高炉TRT发电.docx

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高炉TRT发电

一、概述

所谓“TRT”，是国际上对这种节能装置的简称，其英文全称为“ToppressureRecoveryTurbineunit”，中文译为炉顶（余）压回收透平，一般更确切的称之为高炉煤气余压回收透平发电机组。

TRT是利用高炉炉顶煤气中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电，再通过发电机将机械能变成电能输送给电网，可以回收高炉鼓风能量的30%左右。

TRT装置所发出的电量与高炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为30千瓦时～40千瓦时。

高炉煤气采用干法除尘可以使发电量提高36%，且温度每升高10℃，会使透平机出力提高10%，进而使TRT装置最高发电量可达54千瓦时/吨铁。

该装置的特点是：

不消耗任何燃料，是消除噪音污染，无公害的最经济的发电设备，可以代替减压阀组调节稳定炉顶压力。

二、TRT的基本知识

1、透平：

透平是英文“Turbine”的音译，所谓透平机械（即涡轮机械）泛指具有叶片或叶轮的动力机械。

2、能量回收透平：

能量回收透平装置是利用各种工艺气体所具有的压力能、热能，通过一台透平膨胀机膨胀作功，来进行能量回收的一种节能装置。

3、透平的分类：

透平机械主要分两大类，一类是作为原动机向外界输出功的透平机械，如汽轮机、燃气轮机、水轮机、TRT等；另一类是作为反原动机需要由外界输入功的透平机械，如透平压缩机、透平式泵等。

另外按气体在透平中的流动方向可分为：

径流式透平、轴流式透平及混流式透平；按气动原理可分为反动式和冲动式。

三、TRT的基本结构和工作原理

就透平主机而言，典型的TRT主机主要由以下部件构成：

1、定子：

定子主要包括机壳、静叶及静叶可调机构、盘车装置等，机壳是透平机最重要的承压部件，采用水平剖分式，中分面经过精密加工，以防泄漏，静叶可调机构包括伺服油缸、调节缸、导向环、滑块、曲柄、静叶轴承、叶片承缸等部件，电动盘车装置为手动啮合，当主轴超过一定转速时自动脱开。

2、转子：

转子由各级动叶、隔叶块、主轴组成，叶片沿圆周方向装入主轴的叶根槽内，两个叶片之间用隔叶块定位。

3、轴承：

采用压力油润滑的滑动轴承。

支撑轴承为四油叶轴承，推力轴承为金斯贝雷式轴承。

4、轴端密封：

采用充氮气的拉别令密封。

5、主油泵：

透平轴端设有主油泵，正常运转时供轴承润滑用油。

6、喷水装置：

在透平的进气端导流器处，装有一定数量的水喷嘴，可以连续或间断喷水，冲洗流道，防止积灰。

7、底座：

底座采用焊接结构，设有滑动键和固定键，既要保证机体自由热膨胀又要使转子和定子间各项间隙保持在允许范围内。

8、透平机还设有超速遮断保护机构（超过额定转速的10%）及轴振动、轴位移、转速等监测保护装置。

TRT的工作原理说起来比较简单，在减压阀组前把高压的高炉煤气引出，经过TRT入口的大型阀门进入透平入口，通过导流器使气体转成轴向进入静叶，气体在静叶和动叶组成的流道中不断膨胀作功，压力和温度逐级降低，并转化为动能作用于转子使之旋转，转子通过联轴器带动发电机一起转动而发电。

作功后的气体经过扩压器进行扩压，以提高其背压达到一定值，然后经排气涡壳流出透平，经过填料脱水器后进入煤气管网。

TRT与汽轮机和燃气轮机相比有以下特点：

1、系统的构成和作用不一样，TRT主要用来节能。

2、温度低、压力低、膨胀比小，而流量很大。

3、介质复杂：

存在气---固、气---液、气---固---液的二相或三相形式，而且还会产生相变（有凝结水析出）。

4、运行情况受高炉影响，煤气流量波动大，变化频率高。

5、由于高炉煤气中有灰尘，叶片易磨损，并容易积灰和堵塞。

6、气体中含腐蚀性的氯和二氧化硫等物质，溶于水后形成酸对叶片造成腐蚀。

7、TRT作为高炉的附属设备，对高炉的生产有着重要的作用，因此TRT的运行必须以保证高炉正常运行为前提，不允许对炉况产生不良影响。

8、高炉煤气是有毒气体，所以TRT及系统的安全性十分重要，要求所有设备必须安全可靠。

四、TRT装置的工艺流程和系统组成

TRT装置在工艺中的设置一般是：

高炉产生的煤气经过重力除尘器、塔文系统/双文系统/比肖夫系统，进入TRT装置，TRT与减压阀组是并联设置。

高压的高炉煤气经过TRT的入口蝶阀、入口插板阀、（调速阀）、快切阀，进入透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平出来的低压煤气，进入低压煤气系统。

发电机的出线断路器接在10kv系统母线上，经变电所与电网相连，当TRT运行，高炉正常时，发电机向电网送电，当高炉短期休风时，TRT不解列停机，作电动运行，从电网吸收电能。

在入口插板阀之后、出口插板阀之前，与TRT并联的地方，有一旁通管及快开慢关旁通阀（简称旁通快开阀），作为TRT紧急停机时TRT与减压阀之间的平稳过渡之用，以确保高炉炉顶压力不产生大的波动，从TRT和减压阀组出来的低压煤气再送到高炉煤气柜和用户。

实际应用中的TRT一般由八大系统组成。

1、透平主机：

透平主机是TRT的主要部分，由它来完成压力能向动能的转化，同时通过静叶的调节功能来保证高炉炉顶压力的稳定，其结构已在前面介绍过，不再赘述。

2、大型阀门系统：

TRT系统的大型阀门主要有入口蝶阀、入口插板阀、调速阀、快切阀、旁通快开阀、出口蝶阀和出口插板阀。

其中插板阀用于对煤气的完全切断，给机组创造检修和安全条件；入口蝶阀可以适当的调节进入TRT的煤气量，同时可以作为敞开式插板阀开关时的辅助阀门；出口蝶阀一般在出口插板阀为敞开式时才配置；调速阀用于机组启动过程中的转速调节和机组并网后的功率调节；快切阀能够在机组出现重故障时，在0.5-1秒时间快速关闭，切断TRT的煤气来源，保证机组安全停机；旁通快开阀的作用是当TRT机组重故障停机快切阀快速关闭时，能够快速打开到一定角度，使高炉煤气有出路，保证高炉炉顶压力不产生大的波动，并且可以作为TRT与减压阀组顶压调节转换时的过渡手段，具有一定的顶压调节功能。

3、润滑油系统：

大型透平机械都是靠轴承支撑来进行旋转工作的，要保证机组安全可靠的运行，其重要的一个环节，就是要给各轴承润滑点及时提供一定的稀油循环润滑，以满足机组在正常工况下及事故状态下的润滑油供给，这个系统就是润滑油系统。

该系统主要包括润滑油站、滤油器、冷油器、高位油箱、油泵、阀门和检测仪表等，油泵和油站能够提供一定压力、一定流量、温度正常、清洁的润滑油，高位油箱是在停电等紧急事故状态下，靠自然位差维持机组停机惰走时的润滑油供给。

4、电液伺服控制系统：

该系统主要由液控单元、伺服油缸、动力油站三部分组成。

液控单元包括调速阀控制单元、静叶控制单元、快开阀控制单元；伺服油缸为双活塞杆结构；动力油站由油箱、恒压变量油泵、滤油器、冷油器、阀门和检测仪表等组成。

这一系统控制着调速阀、静叶和旁通快开阀的开关和调节性能，直接影响机组的转速稳定、机组正常运行和停机时的顶压稳定，因此也非常重要。

5、给排水系统：

其给水部分主要有两个：

一是静叶喷雾水管线，采用工业新水，在TRT运转时对机组的叶片进行冲洗，防止积灰，是保证TRT长期运行的重要手段；二是快切阀、调速阀冲洗水管线，在TRT停机后及启动前对阀门进行冲洗，防止阀门由于积灰造成卡塞。

机组和管道中的机械水和冷凝水通过排水管线排出，由于TRT入口前是高压煤气，因此采用排水密封罐取代普通水槽进行排水。

6、氮气密封系统：

TRT的工质是高炉煤气，属于可燃有毒气体，故决不能让其外泄，因此采用惰性、无毒的氮气作为密封介质，配合机械的拉别令密封来保证煤气不从旋转的轴端外泄，并且该系统具有差压调节功能，保证氮气压力高于被封煤气压力0.02-0.03MPa。

7、高低压发配电系统：

该系统主要包括同步发电机、高压配电系统、低压电控系统。

由于TRT是在煤气区域运行，因此同步发电机采用无刷励磁；高压配电系统设置有手动准同期并网装置、自动准同期并网装置，以及差动、复合电压闭锁过流、失磁等保护；低压电控系统包括备用油泵的自启动、加热器温度连锁、阀门连锁控制等设施。

8、自动控制系统：

自动控制系统由检测仪表、操作站等组成，主要包括反馈控制系统、转速调节系统、功率调节系统、高炉顶压复合调节系统、电液位置伺服控制系统、氮气密封差压调节系统、顺序逻辑控制系统等。

由这些系统对TRT机组进行启动、运行、过程检测控制，在保证高炉正常生产、顶压波动不超限的前提下，完成TRT的启动、升速、并网、升功率、顶压调节、正常停机、紧急停机、电动运行等操作。

五、TRT的运行操作过程及注意事项

1、TRT启动：

1）TRT启动前，先将润滑油系统、电液伺服控制系统、给排水系统、氮气密封系统、高低压配电系统等附属设施投入运行，机组盘车运转，并做各项连锁实验，并逐步打开出、入口插板阀和快切阀，引入低压煤气，确认关闭静叶、入口蝶阀和旁通快开阀，此时TRT控制室会向高炉控制室发出申请启动信号，如果炉况允许高炉控制室要发出同意启动信号，否则TRT无法进行实验和启动操作。

2）准备工作完成后，TRT将打开入口蝶阀，引入高压煤气，这时TRT才与高炉系统连在一起，然后通过微机操作进行TRT自动升速，机组转速由盘车转速（6-20转/分）升至工作转速（3000转/分），由于程序和设备不同，每台TRT的升速曲线和时间都不尽相同。

在升速过程中，最重要的是跨越临界转速，TRT的临界转速一般在1600转/分—2000转/分之间，跨越前TRT控制室会通知高炉控制室，高炉控制室只要注意监视炉顶压力和减压阀组就可以，尽量不要操作减压阀组，因为TRT在跨越临界转速时，静叶角度瞬间开大，会造成顶压有所下降，但越过临界转速以后，静叶又会马上关小，如果在此期间关小减压阀组的话，会造成炉顶压力大幅升高，有时还会造成TRT超速停机。

但煤气清洗如果是比肖夫系统，并且高炉顶压控制在环缝时，这一点不用注意，因为环缝与TRT是串联调节。

3）TRT机组转速稳定在3000转/分后，机组进行并网操作，机组并网后，转速由电网频率决定，不再对转速进行调节。

然后TRT会逐步手动开大静叶，并投入炉顶压力自动调节（比肖夫系统配置的TRT要先将环缝调节顶压打到手动后，TRT静叶才能投入自动调节顶压，两者同时在自动状态调节顶压会造成顶压波动，TRT投自动调节顶压后，高炉控制室将环缝逐渐手动开大，使环缝差压在30KPa），由于TRT的炉顶压力设定值比高炉控制室的设定值低3KPa，减压阀组的自动阀会逐渐关小，此时高炉控制室要根据炉顶压力逐渐关小减压阀组的手动阀至全关，切记：

不要将减压阀组的自动阀打成手动，因为在TRT调节炉顶压力不好时，自动阀可以作为补充调节，使炉顶压力不会过高，特别是在TRT紧急停机时，自动阀可以自动打开，保证高炉正常生产。

2、TRT运行：

TRT正常运行时，静叶和减压阀组的自动阀同时调节炉顶压力，TRT向电网输送电能。

一般TRT静叶调节顶压的精度比减压阀组的要高，如果在3KPa以内，自动阀就不会打开，当TRT调节顶压波动太大、影响高炉生产时，可以将静叶打成手动，并适当关小，使减压阀组的自动阀有一定开度，具备调节顶压的能力，由减压阀组来调节顶压，比肖夫系统也可用环缝调节顶压。

在TRT运行期间，如果高炉控制室的仪表系统出现故障，炉顶压力反馈值不准或失灵时，要立即通知TRT控制室将静叶打到手动状态，因为TRT进行顶压调节的反馈信号是取自高炉控制室，并根据该信号进行调节，一旦信号失灵，将造成顶压剧烈变化，影响高炉的安全生产。

高炉减风或短时间休风时TRT可以做电动运行，不用停机，对高炉也没有任何影响，此时高炉控制室需要将减压阀组尽量全开，因为电动运行时的电能转化成了热能，使TRT及附近管道中的煤气温度升高，需要煤气的流通将其及时带走，另外，高炉长时间休风、处理煤气前，也不用急于让TRT停机，因为TRT运转对休风和处理煤气前的准备没有影响，完全可以多回收这一时段的电能。

3、TRT停机：

停机分正常停机和紧急停机，TRT正常停机前会通知高炉控制室根据顶压逐渐开大减压阀组，同时TRT控制室将静叶打到手动，并逐渐关小，将煤气流的大部分逐渐转移到减压阀组，见减压阀组调节顶压正常后，TRT按紧急停机按钮停机，TRT的快切阀快关，旁通快开阀快速打开到一定角度，顶压稳定后，TRT将逐渐关小旁通快开阀至全关，高炉控制室需要根据顶压情况适当开大减压阀组，防止顶压升高，旁通快开阀全关以后，TRT将关闭入口蝶阀，切断高压煤气，这也标志着TRT与高炉系统断开连接。

紧急停机是TRT在事故状态下的停机，与正常停机过程基本一致，只不过是少了减压阀组逐渐开大、静叶逐渐关小的过程，高炉控制室在接到TRT的通知或在控制画面上看到TRT紧急停机时，要迅速打开减压阀组的手动阀，让减压阀组来调节炉顶压力。

六、提高TRT系统发电量的途径

一是积极采用高炉煤气干法除尘技术装备。

二是提高高炉炉顶煤气压力，减少煤气从炉顶到透平机的压力损失。

提高炉炉顶煤气压力还可以带来产量的提高、高炉运作稳定、可以冶炼低硅铁等方面的好处。

三是保持高炉煤气稳定地以最大发生量供给透平机，这就要求高炉生产要稳定地处于高水平状态。

这样就可以关闭煤气系统的高压阀组，使高炉煤气全量通过TRT透平机。

四是适当提高TRT煤气入口温度。

高炉正常生产状态下炉顶温度应小于250℃，在超过350℃时就要采取打水降温措施。

在煤气压力不变的条件下，煤气温度高，煤气压透平机内体积膨胀大，就会使发电量提高。

优化处理好高炉炉顶煤气温度和TRT发电能力，寻找好运作的最佳点是提高发电量的有效方式。

五是调整好TRT入口的静叶角度。

在煤气管网中设置能进行煤气压力调节的设备，通过调整静叶片的角度，来控制煤气的压力和输出功率，可以使高炉炉顶压力波动小，同时TRT的输出功率也可以处于稳定状态，这可以用小型计算机来进行控制。

六是提高TRT设备运行率。

首先，要提高TRT设备的开工率，延长TRT稳定运行的时间，并力争在高水平状态下工作，同时加强对TRT设备的维修、保养、合理运作，及时排除各种设备故障；其次，要提高TRT运作人员的技术水平，维修水平等。

七是合理优化TRT工艺技术参数。

优选TRT工作性能曲线，使TRT功能与高炉正常生产进行优化匹配，同时又能应对高炉运作变化。

一般TRT透平机出力与高炉有效容积比为4.0～4.3。

七、TRT主要控制系统的工作原理

　　TRT过程检测和控制系统的设计原则金属加工网，首先是要确保证高炉顶压稳定，在保证高炉正常生产的前提下，最大限度地回收高炉煤气压力的潜在能量，同时具有适应高炉异常时控制炉顶压力的能力。

TRT主要检测和控制项目有:

　　阀位开度调节及控制

　　阀位开度控制是将调速阀或可调静叶按一定速率逐渐开启或关闭，使系统平稳过渡塑料工业网，防止炉顶压力过大的波动，并将开度停留在事先设定的任一位置上，以限制流过透平的煤气量，进而控制发电机的转速和输出功率。

也可防止调速阀或可调静叶开过头或关过头，起到阀位开度控制限幅及抗积分饱和作用。

另外还有一个更重要的作用是从高炉拉煤气的作用。

调速阀开度范围为全关0°~90°全开，可调静叶的开度范围为全关－24°~＋16°全开。

可调静叶在事故状态下还能实现快速关闭。

　　转速调节及控制

　　转速关系到发电机与电网的同步和安全运行，也关系到其它辅机的启停。

当转速过高或发电机周波过高和过低时都要跳闸而紧急停机。

负荷调节及控制

　　负荷控制功能是防止电网发生故障，使发电机超负荷，使透平发电机输出功率在设计范围内波动SooQ，通过专用调节器进行控制，用最大负荷设定限定负荷。

此外，还设置了3%的初期负荷设定值。

　　炉顶压力调节及控制

　　本系统不改动原有炉顶压力~~减压阀组控制回路,只在原系统上并一个炉顶压力调节器来控制TRT系统中的调速阀或可调静叶，利用调速阀或可调静叶实现自动控制炉顶压力nc.moc.enilnosmm.www，在不改变高炉操作的情况下，实现由TRT控制炉顶压力。

　　TRT与减压阀组并列运行时，送入TRT炉顶压力调节器的炉顶压力测量值与高炉原有炉顶压力~~减压阀组控制回路的测量值是同一信号；同时将高炉原有炉顶压力~~减压阀组控制回路的设定值送入TRT炉顶压力调节器，经过炉顶压力设定值偏差（减去或加上一个固定差值）运算后，使其略低于或高于高炉原有炉顶压力~~减压阀组控制回路的设定值金属加工网，然后作为TRT炉顶压力调节器的设定值。

这样就能使TRT炉顶压力调节器自动跟踪高炉的设定值，同时也决定了高炉顶压的设定权仍在高炉，高炉操作工只需同以往一样操作即可。

高炉炉顶压力可由TRT控制，也可由减压阀组控制，有时是两者同时进行炉顶压力的控制将上述四个调节信号通过一低值选择器选出其低能级的信号输入伺服放大器，伺服放大器通过控制电－液转换器，再通过液压驱动机构控制调速阀或可调静叶的开度。

　　上述系统是TRT的核心部分，它是根据TRT的运行特点而设计的专用调节器系统，它的功能都是通过软件来实现的。

系统编程时为专用调节器系统中调速阀和可调静叶的分程控制共制定了五种控制方案www.SOOQ.cn，具体如下：

　　1）调速阀单控：

将可调静叶锁定在全开位置，采用调速阀对TRT进行全程控制；

　　2）可调静叶单控：

将调速阀锁定在全开位置，采用可调静叶对TRT进行全程控制；

　　3）调速阀和可调静叶分程控制：

调速阀和可调静叶的关系是通过软件运算进行分程控制的，即将可调静叶锁定在某一开度位置，用调速阀对TRT进行启动、升速和并网控制，待并网后塑料工业网，调速阀再慢慢全开，并自动切换到控制可调静叶开度。

在此之前，可调静叶停留在开度设定器设定值的位置上。

可以改变调速阀的特性曲线，提高调速阀的灵敏度，实现对透平转速的精确控制。

　　4）调速阀和可调静叶分程控制：

调速阀和可调静叶的关系是通过软件运算进行分程控制的，即将调速阀锁定在某一开度位置搜企网，用可调静叶对TRT进行启动、升速和并网控制，待并网后，调速阀再慢慢全开，并自动切换到可调静叶控制。

在此之前，调速阀停留在开度设定器设定值的位置上。

　　5）调速阀由增加的可调静叶前压控制系统控制，可调静叶由专用调节系统控制：

利用可调静叶前压检测与调速阀组成可调静叶前压控制系统，在TRT并网前，调速阀由前压控制系统进行控制，开度控制范围0-100%，前压控制系统将可调静叶前压稳定在某一压力值，进行恒压控制，并网后前压设定值按一定的速率升高，调速阀继续开大直到全开，前压控制系统完成任务，输出恒定在98%的位置上使调速阀稳定。

可调静叶由专用调节系统控制，开度控制范围0-100%。

此方案用前压调节系统控制调速阀造车网，用专用调节系统控制可调静叶，调速阀和可调静叶各控各的，参数稳定好调；可以有效避免TRT并网前，可调静叶前压受高炉加料的影响，影响升速和并网。

另外通过调速阀和可调静叶的配合还可以提高可调静叶的灵敏度，可以实现并网前对透平转速的精确控制。

方案五实施较为简单塑料工业网，控制的平稳性和控制的精确性高。

TRT自动起动和正常停机均由计算机自动给定设定值，并按一定的速率升降，还可通过人工干预实现跳步或保持自动运行的阶段；紧急停机时不管专用调节器处于什么控制方式，都将阀位开度控制、转速控制、负荷控制调节器的设定值自动给到最小鬼知道，并将控制方式都打到手动；炉顶压力控制调节器的设定值等于原炉顶压力调节器的设定值；同时专用调节器的输出也都将自动给到最小，以便使调速阀和可调静叶阀位能迅速关闭。

　　前馈控制系统

　　在不改造减压阀组的条件下，在本系统内增加旁通快开阀，通过前馈控制系统实现紧急情况下TRT与高炉控制系统的平稳过渡。

八、TRT的运转控制

TRT的运行工况有：

起动、正常运行、电动运行、正常停机、紧急停机；在能量回收方式上分为：

部分回收方式、平均回收方式和全部回收方式；在操作方式上分为：

手动、自动（半自动）和全自动。

　　TRT准备启动时，先开启润滑油系统和液压系统，然后开启出口插板阀、入口插板阀和紧急切断阀，即将各项起动前的准备工作均作好之后，具体启动可以划分为以下几个阶段：

　　1）先将系统复位，按全自动操作方式将阀位开度控制、转速控制、负荷控制、炉顶压力控制调节器都打到远程控制方式工业自动化网，阀位开度控制、转速控制、负荷控制调节器的设定值都将由计算机自动设定到初始位置值零位，炉顶压力控制调节器的设定值减去一个偏差值；开度控制、转速控制、负荷控制、炉顶压力控制调节器打到自动位置，并使负荷控制调节器和炉顶压力调节器的输出跟踪低选输出。

功率调节器的输出和炉顶压力调节器的输出在启动过程中需要加以限定，因为其输出是不确定的，低选后会影响转速和阀位控制。

　　2）检查系统正常后，按启动按钮开始起动透平SooQ，计算机自动设定阀位开度控制调节器设定值，使设定值按一定的速率上升，调速阀或可调静叶随之开启，透平转速亦随之上升。

阀位调节器的设定值开始增加。

　　3）0~600转阀位控制转转速控制阶段；初始升速采用阀位控制，当转速测量值收到后，转速控制投入并起作用，计算机将阀位开度控制调节器设定值和转速控制调节器设定值逐渐给大；在600转以前快速动作使透平尽快达到600转，减少TRT在低转速工况下的磨损。

　　阀位调节器的输出始终稍高于转速调节器的输出，起到限幅保护作用，避免转速波动过大使炉顶压力波动过大。

另外，在手动操作时也可以起到限幅保护，起到防止误操作的作用。

此时转速调节器不再跟踪（阀位调节器的输出）低选运算后的输出值。

从而实现阀位开度控制与转速控制的无扰动平稳切换。

　4）600～1200转/分稳步升速观察阶段；在此升转速阶段，透平轴承的磨损比低档时要小得多。

转速控制到1200转时保持一段时间，观察系统设备运行状况；

　　5）1200～2850转/分快速升速冲过共振区（1400附近）阶段；在接近透平共振区时，计算机使转速设定值的上升速率加快，以便使透平快速通过共振区。

　　6）2850～2940转/分缓慢升速自动倒泵及升电压阶段；为缓解1200～2850

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