TRT

高炉煤气余压透平发电装置

TRT——(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,以下简称TRT) 高炉煤气余压透平发电装置(即TRT)是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，再将机械能转化为电能。

优点

1．能量回收，原本的高炉煤气通过洗涤和除尘，再经过减压阀组，将220KPa左右的压力减弱到合适水平送至用户，这个过程使高炉煤气余压白白消耗掉了。通过TRT机组，可以将煤气余压转换成电能，然后再送至最终用户，把原本没有用的余压转换成了电能，可以获得一定的经济效益。

2．更好的控制顶压，一般来说，通过TRT机组的静叶来调整高炉顶压，比减压阀组控制得更好，这样可以带来更稳定的高炉顶压，而稳定的顶压可以使高炉更加易于控制，对产量有着积极的作用(如：陕鼓的“3H技术”)。

3．降低噪音，由于减压阀组全部关闭，煤气由透平通过，噪音和振动以作功的形式转化为电能，因此可以有效的减低减压阀组的噪音。

工艺流程

高炉产生的煤气，经重力除尘器，进入TRT装置。经入口电动碟阀，入口插板阀，调速阀，快切阀，经透平机膨胀作功，带动发电机发电，自透平机出来的煤气，进入低压管网，与煤气系统中减压阀组并联。

发电机出线断路器，接于10KV系统母线上，经当地变电所与电网相连，当TRT运行时，发电机向电网送电，当高炉短期休风时，发电机不解列作电动运行。

组成

TRT装置由透平主机，大型阀门系统，润滑油系统，液压伺服系统，给排水系统，氮气密封系统，高/低发配电系统，自动控制系统八大系统部分组成。

高炉煤气透平机

特点：高炉煤气透平主机，通过的煤气和压力均不高，但流量颇大，虽然经多次除尘，仍含有不少炉灰粒子，并且水蒸汽呈饱和状态。据此透平设计不能完全衔用燃气轮机方法，而是采用大通流面积，低圆周速度，平直粗壮叶型等新设计方法而特殊设计。

结构：由定子、转子、静叶可调、轴承、底座等组成。

部件功能：

轴承：支撑轴承四油叶滑动轴承制供油润滑推力轴承金斯贝雷式强制供油润滑

调节：二级全静叶可调伺服调节

密封：充气氮气密封根据顶压波动自动连续调节

清洗：低压喷雾水间断或连续喷水

定子：由静叶可调扩压器盘车装置等机构组成

转子：由主轴二级动叶珊危急保安器盘车装置等组成

方向：从进口方向看，转子旋转方向为顺时针

盘车：电动盘车超6r/min时自动脱开

超速保护：危急遮断器控制，超10%转速时自动停机

电气系统：先迅速打开调压阀组快开阀，同时关快速切断阀、调速阀及静叶。

机械系统：危急保安器油门动作，关闭快速切断阀。

大型阀门系统

入口电动二次偏心阀 D947H-3

公称通经 DN1800mm

公称压力 PN0.3MPa

介质温度 ≦250℃

适用介质高炉煤气

结构原理

结构：主要由阀门、电动机、一级电动装置、二级传动装置和控制器等部分组成。

原理：本阀动作时通过控制器或点动按纽启动发电机，驱动一、二级传动装置并带动阀杆转动，使蝶阀实现0～90℃范围内的旋转，从而完成阀门的起闭或在某一角度上停止，从而达到隔断管道内介质或调节截止流量的目的，由于阀体采用了弹性阀座及偏心密封结构，使得阀门在关闭状态越关越紧，保证了阀座虽有少量磨损而仍能可靠密封条件。

入口液压插板阀YZG749AX—2c

公称通径：DN 1800mm

公称压力 PN 0．2MPa（G）

适用介质高炉煤气

介质温度 250℃

驱动方式全液压

结构原理：

阀门由主阀体和左右侧阀体形成骨架，在主阀体内设有阀板及阀板执行机构（包括阀板夹紧、松开机构和阀板运行机构）。

在主阀体顶部设有放散管及取样管，底部设有N2管，排水管及清灰孔，左右侧与左右侧阀体用螺栓固定在设定位置上液压传动系统的组成。

由球塞马达、弹簧返回缸、离合器用油缸、齿轮油泵、控制调节装置、单向阀、顺序阀、溢流阀。三位四通阀、油箱、冷却器、滤油器、电加热器、压力表等组成。

出口电动二次偏心阀 YZG749AX—0.3

公称通径 DN2400mm

公称压力 PN0.03MPa

介质温度 ≦250℃

适用介质高炉煤气

驱动方式：全液压

阀门结构及原理同入口插板阀油站，阀门液控装置各自自成系统，独立操纵。

快速切断阀KD743—2

公称通径 DN（mm）1800

公称压力 PN（bar）2

泄漏量：（Nm/h）5000

阻损：

快关时间：

适用温度：

适用介质：含尘烟气、空气、煤气。

结构及原理

结构：快速切断阀主要由阀门、传动装置、液控箱、电控箱组成。阀门采用双偏心碟阀型式，阀座堆焊有不锈钢。耐腐，耐磨，提高了密封付的寿命，液控箱用高压胶管与传动装置连接，

控制油使油缸活塞动作达到阀门开启和关闭，液压元件安装在液控箱内。

电控部分设就地手操和控制室远控分别在两地独立地实现慢开、慢关、快关、游动功能操作。

原理：采用弹簧液压衡型、双偏心碟阀、工作状态液压油压紧弹簧，阀门打开，在TRT装置异常时（动作信号一路来自系统控制信号，一路来自透平机危机保安器的液压信号）电磁阀动作，快速泄油弹簧松开，阀门紧急关门，切断时间0.5~1sec可调。

润滑油系统

系统的作用

大型透平机，压缩机都是靠轴承支撑进行旋转工作的，要保证机的组安全可靠的运行，其重要的一个环节，就是要给个各轴承润滑点及时提供一定量的稀油循环润滑，以满足机组在正常工况下及事故状态下润滑油供给，这种系统就是润滑油系统。

系统的构成

系统由润滑油站、高位油箱、油泵、阀门及检侧仪表等组成。

润滑油站，是把一定压力、一定流量

的润滑油，经过油箱冷却器散热、滤油器过滤干净后的润滑油送到轴承各润滑油点润滑。

高位油箱，是在停电、紧急事故状态下、停车时，靠自然位差维持机化组惰走油流时间润滑油的供给。

检测仪表，分就地仪表及远传仪表。就地表在现场设控制盘，显示各测点的压力、温度值。远传表，在重要的测点处安装变送器，把测量信号值送到主控室记录、显示、报警连锁满足透平机组正常运行时的控制需要。

系统的控制原理

当机组在正常运行中，操作员只需观控制盘上各测点的温度、压力显示数值，就可掌握油系统的运行情况。

当油泵阀门元件有小故障时，或油脏虑油器压差超限时，润滑油供给的压力逐渐将降低，当最远点的压力降低时78．4kPa时，主控室表盘上光字牌灯亮，蜂鸣器响，不管操作员是否观察到，此时已提醒他开始检查并处理，同时另一台油泵自动投入供油。当短时期故障排除，辅泵可自动或手动停，若短时期故障无法排除，即系统将转入重故障的处理方式。

当报警、辅泵投入后，操作员不能及时排除设备问题，但油压仍降继续下降，压力达到49KPa时自动报警、停机,来保证机组的安全,避免重故障的发生。

当设备停电或油泵发生重故障不能供油时,机组的停机,靠高位油箱自然位差维护机组的供油,即旋转惯性所需的油流润滑。

电液伺服控制系统

系统的作用

电液伺服控制系统,在TRT装置中,属于八大系统之一的分系统。根据主控室的指令,来实现TRT的开,停,转速控制,功率控制,炉顶压力以及过程检测等系统控制,要实现以上系统的功能控制,最终将要反映在控制透平机的转速上,就要控制透平静叶的开度,而控制静叶开度的手段就是电液位置伺服系统。控制系统的精度,误差,直接影响TRT系统各阶段过程的控制。由此可见,该系统在TRT中的地位,作用是十分重要的。

系统的构成

系统由液控单元、伺服油缸、动力油站三大部分组成。

液控单元包括调速阀控制单元和透平静叶控制两单元，每一单元均由电液伺服阀、电动用电磁阀、快关用电磁阀、油路块及底座等组成。

伺服油缸为双活塞杆结构，摩擦力很小，密封性能好。

动力油站由油箱、变量油泵、滤油器、冷却器、管道阀门、检测器表等组成。

系统原理

经过方案设计,确定由机、电、液共同构成电液伺服控制系统，其控制方框见图

油源

液压锁

伺服控制器

伺服阀

油缸

曲柄机构

阀板

位置传感器

由自控系统发出的指令信号，在伺服控制器中与油缸的实际位置信号相比较，成为误差信号放大后，送入电液伺服阀，伺服阀按一定的比例将电信号转变成液压油流量推动油缸运动，由位置传感器发出的反馈信号不断改变，直至与指令信号相等时，油缸停止运动，即停在指定的位置上，是透平静叶稳定在此开度上。

油缸的直线运动，通过一套曲柄转变成阀板的旋转运动，改变阀板或静叶的工作角度。

通过以上的分析说明，随着系统信号的不断变化，透平静叶的开度也将不断改变，并通过静叶开度的变化，达到控制转数、控制煤气流量、控制透平出力的目的。

给排水系统

给排水系统由排水密封罐、排水器、阀门及各油站水冷却器组成。（干式TRT也需保留湿法的给排水系统设备）

排水密封罐和排水器均匀钢板焊接而成，其它油、水冷却器为外购选配。

系统原理

为了防止透平积灰、堵塞，设有软水喷雾设施。喷水点在调速阀体前及透平主机一级静叶前。根据透平入口煤气含尘量的高低及透平积灰情况，可选择连续喷水还是间断喷水。

在紧急快切阀前及调速阀体设有定期冲洗喷嘴。

为了将透平主机前、后管道及主机内的机械水、冷凝水安全排放，设有一个排水密封罐和三级排水器（有效水封4800mmH2O）。各不同压力点的排水通过排水管上和节流孔板流入排水密封罐（随排水漏泄的煤气经密封罐顶的气相管返回透平出口管）。然后污水经三级排水器外排。排水密封罐底部设有定期冲洗喷嘴，起搅拌、防止积灰作用，也可以通过这些喷嘴补充水量。

供水：透平喷雾水——工业新水

快切阀、调速阀、油冷却器——高炉净环水

氮气密封系统

透平工作、工质为高炉煤气、属于可燃有毒气体，绝对不能让其外泄，其密封介质为氮气。

由两个支路组成

透平机轴端密封（低压密封支路）

气源氮气压力一般为0.3~0.4MPa,然后经气动薄膜调节阀调节后至密封处的氮气压力高于被密封的煤气压力0.02~0.03MPa 左右,以保证煤气不外泄。氮气耗量以较低为宜。无备用气源，原则上无氮气时停机。

高压密封支路

供紧急快切阀轴封、调速阀轴封用氮气。

高低压发配电系统

高炉煤气余压透平发电装置，是利用高炉煤气压力能，通过透平膨胀作功驱动发电机的回收装置，是高炉系统的一项附属设备。由余压发电的特点决定了发电机的出力不能根据负荷的需要调节，而只能根据高炉工况变化进行调节，在保证高炉炉顶压力稳定的前提下，尽可能多发电，u出力随着高炉炉顶压力波动而变化。

系统的构成

同步发电机：发电机选用北京这重型发电厂无刷励磁同步发电机。由于使用现场多灰尘，发电机采用封闭自循环同风、水冷却通风的方案。发电机采用带永励磁方式，能满足自动和手动励磁调节及灭磁、强砺磁的要求状态下运行5分钟，以便卸掉负荷，并且能从发电机运行状态过渡到电动运行状态，同时也能满足在运行中由同步电动机状态恢复到发电机状态，砺磁装置也同样具有自动适应的能力，而发电机在电机运行状态下输出的无功功率可以根据电网的需要进行调节。

高低配电系统

由4台手车式高压柜组成。并网设置有手动准同期并网、自动准同期并网；保护功能设置有：纵联差动保护、过电流保护、低电压保护、失磁、低周波、逆功率等项保护功能。

低压电控系统

液压油站电气控制：

两台油泵互为备用，当系统压力低于11MPa时（110kgf/c㎡）备用油泵自动投入，故障排除后手动停止。油温低于20℃，油泵不能自启动。此时必须加温，待温度上升至25℃时，加热器自动断开，方可启动油泵。

润滑油站电气控制：

加热器控制。手动操作加温，温度到25℃时，自动断开，加热器停止工作。

两台油泵互为备用：当润滑油管、最远处油压低于约0.08MPa（0.8kgf/c㎡）时，辅助油泵自动投入，系统油压高于约0.2MPA（2kgf/c㎡）时，手动停止。

阀门联锁

喷雾水电动球阀的启闭操作可在控制室及现场两地操作。运行方式可连续喷水或间断喷水，通过时间继电器，整定延时，定时对喷雾水电动球阀开启和关闭，达到间断喷水，当密封罐水位超限，联锁动作，关闭该阀门。

冲洗水电动球阀，开启与关闭可在控制室及现场操作箱进行。同时当密封罐水位超限，联锁动作，关闭该阀门。

排水电动球阀，开启与关闭可以控制及现场操作箱进行。同时于紧急快切阀启、闭互锁，当紧急快切阀全关时，经整定延时约120秒后，排水阀自动全开。当紧急快切阀全开时，自动系统触点闭合，排水阀自动关闭。

泄压旁通，启闭可在控制室及现场两地手动操作，同时与入口液压插板阀互锁。当液压插板阀全开时，泄压旁通阀关闭。当液压插板阀全关时，泄压旁通阀自动开启。

电动盘车可在现场就地手操，启动盘车电机。起动时，挂上盘车装置，当超6R/MIN时，行程开关动作，自动停电机。

自动控制系统

该系统仪表，主要采用日本横河株式会社UXL中小型集散型控制系统，美国HONEY WELLG公司TDC3000集散控制系统。

透平轴运动的测控仪表采用BENTLY公司的3300仪表。

电液伺服控制器，选用航天部609所研制的产品。

系统组成

由反馈控制系统、转数调节系统、功率调节系统、高炉顶压复合调节系统、超驰控制系统、电液位置伺服控制系统、氮气密封压差调节系统、顺序逻辑控制系统等组成。

由以上系统对TRT机组进行启动运行，过程检测控制。在保证高炉正常生产、顶压波动不超限的前提下，顺利完成TRT装置的启动、升速、并网、升功率、顶压调节、正常停机、紧急停机、电动运行、正常运行等项操作及控制。

工作原理

TRT是利用高炉煤气所具有的压力能、热能，通过透平膨胀做功，驱动发电机发电，来进行能量回收的一种节能装置。

与减压阀组的关系

减压阀组是高炉顶压控制的重要手段，根据高炉炉容大小的不同，减压阀组中阀门的口径和数量亦有区别，但其作用是相同的。减压阀组一般由一台自动阀、两台或三台手动阀等组成。

TRT装置与高炉减压阀组在煤气管网配置中既有串联也有并联的。

TRT串联在减压阀组之后，正常运行时，减压阀组全开。

优点：适合泄漏量大，不易改造的减压阀组。

缺点：整个系统的安全性较并联来说较差。

将TRT与减压阀组进行并联，正常运行时，减压阀组全关。

并联运行对减压阀组进行改造

为配合TRT工程，对减压阀组进行如下改造：

设置一台自动阀，接受来自顶压调节器的控制信号，自动调整炉顶压力。

设置一台量程阀，根据自动阀阀位进行自动调整，保证自动阀在线性区工作。

设置两台快开阀，一用一备，当TRT发生故障紧急停机时，该阀能够自动开启，保证炉顶压力的波动范围在允许值之内。

减压阀组一般归炼铁使用，TRT一般划归动力厂，为简化两所属单位之间的关系，可不对减压阀组进行改造，采用透平机并联旁通快开阀的方案。我厂TRT机组即采用此方式。

高炉炉顶压力的控制

高炉炉顶压力的调节系统主要由顶压调节系统和前馈控制组成。

TRT正常运行时的顶压调节原理： TRT对高炉顶压的调节以TRT侧的高炉顶压设定值为目标值，采用PID调节控制TRT静叶开度，达到控制高炉炉顶压力稳定的目的。静叶比高炉减压阀组调节目标值低3kPa左右，以保证静叶调节的优先性。TRT运行时，静叶在自动状态，高炉减压阀组自动阀同样保持自动状态，减压阀组各阀门全部关闭。正常运行时，机组两旁通快开阀全部关闭，一在自动位置（调节目标值比静叶高3kPa，以保证静叶调节的优先性），一在手动位置，一旦静叶调节出现问题，顶压波动超出正常范围，在自动位置的旁通快开阀会自动参与顶压调节。

高炉顶压的前馈控制：对通过TRT的高炉煤气流量进行测量和温压补偿校正，以此信号控制旁通快开阀的开度。在机组正常运行时，旁通快开阀全关；当机组发生重故障时，两旁通快开阀快速打开相应开度（本机组两旁通快开阀无论在手动位置还是在自动位置，有重故障时均能快速打开），在静叶及快切阀快速关闭对高炉产生作用之前，快速打开，使高炉煤气形成畅通，消除这一不安全因素。

重故障跳机后对顶压的控制：当TRT机组发生重故障时，由两旁通快开阀进行顶压控制。两旁通快开阀同时打开同样开度，两阀门同步对顶压进行自动调节。在高炉接到TRT跳机信号后，TRT运行人员可将旁通快开阀转为手动，并逐步关闭旁通快开阀，将顶压控制全部交给高炉控制室。

按除尘工艺情况分类

根据除尘工艺的不同，有湿式除尘和干式除尘，TRT也分为两类：湿式TRT和干式TRT。

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