萬真武，梁 智

（1寶鋼湛江鋼鐵有限公司設備部；2寶鋼湛江鋼鐵有限公司煉鐵廠；廣東湛江 524072）

引言

寶鋼湛江鋼鐵目前配置了1號、2號兩座5050 m3高爐，年產(chǎn)鐵水823萬 t，年產(chǎn)高爐煤氣119億m3。高爐煤氣二次除塵采用全干法進行除塵，兩座高爐分別配備兩臺新型干式TRT發(fā)電機組，裝機容量為2×33 MW。寶鋼湛江鋼鐵根據(jù)高爐特點以及氣候環(huán)境的因素，研究開發(fā)了新型干式TRT裝置，采用的新型干式TRT是由寶鋼湛江鋼鐵有限公司、西安陜鼓動力股份有限和重慶中冶賽迪工程共同攻關的成果，新型干式TRT發(fā)電量指標明顯提高，為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，大力推進大型高爐TRT系統(tǒng)技術發(fā)展的進程。

1 新型全干式TRT工藝流程及系統(tǒng)組成

1.1 工藝流程

高爐荒煤氣經(jīng)過重力除塵后，由布袋除塵器進一步除塵后，初步得到凈化的高爐煤氣進入TRT機組，高爐煤氣在透平機內(nèi)的靜葉片與動葉片組成的流道中不斷運動，然后透平機驅(qū)動發(fā)電機組進行旋轉(zhuǎn)，高爐煤氣的壓力能、熱能就轉(zhuǎn)化為電能。高爐煤氣從透平機出來后，經(jīng)水封蝶閥，進入高爐煤氣凈化系統(tǒng)進行洗滌，將合格的高爐煤氣送至煤氣管網(wǎng)中。為避免TRT機組發(fā)生故障出現(xiàn)機組緊急停機，造成爐頂壓力和外部管網(wǎng)壓力突然升高影響高爐的正常生產(chǎn)，因此在TRT機組旁邊并聯(lián)一套減壓閥組。當TRT機組出現(xiàn)故障緊急停機時，聯(lián)鎖的減壓閥組快速打開，此時高爐爐頂壓力由減壓閥組進行控制，TRT機組可以安全退出，保證高爐正常生產(chǎn)。湛江鋼鐵TRT的工藝流程如圖1所示。

1.2 TRT系統(tǒng)概況

1.2.1 TRT系統(tǒng)組成

湛江鋼鐵1#、2#高爐TRT系統(tǒng)的機械設備主要由7部分組成，共同實現(xiàn)TRT的機械功能。系統(tǒng)分別由透平主機與發(fā)電機組系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、發(fā)配電控制系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、高精度控制軟件、大型閥門組系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮氣密封冷卻系統(tǒng)以及煤氣置換吹掃系統(tǒng)等組成。

1.2.2 TRT主要性能參數(shù)及運行條件

湛江鋼鐵1#、2#高爐TRT透平機組的設計參數(shù)主要是根據(jù)高爐的特點以及當?shù)氐臍夂驐l件進行確定。TRT透平機組的主要設計參數(shù)如表1以及煤氣條件如表2。

圖1 湛江鋼鐵TRT工藝流程圖

表1 TRT透平機組的主要性能參數(shù)

表2 煤氣成分

2 新型全干式TRT創(chuàng)新技術

新型TRT采用的透平機型號為MPG31.5-390/130。透平機采用的型式為干式、反動式、兩級靜葉可調(diào)，且第一級靜葉片能夠完全實現(xiàn)關閉。其結(jié)構(gòu)特點為：水平剖分，雙層缸結(jié)構(gòu)，鑄造機殼，徑向下部進氣、排氣方式，四點支撐（一端固定，一端滑動），機殼兩端有垂直導向鍵。機殼內(nèi)壁涂有防腐層，機組頂部有平衡管。雙層缸剛性好、吸振、降噪、耐腐蝕性好、耐磨性好；機殼兩側(cè)導向鍵保證機殼膨脹對中，平衡管可減小機組軸向推力及軸向位移。新的葉型結(jié)構(gòu)在保證可機組運行可靠性，同時也保證其高效率運行。兩級靜葉可調(diào)可使得機組更加適應高爐工況條件而高效運行。

2.1 TRT裝置腐蝕問題研究

采用干式除塵后的煤氣溫度較高，腐蝕的成分也相對較高，侵蝕透平機部件程度在加劇，對設備本身抗腐蝕、抗沖刷要求相應提高。針對干式TRT腐蝕問題，主要從TRT緩蝕阻垢劑選型、零部件的材料選擇、表面處理技術以及防腐材料等四方面進行研究。

使用緩蝕阻垢劑能夠提高TRT機組整體耐腐蝕能力及延長機組使用壽命。通過緩蝕阻垢劑性能的提升以及加藥裝置的升級能夠提高機組安全運行性，經(jīng)試驗對比研究使用C3緩蝕阻垢劑的緩蝕率達到75%以上。因此，選用C3作為TRT緩蝕阻垢藥劑；經(jīng)試驗對比，動、靜葉片材料確定為17-4PH，葉片采用全新的打底層和封孔材料，能夠在提高抗沖刷性的基礎上，提高耐Cl腐蝕能力；葉片表面涂層采用超音速等離子熱噴涂技術；機殼防腐材料選擇采用樂泰耐蝕膠。以上研究已應用到寶鋼湛江鋼鐵，對比寶鋼股份大院的干濕兩用式TRT機組，新機組的抗腐蝕性明顯提高，TRT的長周期運行效率下降也得到明顯改善。

2.2 提高TRT效率研究

為提高TRT的效率，結(jié)合湛江高爐的運行參數(shù)。新型TRT裝置從靜葉葉型選擇、葉柵氣動優(yōu)化設計技術以及排氣方案選擇等三方面進行研究提高TRT的效率。新型TRT采用流線型葉片，減小入口氣流沖角和出口厚度，優(yōu)化控制中間膨脹過程，增強流動的穩(wěn)定性，使TRT的氣動效率提升接近0.3%。新式TRT葉片的葉型，不易積灰、堵塞、磨損?？v樹形葉根，大幅度降低葉根應力水平，提高可靠性；采用葉柵氣動優(yōu)化設計技術，保證葉根尺寸不變，對動葉片葉型的多個截面進行調(diào)整優(yōu)化，理論效率提升1.5%；大型TRT新葉型及流道完善匹配優(yōu)化和靜葉、全三維動葉葉型的設計的基礎上，采用徑向排氣流道內(nèi)效率為87.3%。

2.3 采用新型TRT安保系統(tǒng)

新型TRT采用陜鼓新開發(fā)的安保系統(tǒng)，TRT安保系統(tǒng)能夠確保在極端重故障狀態(tài)下TRT系統(tǒng)、高爐及煤氣管道系統(tǒng)的安全。TRT安保系統(tǒng)通過對減壓閥組進行技術改進，減壓閥組共設置四個旁通閥門，把其中一臺旁通閥門設計為單作用式旁通閥。在系統(tǒng)控制中，通過單作用式旁通閥，使系統(tǒng)具有“三斷保護”功能（即斷油、斷電、斷信號的狀態(tài)下具備快開功能和調(diào)節(jié)功能），增加系統(tǒng)的安全性能。

2.4 新型TRT防泄漏設計

由于進入透平機的煤氣壓力較高，TRT裝置密封設計不佳就容易出現(xiàn)煤氣泄漏的情況。TRT采用內(nèi)部迷宮的方式進行密封，密封套容易出現(xiàn)磨損，密封介質(zhì)N2消耗也比較高，增加密封的成本，另外N2濃度超標也會造成人員窒息。新型TRT為防止煤氣泄漏，軸端密封在設計上采用碳環(huán)加拉別令進行密封，并采用充氣、放氣結(jié)構(gòu)，在降低氮氣耗量的情況下（氮氣消耗量約200 m3），提高密封的安全可靠性。

3 應用效益

寶鋼湛江鋼鐵有限公司1號、2號5050 m3高爐TRT裝置分別于2015年11月，2016年7月25日正式投運并網(wǎng)發(fā)電。在投運接近一年的時間里，1#TRT裝置各項運行指標正常，機組運行穩(wěn)定。TRT投產(chǎn)后，取得較好的經(jīng)濟效益。實際生產(chǎn)表明，新型TRT在無論是在設備運行的穩(wěn)定性還是在噸鐵發(fā)電量，都得到較大的提升。按照平均噸鐵發(fā)電量47 kWh，年生產(chǎn)鐵水823萬t來計算，可回收電能38681萬kWh。以電價0.6元/kWh計算，相當于噸鐵降低成本28.2元。根據(jù)實際運行情況，湛江鋼鐵1#TRT機組發(fā)電效率、作業(yè)率的各項指標處于國內(nèi)同行領先水平。

5 結(jié)語

寶鋼湛江鋼鐵2座高爐采用新型TRT余壓發(fā)電機組從機組的防腐，提高效率，安保系統(tǒng)及防泄漏等問題進行課題攻關，同時在借鑒其它機組的機組上，解決了目前干式TRT機組出現(xiàn)一些常見的問題，為國內(nèi)大型TRT機組的研發(fā)提供一些參考價值。寶鋼湛江鋼鐵2套TRT機組投運至今，機組不僅運行狀態(tài)較好，同時其發(fā)電效益十分顯著。