共用型TRT在水钢高炉的运行实践

孟 玮，高连生，向 剑，陈 瑜，易正明

（1.水城钢铁集团有限公司动力厂，贵州六盘水 553000；2.武汉科技大学，湖北武汉 430081）

1 引言

资料显示，高炉采用TRT装置，吨铁可发电30k W·h，回收鼓风机能量的30%左右，具有结构简单、污染少、容量大、寿命长和节能显著的优点，因此在国内大、中型高炉得到了越来越广泛的应用[1]。但对于中小型、低压高炉，由于单座高炉炉容小（400～750m3），回收的能量比较低，一次性投资比较大，投资回收时间较长，推广应用较困难[2，3]。共用型TRT通过阀门及管路系统，把不同高炉的高炉煤气导入同一透平的不同流道，利用两座高炉的炉顶和管网的压力、热能和煤气流量驱动发电机发电，并通过两套可调静叶分别控制各自高炉的顶压，不仅确保了高炉炉顶压力的稳定，同时增加了发电量，有效的利用高炉余压资源，降低了炼铁工序能耗，具有设备投资小，投资回收快，经济性效益高的特点[4-7]。

2 共用型TRT的特点

共用型TRT是在单座高炉TRT成熟设计、运行的基础上，通过大型阀门及管路系统，将两座高炉的高炉煤气导入同一透平的不同流道，驱动一台发电机发电，并通过可调静叶，控制两座高炉的顶压，以及回收能量的装置。共用型TRT机组部分辅助设施合为一套，系统共用一套发电机组、润滑油站、动力油站、供水系统、自动化仪表系统以及高低压发配电系统等装置，具有投资小、设备成本低等特点，与传统单炉单机模式相比，投资减少约30%。同时，采用共用型TRT时，两座高炉炉顶煤气共同为机组主轴提供动力，显著降低了单炉单机模式TRT做电动运行的概率或停机的操作次数，提高了能量回收效率。此外共用型TRT还具有以下特点：

（1）两座高炉分别独立调节各自的顶压；

（2）当透平机发生重故障或甩负荷时，软件将按程序的指令要求迅速、及时、同时关闭各自高炉的快速切断阀切断主管道煤气，使透平转速不上升。同时快速打开各自高炉的旁通阀门，快速及时准确地在给定的时间内、使炉顶压力恢复到正常范围内；

（3）机组采用一套控制系统，完成全部控制、监视操作等功能，许多公共设施可以共用，节约设备投资；

（4）在机组运行中，当一座高炉休风时，机组可以不停机而继续运转，该侧透平采取分流的方式，防止机内煤气温度过高。在这种情况下，虽然透平效率要降低，但机组仍然工作发电；

（5）当机组运行投运后，另一台高炉的煤气发电的投运只需将煤气引入调节静叶开度调节发电功率和保证高炉炉顶压稳定，机组不需进行升转速和发电机并网过程，简化了操作程序；

（6）两座高炉的顶压调节系统独立设置，设定值分别来自两座高炉中控室，分别控制各自独立的可调静叶，而互不影响。

3 水钢共用型TRT介绍

水钢现具备年产生铁500万t的生产能力（1#高炉 788m3，2#高炉 1200m3，3#高炉 1350m3，4#高炉2500m3），除3#、4#高炉配套有TRT发电外，1#、2#高炉都未建TRT装置。目前水钢总用电负荷约130～140M W，而现有装机容量仅45M W，发电能力40M W，自发电量不到50%，因此实施TRT发电工程，增加水钢自发电量非常有必要。1#、2#高炉共用型TRT系统的生产工艺流程如图1所示，1#、2#两座高炉的高炉煤气分别通过文氏洗涤系统、电动蝶阀、盲板阀、快速切断阀进入湿式轴流透平膨胀机左、右机，并通过盲板阀、电动蝶阀等，经净煤气管道进入煤气回收管网。

图1 共用型TRT生产流程图

1#、2#高炉共用型 TRT发电机组型号为G T 60×2 W，机组设计发电机额定功率6000k W，透平机转速3000r/m i n，1#、2#高炉正常情况下炉顶压力分别为0.11M Pa及0.09M Pa，共用型TRT系统发电机主要设计参数及工艺控制参数如表1、表2所示。

表1 TRT发电机系统设计参数

表2 TRT发电机系统控制及工艺控制运行参数（G T 60×2 W型）

4 水钢共用型TRT应用效果分析

4.1 高炉炉顶压力控制

高炉未建TRT系统时，炉顶压力由一套减压阀组控制，采用TRT系统后，通过在原有系统上并一个调节回路来控制TRT系统中的可调静叶，在不改变高炉操作的情况下，利用可调静叶，实现自动控制高炉炉顶压力。TRT系统调节控制高炉炉顶压力的主要目的，一是正常生产时，在保证高炉炉顶压力稳定的前提下，充分利用炉顶煤气资源，驱动发电机发电；另一个是当TRT发电机发生故障停机时，在保证高炉炉顶压力稳定的前提下，能及时安全的从高炉煤气管网中退出运行。TRT静叶控制高炉炉顶压力可分为TRT系统正常运行时、正常停机时、紧急停机时3种情况。

（1）正常运行

机组正常投运、并网、升功率过程中高炉炉顶压力由高炉侧-减压阀组控制，由高炉侧计算机控制；升功率结束后，TRT与减压阀组并列运行时，送入TRT侧的炉顶压力测量值与高炉顶压控制回路的测量值为同一信号，将高炉顶压控制回路的设定值减去一个允许的偏差（1～2k Pa）后，作为TRT炉顶压力调节回路能自动跟踪高炉的设定值，高炉顶压的设定权仍在高炉。

1.1 实验主要试剂 Ficoll淋巴细胞分离液购自上海试剂二厂；CD1a-PE、CD80-PE、CD83-APC、CD86-PECY5、HLA-DR-APC单克隆抗体购自美国BD公司；RPMI1640培养基、胎牛血清购自美国Gibco公司；GM-CSF购自美国Peprototech公司；IL-4购自德国Meltenyi公司；二乙基亚硝胺水溶液购自美国Sigma公司；抗大鼠PE-CD4、PE-CD25、抗大鼠Foxp3单克隆抗体购自美国Ebioscinence公司。

（2）正常停机

正常停机时，与启动过程相反，TRT侧炉顶压力调节回炉的设定值为高炉顶压设定值加上一个偏差（1～2k Pa），TRT发电机控制系统将控制可调静叶慢慢关小；由于高炉侧炉顶压力调节回路始终处于自动控制等待状态，在让可调静叶缓慢关闭的同时，迫使减压阀组逐渐打开。TRT正常停机既为炉顶压力控制，又为减负荷控制，随着可调静叶慢慢关小，减压阀组慢慢打开，当发电机功率达到工艺要求的解列值时，发出解列信号，经确认后，使发电机与电网解列，同时自动关闭紧急切断阀和可调静叶，系统停机结束。

（3）紧急停机

当机组发生紧急停机时，控制系统发出停机指令，快切阀立即关闭，然后打开快开旁通阀控制顶压。快开旁通阀在机组停机后的前3s内，通过煤气流量计算相应的阀门开度，3s后转入顶压自动调节，稳定顶压，高炉顶压稳定后，顶压控制由高炉侧减压阀组控制。

1#、2#高炉共用型TRT及采用减压阀组运行时高炉炉顶压力实际运行参数对比如表3所示。由表3可以看出，当高炉采用减压阀组运行时，炉顶压力波动较大，1#高炉炉顶压力为±6k Pa，2#高炉炉顶压力为±7k Pa；而当采用共用型TRT时，系统通过静叶控制炉顶压力，正常运行、正常停机以及紧急停机时，炉顶压力分别控制在±1.5k Pa、±2k Pa、±3 k Pa，减少了高炉炉况波动，高炉炉顶压力比较稳定，提高了高炉利用系数，有利于高炉的运行及产量的提高。

表3 减压阀组与TRT静叶控制高炉炉顶压力运行参数对比

4.2 效益分析

水钢共用型TRT发电机选用G T 60×2 W共用型透平机组，输出功率为6000k W，配套发电机选用无刷励磁、三相交流同步发电机，额定功率为6000k W。共用型TRT一年按8000运行小时，平均负荷按4680k W，电价0.45元/k W·h计算，年发电效益：

年发电效益＝年运行时间×平均负荷×电价＝8000×4680×0.45＝1685万元

5 提高共用型TRT发电量的措施

高炉煤气流量以及透平入口压力是影响TRT系统发电量的主要原因，高炉煤气流量、透平入口压力的提高都会导致TRT的发电量的增加。高炉正常运行时，由于高炉炉顶至透平入口的管道阻力损失基本不变，因此，提高高炉炉顶压力即可提高透平入口压力，从而提高TRT发电量。通过1#、2#高炉共用型TRT各种工况下的运行实践，并结合水钢的生产实际，提出以下措施来提高TRT的发电量：

（1）提高和保证共用型TRT发电机高炉煤气进气量

TRT发电机组通过高炉煤气工质提供能量驱动发电机发电，机组发电效率与高炉煤气流通流量成正比关系。因此，通过TRT发电机的高炉煤气流通量尽可能多，发电量提升才有所保证。

（2）探索TRT运行开机模式，提高共用型TRT发电机开机作业率

水钢高炉生产与TRT运行分别属于炼铁厂、动力厂两个生产系统。针对实际情况，为提高TRT发电量，积极探索科学合理的TRT开机模式，在高炉开炉、复风等达到正常生产条件下，加强岗位之间的信息沟通，尽可能缩短高炉正常生产后与TRT开机的时间间隔，提高TRT发电机开机作业率。

（3）保持炉况的长期稳定顺行，加强系统维护

保持高炉炉况的长期稳定顺行，降低休、慢风率是提高TRT发电量的基础，在高炉炉况顺行的同时，提高炉顶压力，争取全风，适当提高炉顶温度，加强系统设备维护，能提高TRT发电量。

6总结

（1）水钢共用型TRT是共用型TRT在料钟式高炉和无料钟式高炉在国内的首次利用，实现了高炉调压阀组、TRT发电机静叶对高炉炉顶压力的联合控制与调节，确保高炉炉顶压力的稳定运行，填补了共用型TRT发电机在不同高炉炉顶设备的技术空白。

（2）TRT技术是提高钢铁企业能源利用效率，降低能源消耗的发展方向，共用型TRT节约了投资，克服了场地拥挤的限制，降低了噪声，改善了环境。通过两年的运行实践，水钢共用型TRT运行稳定，取得良好的效果，TRT小时发电2000k W·h左右，回收能量20k W·h/t·F e，相当于高炉鼓风机消耗电能的18%，节能效果十分明显。

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