高炉煤气余压发电TRT初步设计

1 总论1.1 企业概况山西安泰集团股份有限公司经过十几年的发展，已成为集科工贸、产供销于一体，跨洗煤、焦化、冶炼、建材、发电等产业的国家级乡镇企业集团，公司被认定为山西省高新技术企业，获得ISO14001环境管理体系认证，主导产品获得ISO9002国际质量体系认证。

炼铁厂现有3座450m3高炉、1座1080m3高炉，高炉煤气均采用干法布袋除尘工艺，目前生产正常。

1.2工程概况及建设进度为了节能降耗和提升经济效益，山西安泰集团股份有限公司委托思安新能源有限公司出资为3座450m3高炉配套建设高炉煤气余压发电装置，本项目在建设、运行和转让（EMC）的基础上实施。

思安新能源有限公司提供项目设计、设备采购、建设、运行管理所需资金。

山西安泰集团股份有限公司为余压发电项目提供项目建设所需的场地、余压资源、电站的生产生活用水、氮气等；计划自2011年12月开始，1年内建设完成。

1.3 设计依据（1）山西安泰集团股份有限公司3×450m3高炉的相关设计、运行资料；（2）山西安泰集团股份有限公司提供的建设地址区域的地形图；（3）国家现行的规程、规范及有关标准。

1.4 工程建设的意义冶金企业是全国最大的能源用户。

单以用电来说，约占全国总用量的13～15%，而高炉又是冶金企业中的能耗大户，约占冶金企业用电的40%左右。

因此充分利用冶金企业的副产煤气（如高炉煤气），对节约能源具有重大意义。

高炉煤气的化学能一般工厂均能较好的利用（如作燃料使用），而对高炉煤气的余压和余热却未充分利用。

常规的工艺流程是：高炉炉顶出来的高温（150～250℃）、高压（0.1～0.15MPa）煤气，经除尘处理后就送往减压阀组，在减压阀组里将煤气压力降至10kPa（0.01 MPa）左右。

这样，不仅浪费了煤气大量的压力能，还在减压阀组附近产生非常大的噪音（可达120分贝以上），污染了周围环境。

为了充分回收高炉煤气的压力能和潜热能，冶金企业采用高炉煤气余压透平发电机组（简称TRT），TRT的工作原理是：用透平膨胀机将原来损耗在减压阀组上的高炉煤气的压力能和潜热能转换成机械能，再通过发电机将机械能变成电能输送给厂内电网。

这样既回收了高炉煤气的压力能和潜热能，又减少了噪声对环境的污染。

另外采用TRT同时也改善了炉顶压力的调节品质，有利于稳定高炉生产。

目前全国电力供应紧张，TRT发电符合国家能源政策。

国家发展改革委发布的《产业结构调整指导目录》中，“高炉炉顶压差发电（TRT）”列为钢铁行业鼓励建设项目。

由此可见，山西安泰集团股份有限公司新建高炉煤气余压透平发电（TRT）机组，是节能降耗和提升经济效益的好项目，既有企业的经济效益又有良好的社会效益，也合乎国家的建设方针。

1.5 工程建设的有利条件1.5.1承办单位经验丰富思安新能源有限公司总部位于国家级西安高新技术产业开发区，主要从事新能源技术和产品研发、生产与工程项目实施，是集开发、设计、工程建设、运营服务与投资于一体的技术服务型企业。

基于长期的发展积累，针对性地开发了多套余热余压资源回收利用系统，形成了余热余压利用工程总承包、设备成套、技术服务等多种业务运营模式。

思安新能源有限公司秉承凝聚智慧，追求卓越的理念，以携手并进，回报社会为自己的使命，把资源高效开发与综合利用技术为作为重点，致力于成为大型工业企业节能减排专家。

1.5.2山西安泰集团股份有限公司建设TRT工程的有利条件(1) 安泰3座450 m3高炉的煤气净化均采用干法布袋除尘工艺。

干法除尘后的煤气温度高，因此TRT的发电量要较以往的湿法除尘提高25～40% 。

3座高炉建设3套全干式TRT后，不但将煤气压力能转换成电能，还可充分利用煤气显热，提高发电效率，在高炉生产正常的情况下，约可回收高炉煤气鼓风机所耗能量的35～40%左右，其经济效益很好。

(2) 安泰在中、小高炉上具有丰富的管理和操作经验，利用系数高、炉况稳定，这也为TRT长期高效运行提供了保证。

1.6 设计原则(1) 严格遵守国家现行的规程、规范及有关标准；(2) 设计采用先进、适用、安全、可靠的技术，有利于集中管理、减少定员和提高经济效益；(3) 充分利用现有设施和场地以节省投资，并使工程实施过程尽量做到不影响或少影响现有生产；(4) 重视安全、消防和能源计量，提高节能效益，注意环境保护。

1.7 工程设计指导思想虽然全干式TRT装置不仅回收了高炉煤气的压力能和潜热能，又改善了高炉顶压调节品质，另外又减少了原减压阀组的噪声污染，尽管如此，TRT仍然是高炉的辅助设施，TRT机组在设计、运行中必须遵循以下原则：(1) 在正常启动、运行、停机过程中，不得影响高炉正常生产。

(2) 当TRT机组在运行中发生重大事故而紧急停车时，也不能对高炉顶压造成大的波动。

其控制标准：透平正常运行时，炉顶压力波动≤±5kPa；透平紧急停车时，炉顶压力波动≤±8kPa；透平甩负荷时，炉顶压力波动≤±8kPa；(3) 不能单独向用户供电，只能与工厂电力系统并网运行。

(4) 在保证高炉炉况稳定的前提下，争取多发电。

(5) 本工程的装备标准应达到国内先进水平；本工程投产后应达到投资省、质量好、见效快、效益高的优质工程。

1.8 设计内容和设计范围1.8.1 设计内容（1）3套3000kW高炉煤气余压透平发电（TRT）成套机组的站区布置和配管。

内容包括如下八大系统：1）TRT透平主机和发电机系统；2）高低压发配电系统；3）大型阀门系统；4）液压伺服控制系统；5）润滑油系统；6）氮气密封系统；7）冷却水系统；8）自动化控制系统。

（2）与高炉煤气余压透平发电（TRT）成套机组配套的公辅设施：1）建筑、结构设计：TRT主控楼、TRT厂房、设备基础、管道支架和操作平台；2）高低压发配电系统工厂设计；3）自动化仪表系统工厂设计；4）站区内、外煤气管道设计；5）站区内消防和循环冷却水站设计；6）站区内火灾报警设计；7）主控楼、主厂房的暖通设计。

1.8.2 设计范围本次建设我公司承担的设计范围以技术协议为准。

1.9 工程设计简介1.9.1 TRT工艺概述1.9.1.1 TRT工艺流程（1）TRT工艺流程的选定●安泰高炉煤气净化采用干法布袋除尘工艺，净煤气温度高，含水量少、含尘量低，TRT工艺设计宜采用全量回收法。

可选用全干式TRT主机，使高炉所产生的煤气能够全量经过透平膨胀机，TRT 装置不仅能全部回收高炉煤气的压力能，还能回收煤气的显热，尽可能多发电。

●3座450 m3高炉对应采用3台TRT机组。

（2）TRT工艺流程TRT机组与高炉减压阀组并联布置，即TRT的进口管与每座高炉干法除尘系统的高压管道（减压阀组前）连通，TRT的出口管与高炉减压阀组后的低压净煤气管道或厂区净煤气管道连通。

TRT正常运行时，煤气不经过减压阀组，炉顶压力由TRT调节。

1.9.1.2 TRT机组主要性能和组成（1）TRT机组主要性能参数表1-1 主要性能参数（2）高炉煤气余压透平发电装置（TRT）的组成高炉煤气余压透平发电装置（TRT）由以下八大系统组成：1）透平主机和发电机系统(a) 透平主机：●透平膨胀机型号：CYLⅡ3000●双级轴流式，轴向进气、向上径向排气，悬臂结构，结构简单可靠。

●动静叶片采用了短叶片设计，叶片的自振频率远高于工作转速下的激振频率，在各种工况下，具有很好的强度；动叶叶根采用了棕树型叶根，具备了良好的强度。

(b) 无刷励磁同步发电机：●型号：QF-J3-2●额定功率：3000kW●额定电压：10.5kV●额定转速：3000r/min2）润滑油系统●该系统同时向透平主机和发电机提供润滑油，设2台电动泵，一用一备。

●同时设有高位油箱系统，以确保系统的安全运行。

3）大型阀门系统●TRT入口：电动三偏心金属密封蝶阀，敞开式电动插板阀，紧急切断阀（快关时间≤0.5s）。

●TRT出口：敞开式电动插板阀，电动三偏心金属密封蝶阀，液动旁通快开阀（快开时间≤2s）。

4）液压伺服控制系统由液控单元、动力油站、伺服油缸及检测仪表等组成。

主要通过液压元件控制可调静叶、紧急切断阀、旁通阀等的动作，以实现自动调节，控制透平平稳升速和控制高炉炉顶压力波动在允许范围内。

5）氮气密封系统透平轴端密封，采用碳环组合密封。

6）给排水系统该系统主要供发电机空气冷却器、液压站、润滑油站的冷却，本工程中，在TRT站区设有循环水站。

7）高低压发配电装置发配电系统包括发电机及励磁系统、高低压配电系统、电气控制系统及同期并网系统。

8）自动控制系统系统采用PLC控制系统，完成机组的过程控制、逻辑控制和监视、故障报警显示功能，保证TRT系统的正常运行和不影响高炉的正常生产。

1.9.1.3 高炉煤气余压透平发电装置（TRT）的站区布置（1）TRT站区拟建地点拟建在炼铁厂与烧结厂之间的空地。

（2）TRT站区布置3台TRT机组布置在同一个主厂房内，透平膨胀机和发电机采用单层布置，基础顶面标高约为+0.100m。

TRT主厂房为封闭厂房。

为检修方便，主厂房内配置1台16t防爆电动桥式起重机，并留有检修通道。

TRT控制楼为两层砖混结构，一层为高低压配电室，二层为电气仪表控制室。

（3）站区煤气进、出口管道根据煤气流量，每台透平膨胀机的煤气进口管道为DN1400,煤气出口管道为DN1600。

1.9.2土建高炉煤气余压透平发电(TRT)工程主要构筑物有TRT 主厂房、透平机发电机基础、TRT控制楼和煤气管道支架及平台等。

本工程建筑物、构筑物地震烈度按8度设防。

（1）设计主要数据●基本风压：0.5 kN/m2●灰荷载：按工艺专业委托或按建筑结构荷载规范取值。

（2）主要建筑物的建筑设计1）厂房为封闭式，框架结构，厂房采用保温型钢结构墙皮，厂房柱为钢筋混凝土型式。

2）控制楼为砖混结构两层楼房,卷材防水屋面上设架空隔热层，采用无组织排水。

3）控制楼建筑装修:一层地面为30厚防滑釉面砖面层；二层楼面采用防静电地板；二层顶棚为轻钢龙骨吊平顶，一层顶棚为乳胶漆面；铝合金窗，木门，内外墙面为混合砂浆粉刷。

1.9.3电气部分每台TRT发电机额定功率3000kW，端电压10.5kV，频率50Hz，功率因数0.8。

励磁方式采用结构紧凑、维护方便、无火花、声音小、并且运行安全可靠的无刷励磁方式。

TRT系统所有高、低压开关柜、控制柜均由陕鼓配套供货。

（1）电气布置TRT电气室设在TRT控制楼的一层，高、低压开关柜及变压器均布置在TRT电气室内。

TRT控制室设在TRT控制楼的二层，布置有TRT系统的PLC 柜、微机综保屏等，为仪电合用。

（2）电缆选择与敷设10kV电缆选用阻燃型交联聚乙烯铜芯电力电缆，低压电缆选用阻燃型聚乙烯铜芯电力电缆，控制电缆按用途分别选用普通控制电缆、带屏蔽控制电缆和计算机电缆。