苗鐵生 鄭永伯

(唐山中厚板材有限公司)

摘 要：針對(duì)唐鋼中厚板材公司1號(hào)TRT 透平機(jī)組存在的問(wèn)題，采取透平機(jī)改造、 軸端密封優(yōu)化和頂壓調(diào)節(jié)控制程序優(yōu)化等措施，確保了TRT 長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了日發(fā)電量提高4.78萬(wàn) kWh，平均噸鐵發(fā)電量提高7.13KWh。

關(guān)鍵詞：TRT；煤氣余壓發(fā)電；透平機(jī) 

高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置 (簡(jiǎn)稱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，回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能力的 30％ 左右，實(shí)際上回收的是原減壓閥門損失的能量。這種發(fā)電方式既不消耗任何燃料，也不產(chǎn)生環(huán)境污染，發(fā)電成本低，是高爐冶煉工序的重大節(jié)能項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益顯著，中厚板公司 TRT 發(fā)電配套高爐現(xiàn)有 3 套，包括10MW 發(fā)電機(jī)組 1套、 12MW 發(fā)電機(jī)組兩套。由于高爐除塵系統(tǒng)及脫氯系統(tǒng)缺失，造成葉片磨損，致使發(fā)電量降低，葉片修復(fù)成本高。通過(guò)新技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，降低葉片磨損，保證在維修周期內(nèi)的發(fā)電效率，降低了維護(hù)費(fèi)用，提高了發(fā)電量。此優(yōu)化改造在唐鋼 TRT發(fā)電系統(tǒng)中已普遍應(yīng)用。 

1 存在問(wèn)題分析

(1) 由于高爐煤氣中粉塵沖刷及氯離子腐蝕，1 號(hào)TRT 葉片減薄減小， 導(dǎo)致動(dòng)葉、 靜葉葉頂間隙變大，實(shí)測(cè)值達(dá)到 5mm，比設(shè)計(jì)值大3mm，大大降低了透平機(jī)做功效率。 2015 年機(jī)組投運(yùn)初期日發(fā)電量達(dá)到15.9萬(wàn) kWh，改造前日發(fā)電量14.5萬(wàn) kWh 左右，透平機(jī)做功效率在79％ 左右，發(fā)電機(jī)組效率嚴(yán)重降低。 

(2)1號(hào)TRT 軸端密封采用拉別令密封 ＋碳環(huán)密封 ＋ N₂密封組合軸封技術(shù)，密封效果差，煤氣泄漏嚴(yán)重，機(jī)房煤氣濃度嚴(yán)重超標(biāo)，運(yùn)行人員無(wú)法在機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行正常點(diǎn)檢維護(hù)作業(yè)，影響機(jī)組發(fā)電效率及安全穩(wěn)定運(yùn)行。 

(3) 高爐生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，頂壓、流量大幅波動(dòng)? 對(duì)自動(dòng)運(yùn)行的TRT造成沖擊，導(dǎo)致推力瓦頻繁燒瓦，同時(shí)靜葉大角度頻繁開(kāi)啟極易損壞靜葉聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，嚴(yán)重影響機(jī)組發(fā)電作業(yè)率。

2 改造方案

2.1 透平機(jī)改造

方案一: 按照現(xiàn)有高爐煤氣運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行氣動(dòng)計(jì)算，利舊原有主軸及承缸，對(duì)透平機(jī)轉(zhuǎn)子、流道進(jìn)行優(yōu)化改造。 

①葉片改用 TRT 專用高效新葉型，流動(dòng)效率高，并且不易積灰、 堵塞，耐磨損。 

②對(duì)原有主軸及承缸進(jìn)行激光熔覆加工，更換葉片及改造修復(fù)后能保證日發(fā)電量在 17.5萬(wàn)kWh左右。

方案二: 按照現(xiàn)有高爐煤氣運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行氣動(dòng)計(jì)算，對(duì)透平機(jī)轉(zhuǎn)子、 流道進(jìn)行優(yōu)化改造。 

①葉片改用 TRT 專用高效新葉型，并增加葉片數(shù)量，流動(dòng)效率高、 做功效率大，并且不易積灰、 堵塞，耐磨損。 

②重新設(shè)計(jì)更換主軸、 進(jìn)口圈、 擴(kuò)壓器、 承缸、 調(diào)節(jié)缸，改善流道性能，減小煤氣對(duì)葉片的沖刷，提高煤氣流動(dòng)效率，更換后能保證日發(fā)電量在 17.8萬(wàn) kWh 左右。 

按每臺(tái)機(jī)組每年運(yùn)行 355d 計(jì)算，全年增加發(fā)電量106.5萬(wàn)kWh 左右。按電價(jià) 0.5元/ kWh計(jì)算，全年多創(chuàng)效 53.25萬(wàn)元。 

方案一費(fèi)用 190 萬(wàn)元，方案二費(fèi)用 395 萬(wàn)元，方案二費(fèi)用比方案一多 205 萬(wàn)元。方案二比方案一每年可多發(fā)電 106.5萬(wàn)kWh， 多創(chuàng)效53.25萬(wàn)元，3年 10個(gè)月后可收回多出的費(fèi)用。由于回收周期長(zhǎng)，綜合考慮后采取方案一，對(duì)透平機(jī)更換新動(dòng)、 靜葉片，激光修復(fù)主軸輪轂、 承缸，轉(zhuǎn)子重新做動(dòng)平衡。

2.2  軸端密封優(yōu)化改造

1號(hào) TRT機(jī)組軸端密封形式 (見(jiàn)下圖 1) 是拉別令密封 (梳齒密封) ＋ 碳環(huán)密封 ＋ N₂ 密封組合軸封技術(shù)， 即: 內(nèi)部 (里側(cè)) 為拉別令氣封，外部 (外側(cè)) 為碳環(huán)密封，密封氮?dú)鈴牡獨(dú)馊肟谝源笥诒幻芊饷簹?0.02—0.03MPa的壓力進(jìn)行封堵， 密封效果差，煤氣泄漏嚴(yán)重， 機(jī)房煤氣濃度嚴(yán)重超標(biāo)。分析主要原因?yàn)? ①由于當(dāng)量齒數(shù)少，節(jié)流膨脹次數(shù)相對(duì)較少，造成泄漏嚴(yán)重；②機(jī)組過(guò)臨界轉(zhuǎn)速或發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，振幅較大，轉(zhuǎn)子上的齒與密封套之間會(huì)發(fā)生接觸，由于拉別令密封齒較薄，當(dāng)產(chǎn)生磨擦?xí)r，快被磨損，密封間隙增大，造成煤氣泄漏。 

拉別令密封的 “J” 形齒間存在環(huán)形腔室，機(jī)組運(yùn)行時(shí)腔室內(nèi)有強(qiáng)旋氣流，且轉(zhuǎn)子的運(yùn)行軌跡為橢圓形，所以轉(zhuǎn)子圓周各處受強(qiáng)旋氣流的切向力有很大差異，極易引起氣流激振，引起機(jī)組振動(dòng)。

為了改善軸端密封存在的問(wèn)題，經(jīng)與陜鼓研究討論后，決定在1 號(hào)TRT 透平機(jī)上采用新型軸端密封，TRT 新型軸端密封形式為蜂窩密封 ＋ 碳環(huán)密封 ＋N₂ 密封，如圖 2所示。2016 年 4 月新型密封安裝后，煤氣泄漏大大減少，煤氣濃度 小于 24 × 10 ^-6 ，沒(méi)有發(fā)生因軸端密封泄漏導(dǎo)致的機(jī)房煤氣濃度超標(biāo)，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)電效率提高。并且新型密封組件易安裝，更換備件容易。

2.3  頂壓調(diào)節(jié)控制程序優(yōu)化

高爐生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí)，頂壓、 流量大幅波動(dòng)，對(duì)自動(dòng)運(yùn)行的TRT 造成沖擊，導(dǎo)致推力瓦轉(zhuǎn)化率法是一種可靠的動(dòng)力學(xué)分析方法。 

參考文獻(xiàn)

[1] 王筱留 鋼鐵冶金學(xué) (煉鐵部分) [M]. 北京: 冶 金工業(yè)出版社，2013

[2] 孟慶波. 加強(qiáng)煉鐵與煉焦合作研究降低煉鐵燃料成 本 [C]. 江蘇: 2012年全國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)， 2012: 67－71.

[3] 王永軍. 我國(guó)半焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況與應(yīng)用市場(chǎng)淺析 [J]. 化學(xué)工業(yè)，2009，27 (9):23 － 26.

[4] S.Ueda，K.Watanabe，K,Yanagiya,etal.Improve-ment of reactivity of carbomiron ore composite with bio-mass char for blast rurnace [ J].ISIJ  Int . 2009， 19 (10) : 1505 － 1512.

[5] 李竹君，赫英倫. 高爐噴吹半焦的可行性 [J]. 冶 金能源，1998，17 (3): 12 －16.

[6] 張秋明，李文翠，郭樹才等. 禮賚諾爾褐煤制取高 爐噴吹料和中熱值煤氣研究 [J ]. 煤 炭轉(zhuǎn)化，1997，20 (4): 63－68.

[7] 孟慶波. 蘭炭可替代小塊焦用于高爐煉鐵 [N]. 中國(guó)冶金報(bào)，2011 －8 －11.

[8] Kodama T ,Aoki A ,Ohtake H ,et al.Thermochemical CO₂ gasification of coal uaing a reactivecoal-In203system [J]. Energy ＆ Fuels， 2000，14 ( 1 ):202 － 211.

[9] 向銀花，王 洋，張建民等 煤氣化動(dòng)力學(xué)模型研究 [J]. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30 (1): 21－26

[10] 胡榮祖，史啟禎 熱分析動(dòng)力學(xué) [M]. 北京: 科學(xué)出版社，2001: 125 － 136

[11] 楊景標(biāo)，張彥文，蔡寧生煤熱解動(dòng)力學(xué)的單一 反應(yīng)模型和分布活化能模型比較 [J]. 熱能動(dòng)力工程，2010，25 (3): 301 －305.

[12] Zou J H,Zhou Z J ,Wang F C ,et al.M odeling reac-tion kinetics of petroleum coke gasification with CO₂  [J]. Chemcical Engineering and Processing， 2007.