高炉煤气余压透平发电数控技术探讨

　　在21世纪，要使我国从钢铁大国走向钢铁强国，就需要加强我们在钢铁市场竞争力，在努力提高钢材技术含量的同时下大力气降低钢材生产能耗从而降低钢铁企业的生产成本。高炉炼铁占整个生产能耗的70％～80％，是目前钢铁生产中能耗最多的工序。加强高炉冶炼的节能降耗是钢铁企业降本增效的关键。高炉煤气余压透平发电机组（TRT）是利用高炉炉顶煤气压力，通过透平膨胀做功带动工作轮叶片带动发电机发电，从而实现将高炉调压阀组因强制节流和形成噪音而白白消耗掉的能量进行回收利用的目的。

　　TRT发电装置工作原理是从高炉送出的高压煤气经清洗除尘，经TRT进口蝶阀、电动插板阀、快速切断阀进入TRT透平机后对工作轮叶片做功带动发电机做功发电。由于在发电过程中，只利用高炉煤气压力能做工，不消耗煤气量，不产生新的污染，又净化了煤气，是典型的高效节能环保装置。

1 、系统设计

　　1.1 透平主机系统

　　透平主机零组件的设计需适应高炉煤气工质环境特征，为保证持续运行，透平主机选用湿式轴流反动式透平，其结构特征是两级叶片，进、排气为涡壳式。根据高炉煤气输出参数不稳定的特点，设计特殊的气动流道。采用电液伺服阀随机可调模式来设计一级静叶片，紧急时刻可以将静叶喷口调到完全关闭状态，同时采用故障诊断泄漏监视孔及其它监视孔。

　　1.2 发电系统

　　发单机选用无刷励磁同步发电机根据据高炉工况变化进行调节发电机的输出力矩，在保证高炉炉顶压力稳定的提前下尽可能多发电。同时，在保护方面设计纵联差动复台电压闭锁。过流、过负荷，零序过电流来保护电动机的运行。

　　1.3 控制系统

　　TRT只作为高炉的附属设备，必须保证高炉正常运行作为前提条件。因此，TRT与高炉采用电气仪表一体的控制思想，控制炉顶压力的静叶部分和TRT辅机控制系统均纳入高炉主工艺过程控制系统。同时，调压阀组作为旁通，也归入在该系统中，并在TRT控制室CRT集中操作。调压阀组内共设有3个阀门，均为电动型自动调节阀。TRT控制正常生产时的高炉炉顶压力。当TRT故障或检修时，高炉炉顶压力转由调压阀组控制。

2 、透平机安装

　　透平机安装顺序是底座—下机壳— 转子、轴承—上机壳—盘车装置—试运转。底座安装前在基础平面上放置垫铁，用水准仪测标高，并在相应位置预留电机孔。底座安装到基础上后根据基础的纵、横向中心线定位。下机壳吊装时应调平，就位时要做到键槽与导向键对正。就位后应在壳体的中分面上找平。然后，用专业工具吊转子，转子放入定子轴衬上，并根据转子轴颈的水平度检查轴承座的高低差，并进行适当调整。再进行中间轴的连接。连接中为避免影响装配精度，应注意不得碰坏中间轴两端面上的止口。中间轴联轴器螺栓逐步拧紧，电机主轴被抽出后，止口才逐渐合上。上机壳在壳体内部的安装和检测工作全部完成、内部进行彻底清扫之后即可安装上机壳。

3 、控制技术

　　TRT机组作为能量回收设备，投入运转的前提是能够保证炉压稳定，在TRT设备启动、运行和紧急停车时都不能引起炉压较大波动。TRT机组控制功能主要包括启动联锁控制技术、调整顶压控制技术、自动升速控制技术、紧急停机控制技术和正常停机控制技术等。

　　3.1 启动联锁控制技术

　　TRT系统启动前应进行联锁测试，内容有静叶片、快切阀、旁通快开阀以及紧急停机按钮等操作。以验证机组在紧急停机时是否能够正确产生相应的动作。TRT机组启动过程中，旁通阀组逐渐减少煤气通过量，顶压由旁通阀组和TRT共同控制，TRT机组启动结束后变为TRT机组正常运行时控制模式。

　　3.2 自动升速控制技术

　　升速过程主要由人口电动蝶阀、控制系统调节启动阀、透平静叶三部分，按一定的升速曲线使转速自动提升并稳定在目标值，以保证发电机并网发电顺利进行。当发电机组并网后，透平转速与电网频率同步。静叶控制自动转换为升功率控制。在功率提升阶段，可调静叶和减压阀组共同进行高炉炉顶压力调节。将高炉原有炉顶压力减压阀组控制回路的设定值加上负偏差(-5kPa)后，作为炉顶压力调节回路的设定值。利用次差值可将高炉顶压控制逐渐由减压阀组转向TRT系统的可调静叶，减压阀组在顶压控制回路PID作用下逐渐关闭，从而使静叶获得高炉顶压的控制权。

　　3.3 高炉顶压控制技术

　　结束机组升速后，旁通阀组与TRT并列运行时，进入TRT的炉顶压力测量值与高炉顶压控制回路的测量值为同一信号。同时，将高炉顶压控制回路的设定值减去一个允许的偏差(0～5kPa)后，作为TRT炉顶压力调节回路能自动跟踪高炉的设定值。这样，高炉仍然掌握了高炉顶压的设定权限，高炉操作同往常一样。高炉炉顶压力可由旁通阀组控制，也可由TRT控制。正常生产时减压阀组处于全关闭状态，由TRT调整高炉顶压；当TRT出现故障而旁通阀又无法及时泄压时，高炉原有的炉顶压力减压阀组控制回路作为顶压控制的二级保护，及时调整顶压，保障高炉的稳定顺行。

　　3.4 正常停机控制技术

　　正常停机时，可调静叶逐渐逐步关小，旁通阀组缓慢打开，高炉顶压调节由TRT转移至旁通阀组。当发电机功率达到工艺要求的解列值时，发出解列信号，经过人工确认，励磁装置灭磁，发电机组与电网解列，同时紧急切断阀与可调静叶自动关闭。解列后随着转速降低，主油泵出油口压力逐渐降低，辅助油泵自动启动。当转速降至0r/min后手动开启盘车电机，直到透平机温度正常，系统正常停机结束。

　　3.5 紧急停机控制技术

　　当TRT遇到严重故障需要立即停机时，必须立刻停止机组运行。透平发电机组紧急切断阀与透平出口间并联两旁通快开阀(一主一备)，作用是在炉顶压力没有上升前，在关闭切断阀同时快速打开旁通快开阀，使原来从透平流过的煤气改由旁通快开阀流过，从而避免高炉顶压出现大的波动。

4 、结语

　　高炉煤气余压透平发电技术是节约能源、降低污染的有效途径，我们要不断探索该技术的发展空间，取得更好的经济效益和社会效益。