高炉提压增量后富裕煤气除尘及余压发电设备改造

高炉提压增量后富裕煤气除尘及余压发电设备改造
周家宾
【摘要】对攀钢4#高炉煤气提压增量后干式煤气除尘、发电工艺存在的问题进行了分析,并根据BDC差压高、TRT透平机效率低实际运行情况,实施优化、改造,降
低了BDC差压,解决了透平机运行工况不足的瓶颈,改造后取得良好效益.
【期刊名称】《冶金动力》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】3页(P29-31)
【关键词】高炉;提压增量;问题;改造
【作者】周家宾
【作者单位】攀枝花钢钒有限公司能源动力分公司,四川攀枝花 617000
【正文语种】中文
【中图分类】X757
引言
攀钢4#高炉原设计煤气除尘采用“双文”湿式系统，后改造为干式布袋除尘系统，湿式系统备用。

配套透平发电机组运行已达17年，炉顶压力150 kPa，煤气发生量24万m3/h。

由于近年来冶炼强度加大，煤气参数发生较大变化，煤气量达到32～36万m3/h；压力150～170 kPa；温度120～330 ℃（最高330℃），现
有干式除尘BDC系统的处理能力和透平机运行工况已不能满足生产要求。

1 现状及问题分析
1.1 干式工艺系统问题分析
（1）随着4#高炉冶炼强度不断提高，煤气发生量由设计的24万m3/h，提高到目前的32～36万m3/h，高炉煤气净化系统的处理负荷提高了30%～50%，系
统长期超负荷运行，设备以及部分配套设施磨损程度已经相当严重，频繁发生煤气泄漏。

据统计2016年至今煤气管道泄漏40次，威胁着4#高炉及高炉煤气除尘系统的安全稳定运行。

（2）4#高炉干式布袋除尘器差压长时间运行在5～7 kPa之间，实际过滤风速
1.27～1.36 m/min，远远高于国家标准袋式除尘器差压宜小于等于3 kPa，过滤
风速0.3～0.8 m/min的规定值[1]。

4#高炉冶炼强度发生变化后，干式除尘系统
过滤负荷、过滤流速明显增加，导致布袋穿孔、管道磨损泄漏煤气。

（3）瓦斯灰输送采用的机械输灰方式，且设备老化严重，输灰过程扬尘现象严重，在高炉炉料变化时问题尤为突出，多次出现系统排灰困难。

1.2 TRT设备工艺问题分析
1.2.1 原透平机是按干式运行条件入口压力150 kPa，煤气发生量24万m3/h，
煤气温度140℃（最大170℃），透平装机容量6100 kW；湿式运行条件透平入
口压力124 kPa，煤气发生量24万m3/h，煤气温度45℃。

透平装机容量6100 kW，配套7520 kW的无刷励磁发电机,透平出力平均5650 kW。

由于近年来冶炼强度加大，煤气参数发生了较大的变化，详见表1。

表1 煤气参数统计表项目正常值最大值高炉炉顶压力/kPa煤气发生量/m3·h-1炉顶煤气温度/℃150 170 320 000 360 000 120～330 380
从表1可看出，煤气参数均有了大幅度的上升，即现透平的流通能力不能满足要求，正常情况下约有6～8万m3/h（最大可达10万m3/h）不能通过透平作功输出电能，只有经湿式系统除尘后，再经减压阀组排入厂区管网，造成二次能源的浪
费。

1.2.2 现有透平及油系统均为日本原装引进设备，透平的结构形式与国内完全不同，透平结构是轴向进气，径向出气（进出气均在透平上下平分的中心位置），而国内的透平进气及排气均在下方。

TRT机组存在以下主要问题：
（1）透平机设计寿命为15年，现已运行17年。

（2）透平机能力不能满足现有高炉生产参数需求，综合发电效率仅仅55%～60%，远远低于设计值75%。

（3）设备劣化及疲劳严重。

定修时进行了全面解体检查，已出现动叶、静叶、隔板及部件劣化及疲劳严重，动叶叶顶、叶根及叶片磨损严重，已远远低于设计安全厚度。

第二级静叶探伤有三片静叶根部有局部裂纹，对TRT系统安全、稳定运行
构成严重威胁。

（4）透平机属进口设备，存在国产配件无法匹配的问题，送日本进行透平机大修费用昂贵。

（5）透平机油系统及附属设施老化严重。

2 工艺优化方案及实施内容
2.1 BDC系统新增两个筒体方案及实施
选取过滤风速按0.3～0.8 m/min，利用现有的反吹风机旁地形，采用攀钢独具特点的高炉煤气反吹布袋式全干式除尘工艺技术，通过计算，见表2，新增2个BDC筒体，新增2个筒体与原6个筒体并联运行，保证8个筒体运行，增大过滤面积，降低除尘布袋过滤风速，且符合国家标准。

表2 4#高炉除尘系统煤气流量与过滤风速煤气标准流量/m3·h-1煤气工况流量
/m3·h-1BDC入口管道工况流速/m·min-1筒体数量/个240 000164 48717.95 320 000219 31723.94 340 000233 02425.43 8 7 6 8 7 6 8 7 6过滤面积/m2 5064.192 4431.168 3798.144 5064.192 4431.168 3798.144 5065.192
4431.168 3798.144工况过滤风速/m·min-1 0.54 0.62 0.72 0.72 0.82 0.96 0.77 0.88 1.02
2.2 BDC入口管道优化设计
从散热器出来的荒煤气温度较高，一般140～220 ℃，流速快，达28 m/s，含尘浓度10～40 g/m3，对干式布袋除尘器前的弯管道磨损冲刷严重，在干式布袋除
尘器改造设计中考虑合理的现场管道设备工艺布置，并考虑局部管道位置设置导流板、加内衬、管壁加厚、增加耐磨层等措施。

2.3 排灰系统改造方案及实施
干式布袋除尘器排灰采用机械输灰方式，系统一直存在严重的二次扬程，设备故障频繁，不仅影响周边地区环保，而且设备检修、保产难度大。

加之高炉炉料的影响，尤其是ZnO含量波动较大，为2%～26.78%，由于瓦斯灰成分性质决定其状态的变化，从高炉高温到除尘系统的低温温降，使瓦斯灰结垢，机械式输灰出现完全失效的情况，瓦斯灰悬空在粉尘罐上空或板结于设备内壁，无法排灰。

将目前的机械输灰方式设计为先进的气力输灰方式，新增仓泵1套、输灰管道、
灰库及配套的设备。

2.4 TRT透平机组的改造
2.4.1 进出口管道工艺改造
原透平机结构是轴向进气，径向出气（进出气均在透平上下平分的中心位置），本次国产化改造后，对进出口管道进行了相应的优化改造，改为下进下出布置形式，进口管道利用曲管压力平衡补偿器，出口管道利用直管压力平衡补偿器进行轴向的补偿。

2.4.2 TRT透平机组设备改造
4#高炉TRT透平机在原设计上作了优化改造，主要解决了下伺服油缸因环境恶劣
造成漏油的问题。

主要技术改造：
（1）该机组仍然采用双油缸力偶驱动，但对油缸进行了优化设计，由上、下反向设计改进为向上对称设计，双缸上部对称布置。

（2）油缸连接改造
取消了绕性接头，油缸两个端头各设计了一个检漏油口，避免油液流入静叶腔，并且方便观察密封损坏情况。

（3）静叶轴承采用高力黄铜加石墨，静叶和静叶摇臂采用铣扁定位，方便更换静叶叶片。

（4）轴端密封、轴颈密封改造
在排氮管道后油封之前增加一道碳环密封，转子密封齿片相应增加，排氮管道管径由DN32增大到DN50。

对氮封氮气差压取压口位置作相应改造，设计在轴端密
封与轴颈密封之间，保证了取压准确，压差准确。

轴颈密封：安装部分改进为调整垫可调整方式，方便备件更换。

（5）动静叶片表面经过渗氮处理。

（6）主油泵腔体的排气管改造，由原来的对空排气改为主油泵腔内部循环排气方式，利用油雾风机排出。

3 达到的效果、效益
通过以上技术革新，4#高炉干式除尘系统工艺运行稳定，BDC布袋过滤负荷平稳，BDC差压控制在最佳工况点，降低了在相同炉顶煤气压力条件下布袋除尘器差压，并且干式运行率可以得到保证。

（1）在原BDC布袋筒体前并联2个筒体，运行布袋筒体形成2+6处理能力，处理煤气量达32～36万m3/h，这样完全解决了目前BDC布袋负荷的问题。

BDC
差压由原来5～7 kPa下降到3 kPa以内，满足生产需要。

（2）BDC排灰系统由目前的机械输灰改成气力输灰，气力输灰能实现干灰排放过
程中全封闭、无泄漏的排放，且为正压浓相输灰，对管道和系统各阀门磨损量极小，整个系统易损件较少，运行经济、稳定，完全自动化控制，生产效率高。

（3）技术改造后，TRT透平机装机容量为7000 kW，发电机装机容量为10000 kW，能满足现有煤气发生量的通过能力，并且把超过正常情况下约6～10万
m3/h不能通过透平作功的部分煤气用于发电输出，完成二次能源利用。

改造完成后，这部分煤气的压力及热能可完全回收利用，新增效益计算如下：
式中，ηG——透平效率（取85%）；
ηN——发电机效率（取96%）；
Q——煤气流量，m3/h；
C P——煤气比热（取1.365 kJ/m3）；
T——透平入口煤气温度，K；
P1——透平入口煤气压力，kPa；
P2——透平出口煤气压力，kPa；
K——煤气绝热指数（取1.37）。

未改造前透平机出力平均5650 kW，改造后的透平机出力平均7273 kW，较改造前多发电1298万kW·h/年。

4 结语
通过对4#高炉干式除尘工艺改造实施，解决了现有干式除尘系统不能全部回收富
裕煤气的难题，完善了二次能源回收利用技术。

对TRT透平机进行国产化改造，
该技术已推广应用，建成投运后系统运行稳定，为公司创造了显著的经济效益。

[参考文献]
【相关文献】
[1]GB50505－2009，高炉煤气干法袋式除尘设计规范[S].
[2]王冬雁.杭钢新1号高炉煤气全干式余压透平发电的设计与应用[J]. 安徽冶金职业学院学报，2008（7）：50-51.。