董紅梅 王勇 薛濤
（陜西龍門鋼鐵有限責任公司）
摘 要：針對TRT發(fā)電存在問題，提出了處理方法和防范措施。
關鍵詞：TRT發(fā)電；能效提升；效益
1 引言
隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，能源問題日益突出，鋼鐵冶金作為高能耗產(chǎn)業(yè)，成本上漲的壓力越來越大。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟是實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，它的實質就是以盡可能少的資源消耗，盡可能少的環(huán)境代價實現(xiàn)最大的經(jīng)濟和社會效益。
高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下簡稱TRT），TRT是利用高爐冶煉的副產(chǎn)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，驅動發(fā)電機或其它裝置發(fā)電的一種二次能源回收裝置。
2 前言
陜西龍門鋼鐵有限責任公司堅持科學發(fā)展觀念，走可持續(xù)發(fā)展之路，把環(huán)境保護、節(jié)能減排作為重中之重。著力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和清潔生產(chǎn)，于2008-2014年期間順應國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和要求，全面提升裝備水平，先后建成五座高爐，并同期投資建設了高爐TRT發(fā)電等環(huán)保節(jié)能項目，一方面是為了節(jié)能降耗，提高公司產(chǎn)品的競爭能力，另一方面可降低排煙溫度、排塵濃度，減少有害氣體的排放，節(jié)約能源，減少對環(huán)境的空氣污染和溫室效應。不僅可為公司節(jié)減大量的電力費用，從而降低產(chǎn)品成本，也為國家節(jié)省大量的能源，符合國家關于節(jié)能和資源綜合利用政策。
3 高爐TRT發(fā)電工藝
3.1 煉鐵高爐TRT發(fā)電工藝介紹
3.1.1 TRT發(fā)電工藝
工作流程：高爐產(chǎn)生的煤氣，經(jīng)重力除塵器，兩級文氏管，進入TRT裝置。經(jīng)入口電動碟閥，入口插板閥，調速閥，快切閥，經(jīng)透平機膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，自透平機出來的煤氣，進入低壓管網(wǎng)，與煤氣系統(tǒng)中減壓閥組并聯(lián)。
發(fā)電機出線斷路器，接于10KV系統(tǒng)母線上，經(jīng)就近高壓室與電網(wǎng)相連，當TRT運行時，發(fā)電機向電網(wǎng)送電，當高爐短期休風時，發(fā)電機不解列作電動運行。
3.1.2.TRT工藝流程圖：
TRT工藝流程圖
4 高爐TRT發(fā)電現(xiàn)狀及改造必要性：
4.1.1#2#高爐TRT經(jīng)核算TRT性能屬于中等偏下水平，主要原因有兩個，一是TRT為早期設計產(chǎn)品，隨著高爐煤氣負荷提高，其傳統(tǒng)葉型做功能力下降。二是目前TRT偏工況運行嚴重，靜葉長期處于小角度運行，機組遠離高效區(qū)。另外機組老化、葉片磨損等也會進一步加劇性能下降。
4.2.3#4#5#高爐TRT發(fā)電機組與高爐同期配套建設，透平機轉子采用反動式葉型，近年來，隨著高爐操作水平不斷提升，產(chǎn)能逐步釋放，頂壓、頂溫及煤氣發(fā)生量變化較大，通過測試發(fā)現(xiàn)，目前3#高爐TRT處于高負荷運行，靜葉開度已達65%以上，隨著靜葉開度增加，其調節(jié)頂壓的功能迅速下降，對高爐生產(chǎn)造成影響，4#5#高爐TRT靜葉開度在正常范圍內，但性能水平中等偏低。
4.3.龍鋼公司高爐目前TRT平均發(fā)電量41.95kWh/t鐵，未達到清潔生產(chǎn)Ⅱ級標準。
4.4隨著高爐產(chǎn)能提升，高爐操作水平提升，高富氧、高冶強，頂壓、頂溫及煤氣發(fā)生量等參數(shù)發(fā)生較大變化，TRT機組原有設計無法滿足現(xiàn)有工況，運行效率下滑，因此機組亟需進行效能提升。傳統(tǒng)的TRT透平機型做功能力下降，通過分析，可通過采取更換新葉型、流道匹配等改造方式，提高TRT發(fā)電量。類似于TRT能效提升改造。同時可滿足生產(chǎn)工藝需要。
5 TRT能效提升改造：
5.1 建設內容
在現(xiàn)有土建基礎、機組外殼、底座、盤車等外配套件利舊；結合機組原設計參數(shù)以及目前高爐的實際工況，由專業(yè)公司對TRT透平機轉子結構形式及氣體流道進行重新設計計算，以提升TRT機組軸功率及運行效率。
5.2 技術方案
5.2.1土建基礎、機組機殼、底座、盤車等外配套件利舊。
5.2.2由專業(yè)公司根據(jù)機組原設計參數(shù)及目前高爐實際工況，對TRT透平機轉子結構形式及氣體流道進行設計，以提升TRT機組軸功率及運行效率。
5.2.3主要零部件更換表：
（2）1#2#TRT效能提升
|
名稱 |
數(shù)量 |
單位 |
備注 |
|
轉子 |
1 |
套 |
新制 含動葉、主軸等 |
|
進口圈 |
2 |
付 |
新制 |
|
葉片承缸 |
2 |
套 |
新制 含靜葉、曲柄、滑塊、承缸本體等 |
|
導向機構 |
2 |
套 |
新制 |
|
擴壓器 |
2 |
付 |
新制 |
|
密封套 |
2 |
套 |
新制 |
|
電控柜 |
1 |
套 |
新制 |
|
本特利3500監(jiān)測系統(tǒng) |
1 |
套 |
新制 |
|
發(fā)電機及輔機部分 |
1 |
套 |
新制15000kw發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)等 |
（2）3#、4#高爐TRT效能提升：
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名稱 |
數(shù)量 |
單位 |
備注 |
|
轉子 |
1 |
套 |
新制 含動葉、主軸等 |
|
進口圈 |
1 |
付 |
新制 |
|
葉片承缸 |
1 |
套 |
新制 含靜葉、曲柄、滑塊、承缸本體等 |
|
導向機構 |
1 |
套 |
新制 |
|
擴壓器 |
1 |
付 |
新制 |
|
密封套 |
2 |
套 |
新制 |
|
雙伺服控制系統(tǒng) |
1 |
套 |
新制 |
|
高壓平衡管道 |
1 |
套 |
新制 含管道和一個DN50球閥 |
|
吊裝工具 |
1 |
套 |
新制 |
|
同期柜、測量柜 |
1 |
套 |
|
備注：以上為單臺TRT改造備件。
（3）5#高爐TRT效能提升：
|
名稱 |
數(shù)量 |
單位 |
備注 |
|
轉子 |
1 |
套 |
新制；含動葉、主軸等 |
|
進口圈 |
1 |
付 |
新制 |
|
葉片承缸 |
1 |
套 |
新制；含靜葉、曲柄、滑塊、承缸本體等 |
|
導向機構 |
1 |
套 |
新制 |
|
擴壓器 |
1 |
付 |
新制 |
|
密封套 |
2 |
套 |
新制 |
|
雙伺服控制系統(tǒng) |
1 |
套 |
新制 |
|
高壓平衡管道 |
1 |
套 |
新制 含管道和一個DN50球閥 |
|
吊裝工具 |
1 |
套 |
新制 |
6 TRT改造所投資費用
項目總投資2800萬元。其中1#2#高爐TRT投資費用900萬元，3#、4#高爐TRT投資費用各640萬元，5#高爐TRT投資費用620萬元。
7 改造取得效益評價
7.1經(jīng)濟效益
7.1.1.1#2#高爐能效提升改造效益
改造前發(fā)電量按照25萬kWh/日，依據(jù)《1#2#TRT發(fā)電提升改造項目能源驗收報告》改造后發(fā)電量提升了11.5%。
年節(jié)能量：330*25*11.5%*1.229=1166.01tce
年可節(jié)資：330*25*0.45*11.5%=426.94萬元
年減排CO2量=330*25*11.5%*10000*0.6671/1000=6329.11tCO2
三年可收回成本，節(jié)能減排效益顯著。
7.1.2.3#高爐TRT能效提升改造效益：
改造前發(fā)電量按照23萬kWh/日，依據(jù)《3#TRT發(fā)電提升改造項目能源驗收報告》改造后發(fā)電量提升了11.5%。
年節(jié)能量：330*23*6.5%*1.229=606.33tce
年可節(jié)資：330*23*0.45*6.5%=222.01萬元
年減排CO2量=330*23*6.5%*10000*0.6671/1000=3291.14tCO2
三年可收回成本，節(jié)能減排效益顯著。
7.1.3. 4#高爐TRT能效提升改造效益：
改造前發(fā)電量按照25萬kWh/日核算，依據(jù)《4#TRT發(fā)電提升改造項目能源驗收報告》改造后發(fā)電量提升了9.5%。
年節(jié)能量：330*25*6.5%*1.229=963.23tce
年可節(jié)資：330*25*0.45*9.5%=352.69萬元
年減排CO2量=330*25*9.5%*10000*0.6671/1000=5228.40tCO2
兩年可收回成本，節(jié)能減排效益顯著。
7.1.4. 5#高爐TRT能效提升改造效益：
改造前發(fā)電量按照24.5萬kWh/日核算，依據(jù)《5#TRT發(fā)電提升改造項目能源驗收報告》改造后發(fā)電量提升了6.3%。
年節(jié)能量：330*24.5*6.3%*1.229=626tce
年可節(jié)資：330*24.5*0.45*6.3%=229.21萬元
年減排CO2量=330*24.5*6.3%*10000*0.6671/1000=3397.91tCO2
三年可收回成本，節(jié)能減排效益顯著。
7.1.5 總能效提升改造效益：
年節(jié)能量=1166.01+606.33+963.23+626=3361.57tce
年可節(jié)資=426.94+222.01+352.69+229.21=1230.85萬元
年減排CO2量=6239.11+3291.14+5228.40+3397.91=18156.57tCO2
兩年多可收回成本，節(jié)能減排效益顯著。
7.2 其它效益:
效能提升改造后滿足鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)需要，3-5#高爐TRT噸鐵發(fā)電量可達到45kWh/t，達到清潔生產(chǎn)一級指標要求，為高爐清潔生產(chǎn)邁向國內一流行業(yè)領先奠定了堅實的基礎。
8 TRT發(fā)電潛力
8.1經(jīng)過多年對TRT發(fā)電機組運行摸索，應總結發(fā)現(xiàn)TRT機組日常維護規(guī)律，對TRT機組清灰定期開展，確定周期，減少葉片結垢，影響發(fā)電量；另一方面做好減壓閥組日常維護，減少減壓閥組影響。
8.2.發(fā)電機組效率還有待進一步提高，如何保持好發(fā)電機組最佳運行狀態(tài)等，TRT發(fā)電與高爐運行之間最佳匹配狀態(tài)等。
8.3. 在TRT煤氣入口管道安裝專用緩釋除垢裝置，降低TRT靜葉、轉子、管道結垢，保障透平機氣流順暢，提高透平機做功效率，同時延長透平機轉子壽命，保障設備安全穩(wěn)定。
8.4. 由于產(chǎn)用結構布局原因，在保證生產(chǎn)工藝安全及管網(wǎng)壓力平衡的條件下，壓差調整潛力不大；但在后期項目建設中，應整體考慮高爐煤氣管網(wǎng)分布、走向、壓損，可適當降低TRT出口壓力，提高壓差，進而提高發(fā)電效率。
9 結束語
高爐TRT發(fā)電效能提升改造在龍鋼公司得到了很好的應用，項目實施后效果顯著，一方面響應了國家節(jié)能減排的政策，充分利用了高爐煤氣壓力能和熱能，另一方面增鋼鐵企業(yè)電力供應的穩(wěn)定性，降低公司的用電成本。
但龍鋼公司TRT發(fā)電指標與鋼鐵行業(yè)先進指標還存在較大差異,還有較大提升空間,這還需要我們不斷探索、提升指標，為國家節(jié)能減排做出更大的貢獻。