高炉煤气余压透平发电TRT装置及电机变频控制系统节能建设项目可行性研究报告

高炉煤气余压透平发电（TRT）装置及电机变频控制系统节能建设项目可行性研究报告福建某某有限公司二〇〇九年三月目录1、总论 (1)2、TRT工艺及设备 (4)3、电机变频控制系统 (18)4、总图 (24)5、给排水 (26)6、土建 (28)7、通风设施 (29)8、电讯设施 (30)9、安全卫生与消防 (32)10、环境保护 (37)11、能源 (39)12、投资估算 (41)13、经济分析 (43)1、总论1.1概述某某公司拥有2250m3高炉，现拟定为高炉配套高炉煤气余压透平发电装置，同时对拥有热轧带钢固溶生产线配备电机变频控制系统。

1.2设计依据⑴福建某某有限公司的委托书。

⑵福建某某有限公司提供的建设地址区域的地形图。

⑶设备生产厂家资料和文件。

1.3工程建设意义冶金行业是全国最大的能源用户，用电量约占全国总用量的13～15%，而高炉又是钢铁企业的能耗大户，占钢铁企业用电的40%左右。

国内外钢铁企业高炉煤气余压透平运行情况看，节能效率和环保效果良好，经济效益和社会效益显著，不但能回收煤气的余压进行高效发电，而且有效地解决了减压阀组减压时产生的噪音污染和管道振动，对高炉的稳定生产也有益处。

福建某某有限公司现有高炉的煤气净化均采用脉冲布袋干法除尘工艺，干法除尘TRT发电量较湿法提高20%以上，故高炉上建设1套全干式TRT，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，降低炼铁工序能耗及成本，减少噪音污染，是一项收效十分显著的节能和环保项目。

1.4工程建设范围高炉煤气余压透平发电（TRT）成套设施，主要内容包括TRT透平主机和发电机系统、高低压发配电系统、大型阀门系统、液压伺服控制系统、润滑油系统、氮气密封系统、冷却水系统、自动化控制系统，以及TRT主控楼、TRT厂房、煤气管道、支架和操作平台。

热轧带钢和固溶电机变频控制系统对带钢轧制和固溶生产线的电机采用变频器调速。

1.5工程建设指导思想全干式TRT装置是将透平膨胀机将原来损耗在调压阀组上高炉煤气的压力能和潜热能转换成机械能，再通过发电机变成电能，同时又代替了煤气调压阀组控制炉顶压力，改善了高炉顶压调节品质，更利于高炉生产，又解决了原调压阀组的噪声污染，但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：⑴在正常启动、运行、停机过程中，不得影响高炉正常生产。

⑵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。

⑶不能单独向用户供电，只能与工厂电力系统并网运行。

⑷在保证高炉炉况稳定的前提下，争取多发电。

本工程TRT装备标准达到国内先进水平，采用先进实用、成熟可靠的工艺技术，达到最佳的经济效益，建设成投资省、质量好、效益高、能耗低的工程。

1.6工程建设有利条件福建某某有限公司在高炉建设时已经预留TRT装置所需的场地，高炉炉区总体平面布置合理，水、电条件均具备。

TRT技术已经成熟，设备制造非常可靠。

国内大型设备制造厂既有自己开发研制的自有知识产权的技术，又有引进消化吸收的国外先进技术，有力地保证了TRT设备的质量和技术含量，国内先后投产的上百套TRT 装置，绝大部分由国内厂家生产制造，运行良好，并发挥了很好的经济效益。

1.7结论本项目经济效益较高，社会效益好。

预计达产后TRT年发电量为12231万kwh，扣系统自用电量320万kwh，年可供电量11911万kwh，电机变频控制系统年节电量6970万kwh。

每年可节约折标准煤66084吨，减少二氧化硫产生量为1056吨。

项目达产年新增产值9600.5万元，年平均税后利润4260.19万元；所得税后，项目内部收益率为43.53%，全部投资回收期 3.30年（含建设期1年），财务净现值（ic=10%）为19654.73万元，基建借款偿还期为3年（含建设期1年）。

综合分析，本项目在经济上合理，技术上可行，具有良好的经济效益和显著的社会效益，建议抓紧对项目进行立项，争取早日投产。

2、TRT工艺及设备2.1高炉主要技术参数表2-1 高炉主要生产指标和技术参数2.2 TRT设计参数TRT设计参数见表2-2。

表2-2 减压阀组前净煤气主要参数2.3 TRT机组主要性能参数主要性能参数见表2-3。

表2-3 主要性能参数2.4 TRT系统组成高炉煤气余压透平发电装置由以下八大系统组成：⑴透平主机和发电机系统⑵高低压发配电系统⑶大型阀门及煤气管道系统⑷液压伺服控制系统⑸润滑油系统⑹氮气密封系统⑺冷却水系统⑻自动控制系统2.5 TRT工艺流程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，由于炉容不大，TRT工艺设计拟采用全量回收法，并选用全干式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。

TRT系统与高炉调压阀组并联布置。

高炉干法除尘净化后的煤气送至余压透平发电系统，在干法除尘系统中已预留透平系统的高压侧（进口）接口，在外部管网调压阀组后亦预留透平系统的低压侧（出口）接口。

透平主机、发电机为高架式，为检修和调试方便，主厂房内配置桥式起重机，厂房侧面设置主控楼，一层为低配室，二层为电缆层和工具间、更衣室，三层为控制室。

工艺过程是由布袋除尘器出来的高压高温、干燥洁净的煤气经电动二次偏心蝶阀、电动敞开式插板阀、快速切断阀进入透平膨胀机，透平的第一级静叶为可调，用其调节进透平机的煤气流量，并用其控制炉顶压力。

通过导流器使煤气转成轴向进入叶栅，煤气在静叶栅和动叶栅组成的流道中不断膨胀作功，压力和温度降低，并转化为动能作用于工作轮（即转子及动叶片）使之旋转，工作轮通过联轴带动发电机一起转动而发电。

叶栅出口的煤气经过扩压器进行扩压，以提高其背压达一定值，然后经排气蜗壳流出透平，进入减压阀组合后的煤气管道。

膨胀后的煤气压力为～10KPa，经过出口煤气管上电动封闭式插板阀接入外部管网；启动时，为控制煤气流量在入口蝶阀旁设1个电动启动蝶阀；当TRT发生故障时，因原有调压阀组不能及时开启，增加1个旁通管，设置一个液动快开阀，在出现重大故障时，紧急切断阀将在小于1s的时间内关闭，此时联锁旁通快开阀（一般约1～4s）打开，使高压煤气短时间内快速泄压至煤气管道低压侧，避免炉顶压力突然升高，同时调压阀组其它阀自动打开，在旁通快开阀慢关时（一般约40s），调压阀组自动阀逐渐开大，自动调节炉顶压力，炉顶压力转至高炉侧控制，使TRT系统安全脱离高炉煤气系统，保证高炉正常运行。

正常运行时，煤气不经过减压阀组，炉顶压力由TRT调节。

2.6透平主机及发电机系统透平主机系统是TRT装置的核心，包括透平膨胀机和发电机。

2.6.1透平主机⑴本次设计以国产TRT透平主机为依据，初步拟选用陕鼓集团产品，型号：MPG18/2.62-150。

⑵透平膨胀机型式：干式轴流、二级反动式、第一级静叶可调并可实现全关闭、煤气透平膨胀机。

⑶结构特点：采用大流通面积，低圆周速度，平直粗壮叶型。

⑷透平转数：3000r/min，允许超速3350r/min（包括发电机转子）。

⑸透平工作转向：从透平进气端看为顺时针方向。

⑹设计寿命：主机≥10万小时，透平连续不开盖运行时间≥18个月。

⑺透平主机效率：≥86%。

⑻透平主机包括机壳、转子、静叶、伺服油缸、危机保安器、轴承箱、盘车装置、密封装置、主油泵、底座和联轴器等部件。

①机壳是透平机最重要的承压件，采用铸造结构，水平剖分，厚中分面法兰，预紧应力螺栓，中分面经过精密加工，以防泄漏。

机壳强度按压力0.30Mpa，温度260℃设计制造，机壳进行水压试验。

机体为机壳和静叶承缸双层结构，变形适应力强。

②转子叶片采用斜棱型纵树叶根，径向插入，隔叶块固定，两级叶片用重熔不锈钢制成，转子动平衡精度为G1级。

③叶型采用TRT专用高效叶型，大弦长、大节距，不易积灰、堵塞、磨损，气体流动性能好，透平出力效率高，第一级静叶可作到全关闭，且启动、调节性能好。

叶片端面加工成以转子为中心的球面，全关、全开转动调节间隙不变，流动效率高。

叶能全关，泄漏量小。

④静叶伺服油缸安装内缸体上，采用双伺服油缸、同步带动调节圈来调节静叶角度，并配有位置传感器及行程开关，确保动作灵敏、可靠性高。

在指令信号电液伺服控制下，自动可调，提高变工况效率，并使炉顶压力保持稳定，效率处于最佳工况区。

⑤主机配有机械式危机保安器，在飞车状态下飞锤飞出，快速打开保安器油门，具有独立性和可靠性。

⑥轴承箱与机壳采用分体结构，轴承采用压力润滑的滑动轴承，轴瓦材质为巴氏合金。

支承轴承采用四油叶轴承。

推力轴承采用金氏贝雷电型，该轴承可以随轴向力的变化而自动调整瓦块位置，保证瓦块间承受载荷的均匀性，具有极高的承受能力。

⑦电动盘车装置安装在转子联轴器端，手动啮合，由防爆电机、齿轮和机械式超越离合装置构成，其工作可靠性高，使用寿命长，当主轴超过一定转数时，自动脱开。

⑧透平轴端密封装置采用充氮式拉别令密封装置，并外加巴氏合金密封，可有效防止煤气外泄，同时减少氮气消耗量，使得氮气消耗量不高于240m3/h。

⑨主油泵安装在透平主机轴端，为1台螺杆式油泵，供机组各润滑点轴承用油。

主油泵与电动辅助油泵之间可实现无扰动切换。

⑩底座采用碳素钢焊接结构的整体型底座，能够承受透平机的静载荷和动载荷并传导到基础上，透平机相对于底座不是绝对刚性固定，是采用以一个死点为定位点，其余沿导向键可在水平轴向自由热膨胀的结构。

⑼主要部件材质机壳：QT400-15A；转子主轴：25Cr2Ni4MoV;动叶片：0Cr15Ni4CuNb；静叶片：2Cr13；底座：Q235-A；⑽静叶调节优点TRT装置是高炉的从属生产设施，直接用其控制稳定炉顶压力，其运行好坏，关系到高炉生产运行，以一级可调静叶开度变化控制煤气进透平流速，可有效保证炉顶压力波动控制在要求范围内。

采用可调静叶机构，它最大的优势是静叶片转动灵活，调节性能好，一级静叶可做到全关，调节范围宽，透平设计点以持续时间最长的负荷作为设计点，在负荷降低或提高时，即偏离设计点，对效率的影响都较小。

2.6.2发电机发电机包括主、付励磁机、空气冷却器、数字式励磁柜。

⑴发电机型式：无刷励磁同步发电机；⑵型号：QF-18-2型；⑶额定功率：18000KW⑷额定电压：10.5KV⑸透平转数：3000r/min⑹功率因数：0.8⑺频率：50Hz⑻采用同轴交流主励磁机的无刷励磁及永磁式副励磁机方式，由于TRT装置发电机运行工况的变化，其励磁调节装置能对发电机实现手动、自动的强励磁及快速灭磁要求，同时具备以下功能，发电机励磁调节系统在高炉工况变化范围内，能使发电机并网前按恒电压自动调节、并网后按恒无功自动调节和恒功率因数自动调节、励磁调节装置具备自身故障报警功能。