TRT(高爐煤氣余壓透平發電裝置)

TRT——(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,以下簡稱TRT) 高爐煤氣余壓透平發電裝置(即TRT)是利用高爐冶煉的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能,使煤氣通過透平膨脹機做功,將其轉化為機械能，再將機械能轉化為電能。

基本介紹

• 中文名：高爐煤氣余壓透平發電裝置
• 外文名：Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit
• 縮寫：TRT
• 優點：能量回收 降低噪音

優點

1． 能量回收，原本的高爐煤氣通過洗滌和除塵，再經過減壓閥組，將220KPa左右的壓力減弱到合適水平送至用戶，這個過程使高爐煤氣余壓白白消耗掉了。通過TRT機組，可以將煤氣余壓轉換成電能，然後再送至最終用戶，把原本沒有用的余壓轉換成了電能，可以獲得一定的經濟效益。

2． 更好的控制頂壓，一般來說，通過TRT機組的靜葉來調整高爐頂壓，比減壓閥組控制得更好，這樣可以帶來更穩定的高爐頂壓，而穩定的頂壓可以使高爐更加易於控制，對產量有著積極的作用(如：陝鼓的“3H技術”)。

3． 降低噪音，由於減壓閥組全部關閉，煤氣由透平通過，噪音和振動以作功的形式轉化為電能，因此可以有效的減低減壓閥組的噪音。

工藝流程

高爐產生的煤氣，經重力除塵器，進入TRT裝置。經入口電動碟閥，入口插板閥，調速閥，快切閥，經透平機膨脹作功，帶動發電機發電，自透平機出來的煤氣，進入低壓管網，與煤氣系統中減壓閥組並聯。

發電機出線斷路器，接於10KV系統母線上，經當地變電所與電網相連，當TRT運行時，發電機向電網送電，當高爐短期休風時，發電機不解列作電動運行。

組成

TRT裝置由透平主機，大型閥門系統，潤滑油系統，液壓伺服系統，給排水系統，氮氣密封系統，高/低發配電系統，自動控制系統八大系統部分組成。

高爐煤氣透平機

特點：高爐煤氣透平主機，通過的煤氣和壓力均不高，但流量頗大，雖然經多次除塵，仍含有不少爐灰粒子，並且水蒸汽呈飽和狀態。據此透平設計不能完全銜用燃氣輪機方法，而是採用大通流面積，低圓周速度，平直粗壯葉型等新設計方法而特殊設計。

結構：由定子、轉子、靜葉可調、軸承、底座等組成。

部件功能：

軸承：支撐軸承 四油葉滑動軸承 制供油潤滑 推力軸承 金斯貝雷式 強制供油潤滑

調節：二級全靜葉可調 伺服調節

密封：充氣氮氣密封 根據頂壓波動自動連續調節

清洗：低壓噴霧水 間斷或連續噴水

定子：由靜葉可調 擴壓器 盤車裝置等機構組成

轉子：由主軸 二級動葉珊 危急保全器 盤車裝置等組成

方向：從進口方向看，轉子旋轉方向為順時針

盤車：電動盤車超6r/min時自動脫開

超速保護：危急遮斷器控制，超10%轉速時自動停機

電氣系統：先迅速打開調壓閥組快開閥，同時關快速切斷閥、調速閥及靜葉。

機械系統：危急保全器油門動作，關閉快速切斷閥。

大型閥門系統

入口電動二次偏心閥 D947H-3

公稱通經 DN1800mm

公稱壓力 PN0.3MPa

介質溫度 ≦250℃

適用介質 高爐煤氣

結構原理

流程圖

結構：主要由閥門、電動機、一級電動裝置、二級傳動裝置和控制器等部分組成。

原理：本閥動作時通過控制器或點動按紐啟動發電機，驅動一、二級傳動裝置並帶動閥桿轉動，使蝶閥實現0～90℃範圍內的旋轉，從而完成閥門的起閉或在某一角度上停止，從而達到隔斷管道內介質或調節截止流量的目的，由於閥體採用了彈性閥座及偏心密封結構，使得閥門在關閉狀態越關越緊，保證了閥座雖有少量磨損而仍能可靠密封條件。

入口液壓插板閥YZG749AX—2c

公稱通徑：DN 1800mm

公稱壓力 PN 0．2MPa（G）

適用介質 高爐煤氣

介質溫度 250℃

驅動方式 全液壓

結構原理：

閥門由主閥體和左右側閥體形成骨架，在主閥體內設有閥板及閥板執行機構（包括閥板夾緊、鬆開機構和閥板運行機構）。

在主閥體頂部設有放散管及取樣管，底部設有N2管，排水管及清灰孔，左右側與左右側閥體用螺栓固定在設定位置上液壓傳動系統的組成。

由球塞馬達、彈簧返回缸、離合器用油缸、齒輪油泵、控制調節裝置、單向閥、順序閥、溢流閥。三位四通閥、油箱、冷卻器、濾油器、電加熱器、壓力表等組成。

出口電動二次偏心閥 YZG749AX—0.3

公稱通徑 DN2400mm

公稱壓力 PN0.03MPa

介質溫度 ≦250℃

適用介質 高爐煤氣

驅動方式：全液壓

閥門結構及原理同入口插板閥油站，閥門液控裝置各自自成系統，獨立操縱。

快速切斷閥KD743—2

公稱通徑 DN（mm）1800

公稱壓力 PN（bar）2

泄漏量：（Nm/h）5000

阻損：

快關時間：

適用溫度：

適用介質：含塵煙氣、空氣、煤氣。

結構及原理

結構：快速切斷閥主要由閥門、傳動裝置、液控箱、電控箱組成。閥門採用雙偏心碟閥型式，閥座堆焊有不鏽鋼。耐腐，耐磨，提高了密封付的壽命，液控箱用高壓膠管與傳動裝置連線，

控制油使油缸活塞動作達到閥門開啟和關閉，液壓元件安裝在液控箱內。

電控部分設就地手操和控制室遠控分別在兩地獨立地實現慢開、慢關、快關、遊動功能操作。

原理：採用彈簧液壓衡型、雙偏心碟閥、工作狀態液壓油壓緊彈簧，閥門打開，在TRT裝置異常時（動作信號一路來自系統控制信號，一路來自透平機危機保全器的液壓信號）電磁閥動作，快速泄油彈簧鬆開，閥門緊急關門，切斷時間0.5~1sec可調。

潤滑油系統

系統的作用

大型透平機，壓縮機都是靠軸承支撐進行旋轉工作的，要保證機的組安全可靠的運行，其重要的一個環節，就是要給個各軸承潤滑點及時提供一定量的稀油循環潤滑，以滿足機組在正常工況下及事故狀態下潤滑油供給，這種系統就是潤滑油系統。

系統的構成

系統由潤滑油站、高位油箱、油泵、閥門及檢側儀表等組成。

潤滑油站，是把一定壓力、一定流量

的潤滑油，經過油箱冷卻器散熱、濾油器過濾乾淨後的潤滑油送到軸承各潤滑油點潤滑。

高位油箱，是在停電、緊急事故狀態下、停車時，靠自然位差維持機化組惰走油流時間潤滑油的供給。

檢測儀表，分就地儀表及遠傳儀表。就地表在現場設控制盤，顯示各測點的壓力、溫度值。遠傳表，在重要的測點處安裝變送器，把測量信號值送到主控室記錄、顯示、報警連鎖滿足透平機組正常運行時的控制需要。

系統的控制原理

當機組在正常運行中，操作員只需觀控制盤上各測點的溫度、壓力顯示數值，就可掌握油系統的運行情況。

當油泵閥門元件有小故障時，或油髒慮油器壓差超限時，潤滑油供給的壓力逐漸將降低，當最遠點的壓力降低時78．4kPa時，主控室錶盤上光字牌燈亮，蜂鳴器響，不管操作員是否觀察到，此時已提醒他開始檢查並處理，同時另一台油泵自動投入供油。當短時期故障排除，輔泵可自動或手動停，若短時期故障無法排除，即系統將轉入重故障的處理方式。

當報警、輔泵投入後，操作員不能及時排除設備問題，但油壓仍降繼續下降，壓力達到49KPa時自動報警、停機,來保證機組的安全,避免重故障的發生。

當設備停電或油泵發生重故障不能供油時,機組的停機,靠高位油箱自然位差維護機組的供油,即旋轉慣性所需的油流潤滑。

電液伺服控制系統

系統的作用

電液伺服控制系統,在TRT裝置中,屬於八大系統之一的分系統。根據主控室的指令,來實現TRT的開,停,轉速控制,功率控制,爐頂壓力以及過程檢測等系統控制,要實現以上系統的功能控制,最終將要反映在控制透平機的轉速上,就要控制透平靜葉的開度,而控制靜葉開度的手段就是電液位置伺服系統。控制系統的精度,誤差,直接影響TRT系統各階段過程的控制。由此可見,該系統在TRT中的地位,作用是十分重要的。

系統的構成

系統由液控單元、伺服油缸、動力油站三大部分組成。

液控單元包括調速閥控制單元和透平靜葉控制兩單元，每一單元均由電液伺服閥、電動用電磁閥、快關用電磁閥、油路塊及底座等組成。

伺服油缸為雙活塞桿結構，摩擦力很小，密封性能好。

動力油站由油箱、變數油泵、濾油器、冷卻器、管道閥門、檢測器表等組成。

系統原理

經過方案設計,確定由機、電、液共同構成電液伺服控制系統，其控制方框見圖

油源

液壓鎖

伺服控制器

伺服閥

油缸

曲柄機構

閥板

位置感測器

由自控系統發出的指令信號，在伺服控制器中與油缸的實際位置信號相比較，成為誤差信號放大後，送入電液伺服閥，伺服閥按一定的比例將電信號轉變成液壓油流量推動油缸運動，由位置感測器發出的反饋信號不斷改變，直至與指令信號相等時，油缸停止運動，即停在指定的位置上，是透平靜葉穩定在此開度上。

油缸的直線運動，通過一套曲柄轉變成閥板的旋轉運動，改變閥板或靜葉的工作角度。

通過以上的分析說明，隨著系統信號的不斷變化，透平靜葉的開度也將不斷改變，並通過靜葉開度的變化，達到控制轉數、控制煤氣流量、控制透平出力的目的。

給排水系統

給排水系統由排水密封罐、排水器、閥門及各油站水冷卻器組成。（乾式TRT也需保留濕法的給排水系統設備）

排水密封罐和排水器均勻鋼板焊接而成，其它油、水冷卻器為外購選配。

系統原理

為了防止透平積灰、堵塞，設有軟水噴霧設施。噴水點在調速閥體前及透平主機一級靜葉前。根據透平入口煤氣含塵量的高低及透平積灰情況，可選擇連續噴水還是間斷噴水。

在緊急快切閥前及調速閥體設有定期沖洗噴嘴。

為了將透平主機前、後管道及主機內的機械水、冷凝水安全排放，設有一個排水密封罐和三級排水器（有效水封4800mmH₂O）。各不同壓力點的排水通過排水管上和節流孔板流入排水密封罐（隨排水漏泄的煤氣經密封罐頂的氣相管返回透平出口管）。然後污水經三級排水器外排。排水密封罐底部設有定期沖洗噴嘴，起攪拌、防止積灰作用，也可以通過這些噴嘴補充水量。

供水：透平噴霧水——工業新水

快切閥、調速閥、油冷卻器——高爐淨環水

氮氣密封系統

透平工作、工質為高爐煤氣、屬於可燃有毒氣體，絕對不能讓其外泄，其密封介質為氮氣。

由兩個支路組成

透平機軸端密封（低壓密封支路）

氣源氮氣壓力一般為0.3~0.4MPa,然後經氣動薄膜調節閥調節後至密封處的氮氣壓力高於被密封的煤氣壓力0.02~0.03MPa 左右,以保證煤氣不外泄。氮氣耗量以較低為宜。無備用氣源，原則上無氮氣時停機。

高壓密封支路

供緊急快切閥軸封、調速閥軸封用氮氣。

高低壓發配電系統

高爐煤氣余壓透平發電裝置，是利用高爐煤氣壓力能，通過透平膨脹作功驅動發電機的回收裝置，是高爐系統的一項附屬設備。由余壓發電的特點決定了發電機的出力不能根據負荷的需要調節，而只能根據高爐工況變化進行調節，在保證高爐爐頂壓力穩定的前提下，儘可能多發電，u出力隨著高爐爐頂壓力波動而變化。

系統的構成

同步發電機：發電機選用北京這重型發電廠無刷勵磁同步發電機。由於使用現場多灰塵，發電機採用封閉自循環同風、水冷卻通風的方案。發電機採用帶永勵磁方式，能滿足自動和手動勵磁調節及滅磁、強礪磁的要求狀態下運行5分鐘，以便卸掉負荷，並且能從發電機運行狀態過渡到電動運行狀態，同時也能滿足在運行中由同步電動機狀態恢復到發電機狀態，礪磁裝置也同樣具有自動適應的能力，而發電機在電機運行狀態下輸出的無功功率可以根據電網的需要進行調節。

高低配電系統

由4台手車式高壓櫃組成。併網設定有手動準同期併網、自動準同期併網；保護功能設定有：縱聯差動保護、過電流保護、低電壓保護、失磁、低周波、逆功率等項保護功能。

低壓電控系統

液壓油站電氣控制：

兩台油泵互為備用，當系統壓力低於11MPa時（110kgf/c㎡）備用油泵自動投入，故障排除後手動停止。油溫低於20℃，油泵不能自啟動。此時必須加溫，待溫度上升至25℃時，加熱器自動斷開，方可啟動油泵。

潤滑油站電氣控制：

加熱器控制。手動操作加溫，溫度到25℃時，自動斷開，加熱器停止工作。

兩台油泵互為備用：當潤滑油管、最遠處油壓低於約0.08MPa（0.8kgf/c㎡）時，輔助油泵自動投入，系統油壓高於約0.2MPA（2kgf/c㎡）時，手動停止。

閥門聯鎖

噴霧水電動球閥的啟閉操作可在控制室及現場兩地操作。運行方式可連續噴水或間斷噴水，通過時間繼電器，整定延時，定時對噴霧水電動球閥開啟和關閉，達到間斷噴水，當密封罐水位超限，聯鎖動作，關閉該閥門。

沖洗水電動球閥，開啟與關閉可在控制室及現場操作箱進行。同時當密封罐水位超限，聯鎖動作，關閉該閥門。

排水電動球閥，開啟與關閉可以控制及現場操作箱進行。同時於緊急快切閥啟、閉互鎖，當緊急快切閥全關時，經整定延時約120秒後，排水閥自動全開。當緊急快切閥全開時，自動系統觸點閉合，排水閥自動關閉。

泄壓旁通，啟閉可在控制室及現場兩地手動操作，同時與入口液壓插板閥互鎖。當液壓插板閥全開時，泄壓旁通閥關閉。當液壓插板閥全關時，泄壓旁通閥自動開啟。

電動盤車可在現場就地手操，啟動盤車電機。起動時，掛上盤車裝置，當超6R/MIN時，行程開關動作，自動停電機。

自動控制系統

該系統儀表，主要採用日本橫河株式會社UXL中小型集散型控制系統，美國HONEY WELLG公司TDC3000集散控制系統。

透平軸運動的測控儀表採用BENTLY公司的3300儀表。

電液伺服控制器，選用航天部609所研製的產品。

系統組成

由反饋控制系統、轉數調節系統、功率調節系統、高爐頂壓複合調節系統、超馳控制系統、電液位置伺服控制系統、氮氣密封壓差調節系統、順序邏輯控制系統等組成。

由以上系統對TRT機組進行啟動運行，過程檢測控制。在保證高爐正常生產、頂壓波動不超限的前提下，順利完成TRT裝置的啟動、升速、併網、升功率、頂壓調節、正常停機、緊急停機、電動運行、正常運行等項操作及控制。

工作原理

TRT是利用高爐煤氣所具有的壓力能、熱能，通過透平膨脹做功，驅動發電機發電，來進行能量回收的一種節能裝置。

與減壓閥組的關係

減壓閥組是高爐頂壓控制的重要手段，根據高爐爐容大小的不同，減壓閥組中閥門的口徑和數量亦有區別，但其作用是相同的。減壓閥組一般由一台自動閥、兩台或三台手動閥等組成。

TRT裝置與高爐減壓閥組在煤氣管網配置中既有串聯也有並聯的。

TRT串聯在減壓閥組之後，正常運行時，減壓閥組全開。

優點：適合泄漏量大，不易改造的減壓閥組。

缺點：整個系統的安全性較並聯來說較差。

將TRT與減壓閥組進行並聯，正常運行時，減壓閥組全關。

並聯運行對減壓閥組進行改造

為配合TRT工程，對減壓閥組進行如下改造：

設定一台自動閥，接受來自頂壓調節器的控制信號，自動調整爐頂壓力。

設定一台量程閥，根據自動閥閥位進行自動調整，保證自動閥線上性區工作。

設定兩台快開閥，一用一備，當TRT發生故障緊急停機時，該閥能夠自動開啟，保證爐頂壓力的波動範圍在允許值之內。

減壓閥組一般歸煉鐵使用，TRT一般劃歸動力廠，為簡化兩所屬單位之間的關係，可不對減壓閥組進行改造，採用透平機並聯旁通快開閥的方案。我廠TRT機組即採用此方式。

高爐爐頂壓力的控制

高爐爐頂壓力的調節系統主要由頂壓調節系統和前饋控制組成。

TRT正常運行時的頂壓調節原理： TRT對高爐頂壓的調節以TRT側的高爐頂壓設定值為目標值，採用PID調節控制TRT靜葉開度，達到控制高爐爐頂壓力穩定的目的。靜葉比高爐減壓閥組調節目標值低3kPa左右，以保證靜葉調節的優先性。TRT運行時，靜葉在自動狀態，高爐減壓閥組自動閥同樣保持自動狀態，減壓閥組各閥門全部關閉。正常運行時，機組兩旁通快開閥全部關閉，一在自動位置（調節目標值比靜葉高3kPa，以保證靜葉調節的優先性），一在手動位置，一旦靜葉調節出現問題，頂壓波動超出正常範圍，在自動位置的旁通快開閥會自動參與頂壓調節。

高爐頂壓的前饋控制：對通過TRT的高爐煤氣流量進行測量和溫壓補償校正，以此信號控制旁通快開閥的開度。在機組正常運行時，旁通快開閥全關；當機組發生重故障時，兩旁通快開閥快速打開相應開度（本機組兩旁通快開閥無論在手動位置還是在自動位置，有重故障時均能快速打開），在靜葉及快切閥快速關閉對高爐產生作用之前，快速打開，使高爐煤氣形成暢通，消除這一不安全因素。

重故障跳機後對頂壓的控制：當TRT機組發生重故障時，由兩旁通快開閥進行頂壓控制。兩旁通快開閥同時打開同樣開度，兩閥門同步對頂壓進行自動調節。在高爐接到TRT跳機信號後，TRT運行人員可將旁通快開閥轉為手動，並逐步關閉旁通快開閥，將頂壓控制全部交給高爐控制室。

按除塵工藝情況分類

根據除塵工藝的不同，有濕式除塵和乾式除塵，TRT也分為兩類：濕式TRT和乾式TRT。