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天津钢管集团股份有限公司

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天津钢管集团高炉煤气余压发电(TRT)技术的研

2019-12-03 9 返回列表
经进入微利时代。节能挖潜、降低生产成本,已经成为影响企业生存的重要因素。
 
早在20世纪80年代,首钢与日本日立造船合作,在国内率先引进TRT工艺技术和装备,首钢国际工程公司通过对该项技术的消化和吸收,进行了集成设计,成功应用于首钢2号高炉,取得良好的经济效益和社会效益。在随后的三十年里,首钢国际工程公司与陕鼓集团、成发集团合作,先后完成了首钢、迁钢、首秦、宣钢、涟钢等共16座大型高炉的TRT工艺设计,并与日本三井造船合作,于2007年为首钢京唐公司两座5500m3高炉配套设计了装机容量为36.5MW的TRT机组。
 
目前,首钢国际工程公司拥有全干式、干/湿两用和串/并联高炉煤气炉顶余压发电技术,能够为客户提供TRT装置的设计及工程总承包服务,帮助客户实现回收高炉余压、降低高炉区域环境噪声、减轻企业周边区域用电负荷压力、实现节能降耗、环境友好型企业的目标。
 
2 TRT工艺流程
 
高炉冶炼中产生大量的含尘炉气,这部分气体中富含CO和少量的H2,是钢铁企业的二次能源,它经过净化达到工业炉窑使用标准后,进入TRT装置,气体在机械内膨胀做功,推动与透平机同轴的发电机旋转发电。膨胀后的高炉煤气进入厂区低压煤气管网。整个工艺过程中高炉煤气始终在密闭的管道和密封程度高的煤气透平机内运行,无任何泄露和污染。随着科学技术水平的不断提高,TRT年运行时间已经达到8000h以上,有些已与高炉作业时间基本同步。当TRT机组检修时,高炉煤气经过减压阀组进入低压管网。
 
按照减压阀组与TRT装置相对位置的不同,分为并联流程、串联流程两种。
 
3 TRT工艺设计基本原则
 
安全、稳定、连续运行的设计理念,是TRT系统建设的基本原则,明确TRT系统是为高炉服务的性质,在不影响高炉操作的前提下,尽可能多发电。
 
1)安全性
 
其一,是确保高炉的安全生产,由于TRT机组是保证高炉顶压稳定的关键设备,因此设备的选型及设施配置必须首先着眼于保证顶压稳定、确保高炉安全生产,制定出一套完整、准确、可操作性强的设计方案。其二,由于高炉煤气的自身特点,极易造成爆炸和人员中毒,导致人身伤亡的重大事故发生,因此需大大加强透平机自身运行的安全性。
 
2)可靠性
 
选用适合的TRT机组,使之适应高炉顶压在变工况时的生产状况,这些措施大大提高了TRT机组的运行时间,使之与高炉运行时间相同或接近,在给高炉稳定生产提供了安全保证的同时尽可能多发电。
 
3)连续性
 
为确保高炉生产的稳定并且尽可能多发电,TRT机组运行应是连续的,而不应是时停时开。在TRT机组设计中充分考虑到各种工况条件下,保证机组正常运行的措施和控制、调节手段,从而确保在高炉允许的情况下机组的连续运行。
 
4 TRT技术特点
 
1)配置干湿两用TRT装置
 
在高炉煤气湿式除尘与干式除尘互为备用的条件下,配置干湿两用TRT装置,扩大了TRT机组应用范围,同时摸索出了干湿两用TRT装置的关键技术。
 
高炉煤气净化工艺分为干式净化和湿式净化两种,一些高炉采用干式为主、湿式为辅的互为备用方式。由于干热煤气、湿式饱和煤气在交替或相混合状态下经过TRT设备,对机组的气动设计、流场分布及叶片表面防腐处理、密封间隙等要求都是不同于单一种类的煤气,同时干湿切换时的工艺设备配置及控制过程也不同于单一净化方式。首钢国际工程公司通过对首钢北京厂区3号高炉干湿两用型TRT机组的开发与实践,掌握了该项技术的核心点,取得了良好的效果。
 
2)高炉煤气炉顶余压发电装置与高炉减压阀组串并联工艺布置
 
采用高炉煤气炉顶余压发电装置与高炉减压阀组串并联工艺布置的工艺流程优化技术以及工艺控制技术。
 
国内外在高炉上建设大型TRT装置有两种布置实例:TRT装置与高炉减压阀组并联布置或TRT装置与高炉减压阀组串联布置。并联布置可以实现全流量回收高炉煤气能量,使TRT控制系统简捷,便于维护,TRT旁通系统可随TRT装置同期检修。串联布置系统的主要优点是可以实现TRT的低压启动控制和低压运行,提高TRT启动的可靠性,使TRT装置无论是在低压状态(不控制高炉顶压)还是在高压状态均能运行发电,实现了阶梯式发电运行方式。首钢国际工程公司根据不同生产实际需要,分别在多座高炉上成功运用了上述两种布置形式,其中应用串联布置的TRT装置为5套,采用并联布置的TRT装置达到10余套,均取得了显著效果。
 
3)高炉顶压串级调节技术
 
TRT装置的控制主要包括透平机启机控制、升速控制、透平机前压力控制,高炉炉顶压力控制、升功率和降功率控制、以及正常停机和重故障停机控制、氮气密封控制及辅助设备自动控制等,其中确保高炉炉顶压力的稳定是TRT控制的首要任务。
 
首钢国际工程公司所设计的TRT装置全部采用高炉炉顶压力串级调节技术,针对高炉炉顶压力在正常工况和异常工况下的不同参数,设计了前馈补偿控制,即选择炉顶压力调节系统为调节主要参数,透平机前压为副参数,并采用“偏差先行”策略,实现了高炉顶压控制平稳和安全运行的目的。
 
通过采用高炉顶压串级调节技术,主副调节回路同时作用,使炉顶压力控制偏差精度从单回路控制偏差2-3kPa减小到1-2kPa,受到好评。
 
4)TRT装置在干法除尘运行中独特的安全技术
 
近些年来,由于干法除尘逐渐被广泛采用,进口矿石的用量也逐渐增加,炉料中氯化物含量增加,一些干式机组在运行很短时间内相继出现末级动叶结晶现象,结晶体厚度超过3-4mm后会出现局部脱落,使机组转子动平衡被破坏,造成振动值超标。结晶体分析结果为氯化铵。针对上述问题,首钢国际工程公司不断摸索、实践,根据结晶体特性,制定出一套完整的解决方案,首先根据氯化铵遇水即被溶解的特性,在透平机合适的位置设置喷水装置,定期对叶片进行清洗。另外,对于有些无法安装喷水装置的透平机,采取在透平机入口增加喷药装置的措施解决,将少量专用药剂喷入煤气管道内,以阻止灰垢及结晶体在叶片表面的附着,延长机组运行时间。
 
实践证明,采取上述措施后,机组的平均检修时间可降低3倍以上。
 
5首钢国际工程公司TRT技术优势
 
首钢国际工程公司在TRT工程设计中积累了多项专有技术,例如:(1)全干式、或干湿两用高炉煤气炉顶余压发电装置与高炉减压阀组串并联工艺布置的工艺流程优化技术;(2)全干式高炉煤气炉顶余压发电装置露天化。(3)大型设备特征及附属设施紧凑型工艺布置优化技术等。公司的设计团队具有以下的技术优势:
 
u      掌握湿式、干式、干湿两用机组的技术特征及控制原理,可以满足在不同工况下对TRT装置的配置要求。
 
u      掌握串并联布置的工艺流程和工艺配置技术,并具有成功的工程实例。
 
u      拥有特大型高炉TRT装置自主集成的设计经验,实现了设备大型化、装置露天化、集约型设计的目标。
 
u      掌握高炉炉顶压力控制系统串级压力调节原理,保证炉顶压力偏差控制在1-2kPa范围。
 
u      实现TRT机组低压启动、低压运行的操作方式,提高了机组启动、运行时的安全性,保证机组在启动时不干扰炉顶压力控制的稳定性。
 
u      实现TRT机组能够在保证炉顶压力稳定的条件下自动调节负荷大小变化,尽可能多发电。
 
6 应用业绩和典型工程
 
上述技术已成功应用在首秦1号1200m3高炉、首秦2号1780m3高炉、首钢1号2536m3高炉、首钢3号2536m3高炉、迁钢1号2650m3高炉、迁钢2号2650m3高炉、迁钢3号4000m3高炉、京唐1号5500m3高炉、京唐2号5500m3高炉等多项工程中,并获多项奖励(见表1)。其中,比较具有代表性的有以下几项:
 
1)首钢3号高炉TRT装置
 
高炉容积2536m3,装机容量15MW。该套装置于2002年设计,2003年投产,集串联、干湿两用技术于一体,是国内同等容积高炉中第一座采用串联式、干湿两用TRT机组的项目。该装置为轴流反动式机组,结构形式为下进、下出式,其结构特征为两级静叶,二级静叶自动可调、一级静叶可实现全关闭。透平机轴颈与机壳间采用拉别令+氮气密封结构,从而保证密封的严密可靠。装置运行后,高炉炉顶压力控制品质优良,实现无扰动干/湿切换。
 
2)迁钢3号高炉TRT装置(见图1)
 
高炉容积4000m3,装机容量30MW,于2008年设计,2009年投产。该套装置为纯干式两级轴流反动式机组,全静叶可调,结构形式为下进、轴向出气,整机水平剖分,机壳铸造结构。轴端密封采用国外先进的特殊密封型式,降低了N2耗量,提高经济效益。
 
3)首钢京唐5500m3高炉TRT装置(见图2)
 
京唐共有两座5500m3高炉,高炉煤气除尘均采用全干式袋式除尘工艺,并配置全干式TRT装置,机组全部为露天设置,装机容量36.5MW。该套装置为引进日本三井造船的透平机机组,为三级静叶全自动可调,结构形式为下进、轴向出气。
 
京唐1号高炉TRT于2009年9月投产,2号高炉TRT装置于2010年9月投产,顶压控制精度稳定在1-2kPa,发电量为30-32MWh,实现吨铁回收电能45-50kWh 。


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