大型高炉煤气余压透平发电装置(TRT)的开发

大型高炉煤气余压透平发电装置(TRT)的开发

郭玲丽，陈勇

(成都发动机集团有限公司科能公司，四川成都610503)

摘要：高炉煤气余压透平发电装置(TOP GAS PRESSURE ENERGY RECOVERY TURBINE 简称TRT)是利用高炉炉顶煤气的压力，让煤气通过透平膨胀做功，带动发电机发电的节能设备，因为它不消耗任何燃料，能够减少环境污染，而且能为企业增加电力能源，因此TRT 是发展潜力巨大的节能降耗产品，是钢铁工业的一项重大节能技术。

关键词：大型TRT；气动设计；静叶调角机构

1 工艺流程

高炉产生的煤气，经重力除尘器，两级文氏管(或环缝洗涤)，进入TRT装置，经入口电动碟阀、入口插板阀、调速阀、快切阀，经透平机膨胀做功，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。见图1。

2 技术应用现状

TRT是一种余能回收的节能装置，它充分的利用了高炉煤气中的压力能，而且煤气还能回收利用，故TRT既能提高能源利用率，还能缓解企业电力供应紧张的矛盾，同时还改善了炼铁厂周围环境污染，噪声污染，对环境保护和利用再生能源、节能、清洁生产及资源综合利用起到了积极的促进作用。

目前，发达国家现有的炼铁高炉已普遍安装使用TRT，我国自20世纪90年代开始，在大中型高炉上安装TRT装置收到了较好的经济效益、社会效益和环境效益，为此，国家经贸委明确提出1000m3以上高炉都要安装TRT装置，1000m3以下的高炉也要推广使用TRT 装置。国家发改委等部门颁发的《“十一五”十大重点工程节能工程实施意见》中将TRT技术列入第三类余热余压利用工程。国家已明确提出，今后新上高炉必须同步配套建设TRT，已投产的高炉要尽快补上TRT装置。

3 关键技术

1.气动设计(含强度、振动验算)

TRT叶片的工作环境恶劣，煤气参数(压力、流量、温度)随时在发生变化，且含有少量粉尘，它的运行需要满足高炉的以下需求：

第一、优异的气动性能，效率尽可能高，要求不小于88%；

第二、高炉煤气在叶片通道内不易积灰、不易堵塞；

第三、叶片长寿命的工作要求，需要对叶片进行严格的强度、振动验算，考虑叶片的疲劳问题，必须具有很高的安全系数。

采用航空发动机气动设计流程，运用全三维有粘流场分析技术，经多轮迭代计算，使得流场内流速均匀，气流不分离。

对关键零部件(叶片、主轴)进行强度和模态分析，对转子进行转子动力学分析，避免转子在运行转速下出现共振，影响机组平稳运行。图3、图4分别为叶片的应力分析结果和转子的临界转速。

2.进、排气通道的设计

目前在国内鞍钢4200m3高炉上，首次采用成发轴向排气的TRT，沿袭航空发动机的设计思想，改变了国内原有的模式，形成独有的技术特点，其TRT的容量比原中型TRT大许多。这就要求有效解决整个壳体刚性、热疏导等问题，要求气流平稳，气动效率高，噪音小、结构轻便，维修方便，故障检测容易，易损件少，生产、维护成本低。

3.齿轮齿条的静叶调角机构

成发集团TRT采用的调角器是通过伺服机构控制力偶式齿轮付机构，灵敏度高，精确度高，可靠性高，控制同步性好，寿命长和无故障间隔时间长。目前其他单位均采用简单的四连杆伺服执行机构，对制造和装配精度要求极高。实际使用中，四连杆机构进入死点，动作不同步产生卡死的现象时有发生，严重影响了设备的正常运转，甚至危及到高炉生产。

4 转子的设计

转子是整个TRT装置最核心的部件，直接影响机组的性能和安全。成发集团大型TRT 机组仍然采用刚性轴设计思路，因为刚性轴设计让透平在启、停机过程中避开了临界转速，使机组不受过临界转速引起的共振影响，同时削弱了机组在一个循环中的应力峰值，提高了叶片、轴承等重要零部件的疲劳寿命，确保机组运行稳定、安全。刚性轴设计还降低了透平机组的操作难度和控制难度。根据国家规范要求，刚性转子只需要进行低速动平衡，为用户在使用过程中的维修提供很大的方便，也显著地降低维修成本。

5 轴承的设计

由于TRT整个轴系的质量很大，支承轴承采用可倾瓦摆动支承轴承，其承载力大，轴承的高速稳定性好、寿命长、工艺性好。推力轴承采用金斯伯利轴承，各推力瓦块能随载荷的变化自动调节倾斜度，保证每个瓦块上的载荷均匀分布，延长瓦块的寿命。主付推力面均可承受100%的轴向推力。

6 试验验证

进行叶片测频、壳体打压、危急保安器动作精确度的测试、转子动平衡、传动组件试运转等多项试验，验证设计技术，检查制造和装配质量。

7 总结

随着国际能源危机的加剧及对环境保护的呼声，市场对大型、特大型TRT的需求也随之而来，成发集团充分利用航空发动机核心技术，积极研发出大型TRT，填补了国内空白，提高了国际市场竞争力。

目前国内4500m3～5600m3高炉所使用的TRT均从日本、美国进口，成发GT200W·D

型TRT在鞍山4200m3高炉上的成功使用，说明成发TRT技术已达到国际先进水平，完全能够取代进口TRT，满足国内不同炉容高炉的使用要求，可为国内钢铁企业节约大量资金。