田 果，張開(kāi)鑒 ，顧曉光

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 問(wèn)題的提出

八鋼歐冶爐輸出煤氣約200kPa，150℃，經(jīng)TRT進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換后，壓力降至約15kPa，溫度降低至約80℃，進(jìn)入八鋼能源管網(wǎng)供軋鋼等生產(chǎn)線使用。2019年因八鋼能源系統(tǒng)安全生產(chǎn)需求，對(duì)歐冶爐輸出煤氣進(jìn)行脫水降溫處理，在煤氣管線增加輸出煤氣洗滌降溫設(shè)施，脫水降溫后的煤氣（溫度約45℃，壓力約200kPa）進(jìn)入TRT進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換后并入八鋼能源管網(wǎng)。2019年12月4日歐冶爐煤氣脫水系統(tǒng)運(yùn)行，TRT同步運(yùn)行，至2020年1月4日歐冶爐TRT異常停機(jī)，低煤氣溫度TRT，噸鐵發(fā)電量為12.5kW .h，只有高溫的25%。

2 歐冶爐煤氣TRT指標(biāo)

歐冶爐高溫TRT的特點(diǎn)：（1）高溫高壓煤氣能量回收效益顯著；（2）減少了噪音等環(huán)境污染，TRT投入后環(huán)境噪音從85分貝降低至70分貝；（3）歐冶爐還原豎爐及熔融氣化爐壓力控制對(duì)T R T 穩(wěn)定要求較小。還原豎爐煤氣量及壓力由頂煤氣流量調(diào)節(jié)閥控制調(diào)整。熔融氣化爐壓力由大小錐環(huán)縫開(kāi)度控制調(diào)整。T R T 僅控制輸出煤氣并入能源大網(wǎng)的壓力。

2019年4-12月歐冶爐產(chǎn)量79.7萬(wàn)t，含TRT檢修等停機(jī)時(shí)間，TRT最高噸鐵發(fā)電量50kW .h，平均月最高噸鐵發(fā)電量45.8kW. h，見(jiàn)圖1。

12月4日歐冶爐煤氣脫水洗滌系統(tǒng)投用后，歐冶爐TRT投入運(yùn)行，12月平均噸鐵發(fā)電量8.1kW. h，最高噸鐵發(fā)電量12.5kW .h，至2020年1月4日TRT出現(xiàn)跳機(jī)震動(dòng)大，無(wú)法正常開(kāi)機(jī)，被迫進(jìn)行檢修工作。

圖1 歐冶爐2019年4-12月TRT噸 鐵發(fā)電量

3 歐冶爐輸出煤氣脫水系統(tǒng)投入的影響

歐冶爐輸出煤氣處理工藝系統(tǒng)主要是2 2萬(wàn)Nm3/h的200℃頂煤氣經(jīng)洗滌降溫塔降溫至45℃后進(jìn)入水洗氣分離器，脫水后的煤氣進(jìn)入T R T后并入能源煤氣管網(wǎng)。

3.1 歐冶爐煤氣系統(tǒng)工藝流程

歐冶爐煤氣脫水系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 歐冶爐系統(tǒng)煤氣工藝流程圖

其中，1 5萬(wàn)N m3/h的煤氣返回T R T前煤氣管；7萬(wàn)Nm3/h煤氣進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行CO2脫出被吸收，在吸收塔上段，用再生后的冷貧液洗滌，將凈化氣中的CO2含量降到1%以下，再經(jīng)過(guò)分離，除去氣體中微量的NCMA溶液后一路送往歐冶爐，另一路送往高爐。

3.2 脫水系統(tǒng)投入后TRT出現(xiàn)的問(wèn)題

歐冶爐TRT發(fā)電機(jī)組2015年6月建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)口流量2 4 2 3 m3/m i n，進(jìn)口壓力0.381MPa，進(jìn)口溫度220℃，轉(zhuǎn)速3000r/min，透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉，承缸靜葉材質(zhì)均為2Cr13。

2019年12月4日歐冶爐煤氣脫水洗滌系統(tǒng)投用，至12月13日歐冶爐TRT投入運(yùn)行，2020年1月4日TRT異常跳機(jī)，系統(tǒng)無(wú)法開(kāi)機(jī)。打開(kāi)TRT大蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)TRT裝置中的靜葉、動(dòng)葉、承缸都出現(xiàn)磨損。

承缸部分:第一級(jí)靜葉磨損嚴(yán)重，體現(xiàn)在葉片背弧面上，進(jìn)排氣過(guò)渡弧沖刷形成深坑，葉根部位有不同程度的磨損；第二、三級(jí)靜葉損傷明顯，葉根部分損失60%，葉型破壞，葉片存在斷裂風(fēng)險(xiǎn)。承缸本體沖刷破壞嚴(yán)重，缸體多處溝槽。

轉(zhuǎn)子部分:第一、二、三級(jí)動(dòng)葉沖刷磨損,葉根部位也出現(xiàn)不同程度的損傷。主軸球面存在較為嚴(yán)重的沖刷磨損，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)碳環(huán)密封軸套磨損形成溝槽，涂層及碳環(huán)基體受損。

4 采取的措施

2020年1～7月，歐冶爐TRT轉(zhuǎn)子返制造廠進(jìn)行檢修修復(fù)。

2020年7月底設(shè)備組裝完成，針對(duì)TRT安全運(yùn)行，對(duì)歐冶爐煤氣系統(tǒng)進(jìn)行分析，從系統(tǒng)程序安全、設(shè)備緊急停機(jī)保護(hù)、工藝管道排水硬件等方面進(jìn)行分析。

針對(duì)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化對(duì)程序控制的影響，對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化修改，在TRT管線的最低點(diǎn)增加排水設(shè)施。采取一系列措施后，7月23日歐冶爐TRT投入使用，實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定運(yùn)行，在入口煤氣溫度.45℃條件下，噸鐵發(fā)電量達(dá)到25k Wh。

4.1 歐冶爐煤氣工藝管線布置及程序優(yōu)化

歐冶爐煤氣脫水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，進(jìn)入TRT煤氣的溫度由180℃下降至45℃，新增脫水器、洗滌塔及管道等增加體積約700m3，管道設(shè)施增加阻損約20kPa。未增加脫水器、洗滌塔等設(shè)施前，煤氣進(jìn)入TRT管道體積約125 m3。

TRT跟蹤調(diào)整的壓力在脫水項(xiàng)目投用后降低20kPa，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)緩沖后，TRT跟蹤壓力調(diào)整異常。造成TRT自動(dòng)跟蹤調(diào)整靜葉變化較大，靜葉全開(kāi)全關(guān)的情況，無(wú)法穩(wěn)定跟蹤調(diào)整壓力，造成TRT異常保護(hù)停機(jī)。

根據(jù)相關(guān)研究資料及理論計(jì)算，影響TRT發(fā)電功率的因素主要有爐頂煤氣流量、爐頂煤氣溫度、爐頂壓力及TRT的有效工作時(shí)間或是TRT的作業(yè)率等[1]。TRT入口壓力的變化造成設(shè)備運(yùn)行的異常，需要采取措施消除新增水洗系統(tǒng)造成的壓力影響。

煤氣脫水系統(tǒng)脫水器、洗滌塔投入后，煤氣的溫度降低，水蒸氣飽和露點(diǎn)下降，煤氣含水量大幅度下降。但是21萬(wàn)m3/h的煤氣經(jīng)過(guò)洗滌塔后煤氣流速達(dá)到12m/s，氣流攜帶的水滴造成脫水塔的液位劇烈波動(dòng)，可能造成液位計(jì)失真，大量水滴隨著煤氣進(jìn)入TRT對(duì)設(shè)備造成較大的沖擊。

對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化修改：四閥組跟蹤調(diào)節(jié)壓力與TRT調(diào)節(jié)跟蹤壓力保持一致，壓力跟蹤點(diǎn)由原輸出煤氣管線位置調(diào)整跟蹤脫水器出口壓力，邏輯不變。保證系統(tǒng)安全，凈煤氣放散塔作為超壓緊急放散設(shè)施，放散壓力為四閥組壓力+10kPa，調(diào)整為脫水器出口壓力。

水滴會(huì)造成TRT設(shè)備設(shè)施的故障，增加洗滌塔脫水器液位與TRT保護(hù)停機(jī)聯(lián)鎖，液位保持在煤氣出口1.5m以下，超出高液位程序自動(dòng)判斷，TRT畫(huà)面彈出故障停機(jī)畫(huà)面，TRT停機(jī)。

4.2 TRT管線的排水裝置優(yōu)化

原燃?xì)夤に囋O(shè)計(jì)中四閥組管線的標(biāo)高比TRT系統(tǒng)設(shè)備標(biāo)高+1.5m，TRT在該段煤氣管線中屬于最低端。針對(duì)TRT前后管線的排水情況，分析認(rèn)為洗滌脫水后的煤氣依然會(huì)攜帶少量水滴進(jìn)入T R T，進(jìn)入T R T前以及經(jīng)T R T做功后出TRT均會(huì)有水析出，析出的水無(wú)法排出TRT段，造成TRT設(shè)施出現(xiàn)異常。

因此增加排水設(shè)施，在TRT進(jìn)口管道設(shè)置高壓排水設(shè)施，T R T本體最低點(diǎn)設(shè)置水封排水設(shè)施，TRT出口設(shè)置常規(guī)排水設(shè)施，確保TRT管線能夠?qū)⑽龀龅拿簹馑焖倥懦鱿到y(tǒng)。

4.3 TRT運(yùn)行情況及發(fā)電量

2020年7月24日至8月20日，TRT運(yùn)行1個(gè)月，歐冶爐煤氣洗滌脫水系統(tǒng)正常投入運(yùn)行，TRT噸鐵發(fā)電量25kW .h，同步歐冶爐檢修，對(duì)TRT開(kāi)檢視孔檢查靜葉、承缸的狀況，TRT承缸、動(dòng)葉、靜葉葉尖、葉根等設(shè)施正常，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)汽蝕等異常情況。

2 0 2 0 年7 月2 4 日T R T 投 運(yùn)，噸 鐵 發(fā) 電 量25 kW .h，較2019年12月發(fā)電量翻一番，在較高溫狀態(tài)噸鐵發(fā)電量k W .h，達(dá)到噸鐵50%水平，設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，平均鐵水產(chǎn)量3450t/d。2020年7月24-8月20日TRT運(yùn)行發(fā)電情況（7月28日煤氣系統(tǒng)檢修TRT停機(jī)）見(jiàn)圖3。

圖3 2020年7月24-12月歐冶爐TRT噸鐵發(fā)電量

5 結(jié)束語(yǔ)

歐冶爐TRT高溫煤氣轉(zhuǎn)低溫的工藝調(diào)整，經(jīng)再次改進(jìn)后，系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)到前期狀態(tài)，TRT噸鐵發(fā)電到達(dá)高溫時(shí)50%的水平。

歐冶爐煤氣系統(tǒng)改進(jìn)，洗滌脫水系統(tǒng)增加T R T 前段管線設(shè)施7 0 0 m3，管道阻損約增加20kPa，相比于原工藝系統(tǒng)發(fā)生了較大的變化。

系統(tǒng)運(yùn)行表明，對(duì)工藝管線系統(tǒng)的改變會(huì)影響原系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)煤氣溫度工藝參數(shù)的變化，對(duì)TRT做功運(yùn)行產(chǎn)生明顯的影響。

因此，對(duì)系統(tǒng)的改變?cè)斐傻挠绊懸M(jìn)行充分的論證評(píng)估，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行是首要條件，為保證運(yùn)行效果采取必要的措施。