1、高爐煤氣余壓發電裝置（TRT）介紹陳振強2005年3月一、概述所謂“TRT”，是國際上對這種節能裝置的簡稱，其英文全稱為“Top pressure Recovery Turbine unit”，中文譯為爐頂（余）壓回收透平，一般更確切的稱之為高爐煤氣余壓回收透平發電機組。高爐是鋼鐵企業的重要設備，其主要作用是冶煉生鐵。爐內有鐵礦石、焦碳和附加物組成的煉鐵爐料，當高溫空氣被鼓風機鼓入高爐后，經過一系列化學反應，熔化的鐵水從高爐底部排出，其頂部則輸送出大量的高爐煤氣，經過重力除塵、旋風除塵及干式（或濕式）煤氣清洗工藝得到較干凈的高爐煤氣，再經過減壓閥組或TRT進入低壓煤氣管網供用戶使用。隨著高爐越

2、來越趨向于大型化和高壓爐頂，高爐所需能耗也越來越大，另外又由于原來爐頂壓力是由減壓閥組控制的，故頂壓越高，在減壓閥組上浪費的能量也就越多，產生的噪音也越大，對環境的污染程度越大。TRT是用透平膨脹機將原來白白損耗在減壓閥組上的高爐煤氣的壓力能轉換成機械能，再通過發電機將機械能變成電能輸送給電網，據統計TRT回收的能量相當于高爐鼓風能耗的三分之一左右。該裝置的特點是：不消耗任何燃料，是消除噪音污染，無公害的最經濟的發電設備，可以代替減壓閥組調節穩定爐頂壓力。由此可見，TRT既具有顯著的經濟效益，又具有明顯的環保、社會效益，因此被各鋼鐵企業作為重大節能技術推廣應用。二、TRT的基本知識1、透平：透

3、平是英文“Turbine”的音譯，所謂透平機械（即渦輪機械）泛指具有葉片或葉輪的動力機械。2、能量回收透平：能量回收透平裝置是利用各種工藝氣體所具有的壓力能、熱能，通過一臺透平膨脹機膨脹作功，來進行能量回收的一種節能裝置。3、透平的分類：透平機械主要分兩大類，一類是作為原動機向外界輸出功的透平機械，如汽輪機、燃氣輪機、水輪機、TRT等；另一類是作為反原動機需要由外界輸入功的透平機械，如透平壓縮機、透平式泵等。另外按氣體在透平中的流動方向可分為：徑流式透平、軸流式透平及混流式透平；按氣動原理可分為反動式和沖動式。三、TRT的基本結構和工作原理就透平主機而言，典型的TRT主機主要由以下部件構成：1

4、、定子：定子主要包括機殼、靜葉及靜葉可調機構、盤車裝置等，機殼是透平機最重要的承壓部件，采用水平剖分式，中分面經過精密加工，以防泄漏，靜葉可調機構包括伺服油缸、調節缸、導向環、滑塊、曲柄、靜葉軸承、葉片承缸等部件，電動盤車裝置為手動嚙合，當主軸超過一定轉速時自動脫開。2、轉子：轉子由各級動葉、隔葉塊、主軸組成，葉片沿圓周方向裝入主軸的葉根槽內，兩個葉片之間用隔葉塊定位。3、軸承：采用壓力油潤滑的滑動軸承。支撐軸承為四油葉軸承，推力軸承為金斯貝雷式軸承。4、軸端密封：采用充氮氣的拉別令密封。5、主油泵：透平軸端設有主油泵，正常運轉時供軸承潤滑用油。6、噴水裝置：在透平的進氣端導流器處，裝有一定數

5、量的水噴嘴，可以連續或間斷噴水，沖洗流道，防止積灰。7、底座：底座采用焊接結構，設有滑動鍵和固定鍵，既要保證機體自由熱膨脹又要使轉子和定子間各項間隙保持在允許范圍內。8、透平機還設有超速遮斷保護機構（超過額定轉速的10%）及軸振動、軸位移、轉速等監測保護裝置。TRT的工作原理說起來比較簡單，在減壓閥組前把高壓的高爐煤氣引出，經過TRT入口的大型閥門進入透平入口，通過導流器使氣體轉成軸向進入靜葉，氣體在靜葉和動葉組成的流道中不斷膨脹作功，壓力和溫度逐級降低，并轉化為動能作用于轉子使之旋轉，轉子 通過聯軸器帶動發電機一起轉動而發電。作功后的氣體經過擴壓器進行擴壓，以提高其背壓達到一定值，然后經排氣

6、渦殼流出透平，經過填料脫水器后進入煤氣管網。TRT與汽輪機和燃氣輪機相比有以下特點：1、系統的構成和作用不一樣，TRT主要用來節能。2、溫度低、壓力低、膨脹比小，而流量很大。3、介質復雜：存在氣-固、氣-液、氣-固-液的二相或三相形式，而且還會產生相變（有凝結水析出）。4、運行情況受高爐影響，煤氣流量波動大，變化頻率高。5、由于高爐煤氣中有灰塵，葉片易磨損，并容易積灰和堵塞。6、氣體中含腐蝕性的氯和二氧化硫等物質，溶于水后形成酸對葉片造成腐蝕。7、TRT作為高爐的附屬設備，對高爐的生產有著重要的作用，因此TRT的運行必須以保證高爐正常運行為前提，不允許對爐況產生不良影響。8、高爐煤氣是有毒氣體

7、，所以TRT及系統的安全性十分重要，要求所有設備必須安全可靠。四、TRT裝置的工藝流程和系統組成TRT裝置在工藝中的設置一般是：高爐產生的煤氣經過重力除塵器、塔文系統/雙文系統/比肖夫系統，進入TRT裝置，TRT與減壓閥組是并聯設置。高壓的高爐煤氣經過TRT的入口蝶閥、入口插板閥、（調速閥）、快切閥，進入透平機膨脹作功，帶動發電機發電，自透平出來的低壓煤氣，進入低壓煤氣系統。發電機的出線斷路器接在10kv系統母線上，經變電所與電網相連，當TRT運行，高爐正常時，發電機向電網送電，當高爐短期休風時，TRT不解列停機，作電動運行，從電網吸收電能。實際應用中的TRT一般由八大系統組成。1、透平主機：

8、透平主機是TRT的主要部分，由它來完成壓力能向動能的轉化，同時通過靜葉的調節功能來保證高爐爐頂壓力的穩定，其結構已在前面介紹過，不再贅述。2、大型閥門系統：TRT系統的大型閥門主要有入口蝶閥、入口插板閥、調速閥、快切閥、旁通快開閥、出口蝶閥和出口插板閥。其中插板閥用于對煤氣的完全切斷，給機組創造檢修和安全條件；入口蝶閥可以適當的調節進入TRT的煤氣量，同時可以作為敞開式插板閥開關時的輔助閥門；出口蝶閥一般在出口插板閥為敞開式時才配置；調速閥用于機組啟動過程中的轉速調節和機組并網后的功率調節；快切閥能夠在機組出現重故障時，在0.5-1秒時間快速關閉，切斷TRT的煤氣來源，保證機組安全停機；旁通快

9、開閥的作用是當TRT機組重故障停機快切閥快速關閉時，能夠快速打開到一定角度，使高爐煤氣有出路，保證高爐爐頂壓力不產生大的波動，并且可以作為TRT與減壓閥組頂壓調節轉換時的過渡手段，具有一定的頂壓調節功能。3、潤滑油系統：大型透平機械都是靠軸承支撐來進行旋轉工作的，要保證機組安全可靠的運行，其重要的一個環節，就是要給各軸承潤滑點及時提供一定的稀油循環潤滑，以滿足機組在正常工況下及事故狀態下的潤滑油供給，這個系統就是潤滑油系統。該系統主要包括潤滑油站、濾油器、冷油器、高位油箱、油泵、閥門和檢測儀表等，油泵和油站能夠提供一定壓力、一定流量、溫度正常、清潔的潤滑油，高位油箱是在停電等緊急事故狀態下，靠

10、自然位差維持機組停機惰走時的潤滑油供給。4、電液伺服控制系統：該系統主要由液控單元、伺服油缸、動力油站三部分組成。液控單元包括調速閥控制單元、靜葉控制單元、快開閥控制單元；伺服油缸為雙活塞桿結構；動力油站由油箱、恒壓變量油泵、濾油器、冷油器、閥門和檢測儀表等組成。這一系統控制著調速閥、靜葉和旁通快開閥的開關和調節性能，直接影響機組的轉速穩定、機組正常運行和停機時的頂壓穩定，因此也非常重要。5、給排水系統：其給水部分主要有兩個：一是靜葉噴霧水管線，采用工業新水，在TRT運轉時對機組的葉片進行沖洗，防止積灰，是保證TRT長期運行的重要手段；二是快切閥、調速閥沖洗水管線，在TRT停機后及啟動前對閥門

11、進行沖洗，防止閥門由于積灰造成卡塞。機組和管道中的機械水和冷凝水通過排水管線排出，由于TRT入口前是高壓煤氣，因此采用排水密封罐取代普通水槽進行排水。6、氮氣密封系統：TRT的工質是高爐煤氣，屬于可燃有毒氣體，故決不能讓其外泄，因此采用惰性、無毒的氮氣作為密封介質，配合機械的拉別令密封來保證煤氣不從旋轉的軸端外泄，并且該系統具有差壓調節功能，保證氮氣壓力高于被封煤氣壓力0.02-0.03MPa。7、高低壓發配電系統：該系統主要包括同步發電機、高壓配電系統、低壓電控系統。由于TRT是在煤氣區域運行，因此同步發電機采用無刷勵磁；高壓配電系統設置有手動準同期并網裝置、自動準同期并網裝置，以及差動、復

12、合電壓閉鎖過流、失磁等保護；低壓電控系統包括備用油泵的自啟動、加熱器溫度連鎖、閥門連鎖控制等設施。8、自動控制系統：自動控制系統由檢測儀表、操作站等組成，主要包括反饋控制系統、轉速調節系統、功率調節系統、高爐頂壓復合調節系統、電液位置伺服控制系統、氮氣密封差壓調節系統、順序邏輯控制系統等。由這些系統對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，完成TRT的啟動、升速、并網、升功率、頂壓調節、正常停機、緊急停機、電動運行等操作。五、TRT的運行操作過程及注意事項1、TRT啟動：1）TRT啟動前，先將潤滑油系統、電液伺服控制系統、給排水系統、氮氣密封系統、高

13、低壓配電系統等附屬設施投入運行，機組盤車運轉，并做各項連鎖實驗，并逐步打開出、入口插板閥和快切閥，引入低壓煤氣，確認關閉靜葉、入口蝶閥和旁通快開閥，此時TRT控制室會向高爐控制室發出申請啟動信號，如果爐況允許高爐控制室要發出同意啟動信號，否則TRT無法進行實驗和啟動操作。2）準備工作完成后，TRT將打開入口蝶閥，引入高壓煤氣，這時TRT才與高爐系統連在一起，然后通過微機操作進行TRT自動升速，機組轉速由盤車轉速（6-20轉/分）升至工作轉速（3000轉/分），由于程序和設備不同，每臺TRT的升速曲線和時間都不盡相同。在升速過程中，最重要的是跨越臨界轉速，TRT的臨界轉速一般在1600轉/分20

14、00轉/分之間，跨越前TRT控制室會通知高爐控制室，高爐控制室只要注意監視爐頂壓力和減壓閥組就可以，盡量不要操作減壓閥組，因為TRT在跨越臨界轉速時，靜葉角度瞬間開大，會造成頂壓有所下降，但越過臨界轉速以后，靜葉又會馬上關小，如果在此期間關小減壓閥組的話，會造成爐頂壓力大幅升高，有時還會造成TRT超速停機。但煤氣清洗如果是比肖夫系統，并且高爐頂壓控制在環縫時，這一點不用注意，因為環縫與TRT是串聯調節。3）TRT機組轉速穩定在3000轉/分后，機組進行并網操作，機組并網后，轉速由電網頻率決定，不再對轉速進行調節。然后TRT會逐步手動開大靜葉，并投入爐頂壓力自動調節（比肖夫系統配置的TRT要先將

15、環縫調節頂壓打到手動后，TRT靜葉才能投入自動調節頂壓，兩者同時在自動狀態調節頂壓會造成頂壓波動，TRT投自動調節頂壓后，高爐控制室將環縫逐漸手動開大，使環縫差壓在30 KPa），由于TRT的爐頂壓力設定值比高爐控制室的設定值低3KPa，減壓閥組的自動閥會逐漸關小，此時高爐控制室要根據爐頂壓力逐漸關小減壓閥組的手動閥至全關，切記：不要將減壓閥組的自動閥打成手動，因為在TRT調節爐頂壓力不好時，自動閥可以作為補充調節，使爐頂壓力不會過高，特別是在TRT緊急停機時，自動閥可以自動打開，保證高爐正常生產。2、TRT運行：TRT正常運行時，靜葉和減壓閥組的自動閥同時調節爐頂壓力，TRT向電網輸送電能。

16、一般TRT靜葉調節頂壓的精度比減壓閥組的要高，如果在3 KPa以內，自動閥就不會打開，當TRT調節頂壓波動太大、影響高爐生產時，可以將靜葉打成手動，并適當關小，使減壓閥組的自動閥有一定開度，具備調節頂壓的能力，由減壓閥組來調節頂壓，比肖夫系統也可用環縫調節頂壓。在TRT運行期間，如果高爐控制室的儀表系統出現故障，爐頂壓力反饋值不準或失靈時，要立即通知TRT控制室將靜葉打到手動狀態，因為TRT進行頂壓調節的反饋信號是取自高爐控制室，并根據該信號進行調節，一旦信號失靈，將造成頂壓劇烈變化，影響高爐的安全生產。高爐減風或短時間休風時TRT可以做電動運行，不用停機，對高爐也沒有任何影響，此時高爐控制室需要將減壓閥組盡量全開，因為電動運行時的電能轉化成了熱能，使TRT及附近管道中的煤氣溫度升高，需要煤氣的流通將其及時帶走，另外，高爐長時間休風、處理煤氣前，也不用急于讓TRT停機，因為TRT運轉對休風和處理煤氣前的準備沒有影響，完全可以多回收這一時段的電能。3、TRT停機：停機分正常停機和緊急停機，TRT正常停機前會通知高爐控制室根據頂壓逐漸開大減壓閥組，同時TRT控制室將靜葉打到手動，并逐漸關小，將煤氣流的大部分逐漸轉移到減壓閥組