經(jīng)進(jìn)入微利時(shí)代。節(jié)能挖潛、降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)成為影響企業(yè)生存的重要因素。
早在20世紀(jì)80年代，首鋼與日本日立造船合作，在國內(nèi)率先引進(jìn)TRT工藝技術(shù)和裝備，首鋼國際工程公司通過對該項(xiàng)技術(shù)的消化和吸收，進(jìn)行了集成設(shè)計(jì)，成功應(yīng)用于首鋼2號高爐，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在隨后的三十年里，首鋼國際工程公司與陜鼓集團(tuán)、成發(fā)集團(tuán)合作，先后完成了首鋼、遷鋼、首秦、宣鋼、漣鋼等共16座大型高爐的TRT工藝設(shè)計(jì)，并與日本三井造船合作，于2007年為首鋼京唐公司兩座5500m3高爐配套設(shè)計(jì)了裝機(jī)容量為36.5MW的TRT機(jī)組。
目前，首鋼國際工程公司擁有全干式、干/濕兩用和串/并聯(lián)高爐煤氣爐頂余壓發(fā)電技術(shù)，能夠?yàn)榭蛻籼峁㏕RT裝置的設(shè)計(jì)及工程總承包服務(wù)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)回收高爐余壓、降低高爐區(qū)域環(huán)境噪聲、減輕企業(yè)周邊區(qū)域用電負(fù)荷壓力、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)境友好型企業(yè)的目標(biāo)。
2 TRT工藝流程
高爐冶煉中產(chǎn)生大量的含塵爐氣，這部分氣體中富含CO和少量的H2，是鋼鐵企業(yè)的二次能源，它經(jīng)過凈化達(dá)到工業(yè)爐窯使用標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)入TRT裝置，氣體在機(jī)械內(nèi)膨脹做功，推動與透平機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。膨脹后的高爐煤氣進(jìn)入廠區(qū)低壓煤氣管網(wǎng)。整個(gè)工藝過程中高爐煤氣始終在密閉的管道和密封程度高的煤氣透平機(jī)內(nèi)運(yùn)行，無任何泄露和污染。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，TRT年運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)達(dá)到8000h以上，有些已與高爐作業(yè)時(shí)間基本同步。當(dāng)TRT機(jī)組檢修時(shí)，高爐煤氣經(jīng)過減壓閥組進(jìn)入低壓管網(wǎng)。
按照減壓閥組與TRT裝置相對位置的不同，分為并聯(lián)流程、串聯(lián)流程兩種。
3 TRT工藝設(shè)計(jì)基本原則
安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行的設(shè)計(jì)理念，是TRT系統(tǒng)建設(shè)的基本原則，明確TRT系統(tǒng)是為高爐服務(wù)的性質(zhì)，在不影響高爐操作的前提下，盡可能多發(fā)電。
1）安全性
其一，是確保高爐的安全生產(chǎn)，由于TRT機(jī)組是保證高爐頂壓穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備，因此設(shè)備的選型及設(shè)施配置必須首先著眼于保證頂壓穩(wěn)定、確保高爐安全生產(chǎn)，制定出一套完整、準(zhǔn)確、可操作性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案。其二，由于高爐煤氣的自身特點(diǎn)，極易造成爆炸和人員中毒，導(dǎo)致人身傷亡的重大事故發(fā)生，因此需大大加強(qiáng)透平機(jī)自身運(yùn)行的安全性。
2）可靠性
選用適合的TRT機(jī)組，使之適應(yīng)高爐頂壓在變工況時(shí)的生產(chǎn)狀況，這些措施大大提高了TRT機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，使之與高爐運(yùn)行時(shí)間相同或接近，在給高爐穩(wěn)定生產(chǎn)提供了安全保證的同時(shí)盡可能多發(fā)電。
3）連續(xù)性
為確保高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定并且盡可能多發(fā)電，TRT機(jī)組運(yùn)行應(yīng)是連續(xù)的，而不應(yīng)是時(shí)停時(shí)開。在TRT機(jī)組設(shè)計(jì)中充分考慮到各種工況條件下，保證機(jī)組正常運(yùn)行的措施和控制、調(diào)節(jié)手段，從而確保在高爐允許的情況下機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。
4 TRT技術(shù)特點(diǎn)
1）配置干濕兩用TRT裝置
在高爐煤氣濕式除塵與干式除塵互為備用的條件下，配置干濕兩用TRT裝置，擴(kuò)大了TRT機(jī)組應(yīng)用范圍，同時(shí)摸索出了干濕兩用TRT裝置的關(guān)鍵技術(shù)。
高爐煤氣凈化工藝分為干式凈化和濕式凈化兩種，一些高爐采用干式為主、濕式為輔的互為備用方式。由于干熱煤氣、濕式飽和煤氣在交替或相混合狀態(tài)下經(jīng)過TRT設(shè)備，對機(jī)組的氣動設(shè)計(jì)、流場分布及葉片表面防腐處理、密封間隙等要求都是不同于單一種類的煤氣，同時(shí)干濕切換時(shí)的工藝設(shè)備配置及控制過程也不同于單一凈化方式。首鋼國際工程公司通過對首鋼北京廠區(qū)3號高爐干濕兩用型TRT機(jī)組的開發(fā)與實(shí)踐，掌握了該項(xiàng)技術(shù)的核心點(diǎn)，取得了良好的效果。
2）高爐煤氣爐頂余壓發(fā)電裝置與高爐減壓閥組串并聯(lián)工藝布置
采用高爐煤氣爐頂余壓發(fā)電裝置與高爐減壓閥組串并聯(lián)工藝布置的工藝流程優(yōu)化技術(shù)以及工藝控制技術(shù)。
國內(nèi)外在高爐上建設(shè)大型TRT裝置有兩種布置實(shí)例：TRT裝置與高爐減壓閥組并聯(lián)布置或TRT裝置與高爐減壓閥組串聯(lián)布置。并聯(lián)布置可以實(shí)現(xiàn)全流量回收高爐煤氣能量，使TRT控制系統(tǒng)簡捷，便于維護(hù)，TRT旁通系統(tǒng)可隨TRT裝置同期檢修。串聯(lián)布置系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)TRT的低壓啟動控制和低壓運(yùn)行，提高TRT啟動的可靠性，使TRT裝置無論是在低壓狀態(tài)（不控制高爐頂壓）還是在高壓狀態(tài)均能運(yùn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了階梯式發(fā)電運(yùn)行方式。首鋼國際工程公司根據(jù)不同生產(chǎn)實(shí)際需要，分別在多座高爐上成功運(yùn)用了上述兩種布置形式，其中應(yīng)用串聯(lián)布置的TRT裝置為5套，采用并聯(lián)布置的TRT裝置達(dá)到10余套，均取得了顯著效果。
3）高爐頂壓串級調(diào)節(jié)技術(shù)
TRT裝置的控制主要包括透平機(jī)啟機(jī)控制、升速控制、透平機(jī)前壓力控制,高爐爐頂壓力控制、升功率和降功率控制、以及正常停機(jī)和重故障停機(jī)控制、氮?dú)饷芊饪刂萍拜o助設(shè)備自動控制等，其中確保高爐爐頂壓力的穩(wěn)定是TRT控制的首要任務(wù)。
首鋼國際工程公司所設(shè)計(jì)的TRT裝置全部采用高爐爐頂壓力串級調(diào)節(jié)技術(shù)，針對高爐爐頂壓力在正常工況和異常工況下的不同參數(shù),設(shè)計(jì)了前饋補(bǔ)償控制,即選擇爐頂壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)為調(diào)節(jié)主要參數(shù)，透平機(jī)前壓為副參數(shù)，并采用“偏差先行”策略，實(shí)現(xiàn)了高爐頂壓控制平穩(wěn)和安全運(yùn)行的目的。
通過采用高爐頂壓串級調(diào)節(jié)技術(shù)，主副調(diào)節(jié)回路同時(shí)作用，使?fàn)t頂壓力控制偏差精度從單回路控制偏差2-3kPa減小到1-2kPa，受到好評。
4）TRT裝置在干法除塵運(yùn)行中獨(dú)特的安全技術(shù)
近些年來，由于干法除塵逐漸被廣泛采用，進(jìn)口礦石的用量也逐漸增加，爐料中氯化物含量增加，一些干式機(jī)組在運(yùn)行很短時(shí)間內(nèi)相繼出現(xiàn)末級動葉結(jié)晶現(xiàn)象，結(jié)晶體厚度超過3-4mm后會出現(xiàn)局部脫落，使機(jī)組轉(zhuǎn)子動平衡被破壞，造成振動值超標(biāo)。結(jié)晶體分析結(jié)果為氯化銨。針對上述問題，首鋼國際工程公司不斷摸索、實(shí)踐，根據(jù)結(jié)晶體特性，制定出一套完整的解決方案，首先根據(jù)氯化銨遇水即被溶解的特性，在透平機(jī)合適的位置設(shè)置噴水裝置，定期對葉片進(jìn)行清洗。另外，對于有些無法安裝噴水裝置的透平機(jī)，采取在透平機(jī)入口增加噴藥裝置的措施解決，將少量專用藥劑噴入煤氣管道內(nèi)，以阻止灰垢及結(jié)晶體在葉片表面的附著，延長機(jī)組運(yùn)行時(shí)間。
實(shí)踐證明，采取上述措施后，機(jī)組的平均檢修時(shí)間可降低3倍以上。
5首鋼國際工程公司TRT技術(shù)優(yōu)勢
首鋼國際工程公司在TRT工程設(shè)計(jì)中積累了多項(xiàng)專有技術(shù)，例如：（1）全干式、或干濕兩用高爐煤氣爐頂余壓發(fā)電裝置與高爐減壓閥組串并聯(lián)工藝布置的工藝流程優(yōu)化技術(shù)；（2）全干式高爐煤氣爐頂余壓發(fā)電裝置露天化。（3）大型設(shè)備特征及附屬設(shè)施緊湊型工藝布置優(yōu)化技術(shù)等。公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)具有以下的技術(shù)優(yōu)勢：
u 掌握濕式、干式、干濕兩用機(jī)組的技術(shù)特征及控制原理，可以滿足在不同工況下對TRT裝置的配置要求。
u 掌握串并聯(lián)布置的工藝流程和工藝配置技術(shù)，并具有成功的工程實(shí)例。
u 擁有特大型高爐TRT裝置自主集成的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備大型化、裝置露天化、集約型設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
u 掌握高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)串級壓力調(diào)節(jié)原理，保證爐頂壓力偏差控制在1-2kPa范圍。
u 實(shí)現(xiàn)TRT機(jī)組低壓啟動、低壓運(yùn)行的操作方式，提高了機(jī)組啟動、運(yùn)行時(shí)的安全性，保證機(jī)組在啟動時(shí)不干擾爐頂壓力控制的穩(wěn)定性。
u 實(shí)現(xiàn)TRT機(jī)組能夠在保證爐頂壓力穩(wěn)定的條件下自動調(diào)節(jié)負(fù)荷大小變化,盡可能多發(fā)電。
6 應(yīng)用業(yè)績和典型工程
上述技術(shù)已成功應(yīng)用在首秦1號1200m3高爐、首秦2號1780m3高爐、首鋼1號2536m3高爐、首鋼3號2536m3高爐、遷鋼1號2650m3高爐、遷鋼2號2650m3高爐、遷鋼3號4000m3高爐、京唐1號5500m3高爐、京唐2號5500m3高爐等多項(xiàng)工程中，并獲多項(xiàng)獎勵(lì)（見表1）。其中，比較具有代表性的有以下幾項(xiàng)：
1）首鋼3號高爐TRT裝置
高爐容積2536m3，裝機(jī)容量15MW。該套裝置于2002年設(shè)計(jì)，2003年投產(chǎn)，集串聯(lián)、干濕兩用技術(shù)于一體，是國內(nèi)同等容積高爐中第一座采用串聯(lián)式、干濕兩用TRT機(jī)組的項(xiàng)目。該裝置為軸流反動式機(jī)組，結(jié)構(gòu)形式為下進(jìn)、下出式，其結(jié)構(gòu)特征為兩級靜葉，二級靜葉自動可調(diào)、一級靜葉可實(shí)現(xiàn)全關(guān)閉。透平機(jī)軸頸與機(jī)殼間采用拉別令＋氮?dú)饷芊饨Y(jié)構(gòu)，從而保證密封的嚴(yán)密可靠。裝置運(yùn)行后，高爐爐頂壓力控制品質(zhì)優(yōu)良，實(shí)現(xiàn)無擾動干/濕切換。
2）遷鋼3號高爐TRT裝置（見圖1）
高爐容積4000m3，裝機(jī)容量30MW，于2008年設(shè)計(jì)，2009年投產(chǎn)。該套裝置為純干式兩級軸流反動式機(jī)組，全靜葉可調(diào)，結(jié)構(gòu)形式為下進(jìn)、軸向出氣，整機(jī)水平剖分，機(jī)殼鑄造結(jié)構(gòu)。軸端密封采用國外先進(jìn)的特殊密封型式，降低了N2耗量，提高經(jīng)濟(jì)效益。
3）首鋼京唐5500m3高爐TRT裝置（見圖2）
京唐共有兩座5500m3高爐，高爐煤氣除塵均采用全干式袋式除塵工藝，并配置全干式TRT裝置，機(jī)組全部為露天設(shè)置，裝機(jī)容量36.5MW。該套裝置為引進(jìn)日本三井造船的透平機(jī)機(jī)組，為三級靜葉全自動可調(diào)，結(jié)構(gòu)形式為下進(jìn)、軸向出氣。
京唐1號高爐TRT于2009年9月投產(chǎn)，2號高爐TRT裝置于2010年9月投產(chǎn)，頂壓控制精度穩(wěn)定在1-2kPa，發(fā)電量為30-32MWh，實(shí)現(xiàn)噸鐵回收電能45-50kWh 。
