系统、给排水系统、氮气密封冷却系统及煤气置换吹扫系统等组成。

2.2 TRT主要性能参数及运行条件

铸造公司高炉TRT（高炉煤气余压透平发电装置)的设计参数根据高炉的运行特点以及当地的气候条件进行确定。TRT透平机组的主要设计参数根据如表1，以及煤气条件如表2。

表1 TRT透平机组主要性能参数

透平机组主要设备参数：

三相同步发电机组设备参数：

表2 高炉煤气成分

3.0 全干式TRT创新技术

3.1 TRT采用的透平机型号为：MPG-29-206/150，透平机采用的形式为干式，由于进入TRT透平机的煤气压力较高，TRT装置密封设计不佳，易导致出现煤气泄漏情况。TRT采用内部迷宫式密封，密封套容易出现磨损，密封介质氮气消耗较高，增加密封成本。为防止煤气泄漏，轴端密封在设计上采用碳环加拉别令进行密封，并采用充气、放气结构，在降低氮气耗量的同时，提高了密封的安全可能性能。

3.2 采用干式布袋除尘系统后，煤气温度较高，处理化学腐蚀的成本也相对较高，透平机组在很短的时间内相继出现末级动叶结晶（结垢）现象，结晶体厚度超过3mm厚会出现局部脱落，使透平机组转子动平衡被破坏，造成振动值超标。针对干式TRT机组结晶腐蚀问题，主要从TRT缓释阻垢剂、零部件的材料选择、表面处理技术以及防腐材料等四方面进行研究改进。采用缓释阻垢剂后能够提高机组整体耐腐蚀能力及延长机组的使用寿命，缓释阻垢剂喷药装置安装在透平机入口处，药阻垢剂药剂药剂喷入煤气管道内，以阻止灰垢和结晶体在叶片表面的附着，延长机组的使用寿命。依据山西建邦集团铸造动力规定只要TRT开机运行，加药的剂量必须有30%的开度要求，叶片表面涂层采用超音速等离子热喷涂技术；机壳防腐材料采用乐泰耐蚀胶。以上改进后依据运行情况对比，机组的抗腐蚀性能显著提高，TRT长周期运行效率下降的明显改善。

4.0 提高TRT效率研究：

4.1  W=Q/3 600×c p ×T 1 ×[1－(p 2/p 1 )^(K－1/K)]×η t ×η f             （1）

式中： W 为TRT输出功率，kW； Q 为炉顶煤气流量，m 3 /h； c p 为煤气定压比热容，kJ/ （K·m 3 ）； T 1 为透平机入口煤气热力学温度，K； p 1 为透平机入口煤气压力，kPa； p  为透平机出口煤气压力，kPa； K 为气体绝热指数，对于高炉煤气， K＝ 1.38； η t 为透平机效率因数，设计取86%； η _f 为发电机效率因数，设计取96%。

4.2 吨铁TRT发电量可表示为

E TRT ＝ W×t/G HM                                                      （2）

式中： E TRT 为统计期内TRT吨铁发电量，kW·h/t； t为统计期内TRT有效工作时间，h； G HM 为统计期内时间，h； G HM 为统计期合格生铁产量，t。

由计算公式可见，影响TRT发电功率的因素主要有炉顶煤气流量、炉顶煤气温度、炉顶压力及TRT的有效工作时间或是TRT的作业率。附2017-2018年吨铁电量数据，如表3。

表3 2017-2018吨铁发电量数据 （单位：kW·h/t）

由于我公司风机一直扩容改造,先由D1900高炉汽动离心风机改造成D1950，后又改为AV45-12轴流风机。从2017年8月份投用轴流风机后一直磨合，直到11月后逐渐稳定地使用，该风机使用后可以看出，随着风量的增大,煤气量也是增大的，电比也是升高的，这也验证了“4.1”公式的正确性。

5.0 TRT机组使用中的问题

5.1 TRT是以高炉顶压为调控依据的，我公司在使用中于2014年出现过顶压信号失踪，造成高炉灌风口的事故。

5.2 由于顶压的设定数值位数是三位数，因此只要是工长输入两位数位时，系统不予以默认，并给出数位输入错误报警提示。这样就避免了输入数位错误时带来的顶压数值变小，TRT静叶瞬间全开，跟踪顶压时造成重力除尘和布袋除尘系统因为负压增大，导致整个除尘系统吸附变形。

5.3 含尘量大了对于TRT静叶的动平衡带来了影响，轴的 x和y方向上震动大，被迫退出使用。工勤用减压阀组替代，后来和有关厂家合作加药，在净煤气入口的管道中加入TRT缓释阻垢剂来延长TRT的使用时长。同时公司动力要求高炉车间加强破损布袋箱体的巡检点检工作，及时查找在反吹压力过大或者安装时花格板和布袋钢圈口接触不严实而造成的磨损和漏气，并在通往TRT的净煤气管道中安装检测含尘量的总探头，在各个箱体的净煤气出口安装分探头。

5.4 由于送风比的不断增大，布袋箱体中的煤气流速不断增大，最大达到了1.1m/min，煤气在过滤风速大，除尘效果差，而且过快的煤气对于箱体锥体存灰位置的浮灰的扰动作用增大，也造成净煤气中的含尘量增大，所以利用2018年11月停炉期，增加了两个箱体，把煤气流速降到了0.58m/min以内。

5.5 由于我公司冶炼的生铁品种是球墨用铸造生铁，窄硅低硫低磷低钛特点要求的炉渣渣型和熔炼的温度相对高，顶温常年在180℃左右，以及湿熄焦的使用量大，所以在使用滤袋时选用带覆膜层的氟美斯布袋。

5.6 我公司在高炉检修期间发现在进入各个箱体的荒煤气管道中顺着荒煤气流动方向上距离高炉最远的箱体的荒煤气管道有近乎管径一半的积灰，必然影响该箱体的除尘。

5.7 为更为有效地提升公司的发电效益,经与TRT厂家协商,对于原透平的二级叶片进行改造升级,由原来的122片叶片增加为251片,发电量是提升（如上图），但TRT的调压波幅太大，甚至于影响到行程，还出现了TRT顶压调剂迟滞呆板造成高炉塌料的事情发生，究其原因是进入TRT的入口煤气量大于额定值，被迫TRT开旁通，高炉侧开减压阀，是我公司下一步要改进的地方。

5.8 重力除尘和布袋除尘器要及时放灰，我公司重力灰一天一放，而布袋灰每3小时就把布袋灰用气力输送到大灰仓中积存，12小时一放，保证煤气含尘量在10mg/m³。

从TRT的使用情况看，五年来从高炉工长，布袋除尘工到TRT机组运行人员，为保证TRT机组正常运转，三家必须得通力合作，既保证了TRT稳定有效的稳压，发电功能又锻炼了我公司的技术队伍，为公司的进一步发展做好了技术储备，人才储备。

6.0 经济效益

    TRT投产后，取得了可喜的经济效益。经过改造后的机组无论是在设备稳定方面还是吨铁发电方面都得到了明显提升。按照平均吨铁发电量36kwh,年生产铁水（1900t/d*340d=64.6万吨/年），可回收电能2326万kW·h。以工业电价0.5元计算，相当于降低成本1163万元，直接降低吨铁成本18.01元。采用TRT装置控制高炉炉顶压力代替原减压阀组装置系统，大大降低噪音程度（噪声由原来的减压阀组126dB降到75dB以下），高炉铁产量持续稳产高产，炉顶压力稳定、可靠，全部完成自动升速、自动并网、自动调整顶压及全部TRT过程检测与过程控制的各项功能。避免振动的产生，减排CO₂约28.6万t,取得了显著环保效益。TRT机组在确保机组稳定运行、减少对附近周边的噪音污染、降低生产成本的同时还可以改善电力紧张状况，缓解企业内部各用电单位及企业周边用电压力，切实做到节能降耗，低碳发展，取得良好的社 会效益。

7.0 结束语

紧紧围绕380m³高炉TRT提高发电量指标，采取了一系列的工艺优化和创新改造措施。与改造前相比，吨铁发电量指标显著提高，为高炉创造了可观的经济效益。经对标先进企业显示，与行业先进指标还有一定的差距，仍需要不断进行技术交流和考察、对标学习，吸取先进经验和措施、方法，做好稳定提高TRT机组高效运行的技术创新工作。

节能降耗、低碳发展、技术创新已经成为企业快速发展的必经之路，不断提高余能回收再利用已成为企业发展的基石，实现余能（TRT/BPRT/SHRT等）梯次利用和高效转换是企业奉行节能减排、实现可持续发展战略的重要标志。

参考文献：朱仁良，王天球《高炉优化操作与低碳生产》         中国冶金      2013

          杨福忠《高炉煤气余压发电（TRT）干法运行研究》    冶金动力      2010

          郑秀萍《TRT技术及其节能环保作用（上篇）》        通用机械      2004