基于高炉工艺状况的TRT寿命管理研究.pdf
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1、基于高炉工艺状况的 TRT 寿命管理研究赵文伟,陈高鹏(首钢长治钢铁有限公司,山西长治046031)摘要:鉴于高炉煤气余压透平发电装置 TRT 具有净化煤气、噪音少、可改善高炉生产条件、节能环保等优点,实现其高效寿命管理意义重大。以长钢 1 080 m3高炉 TRT 装置为研究背景,分析当前 TRT 设备管理存在的问题,对 TRT 运行不良的原因进行深入分析,并提出基于高炉工艺状况增加 TRT 设备寿命的相关措施,实施 TRT 寿命管理可产生显著的经济效益。关键词:高炉;煤气;发电;操作规范;检修周期中图分类号:TF576.7文献标识码:A文章编号:1672-1152(2023)09-0148
2、-030引言高炉煤气余压透平发电装置 TRT(Blast FurnaceTop Gas Recovery Turbine Unit,全文简称 TRT)是利用高炉冶炼的副产品高炉炉顶煤气具有的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能,驱动发电机或其他装置发电的一种二次能源回收装置。该装置既可回收减压阀组泄放的能量,又能净化煤气、降低噪音、稳定炉顶压力、改善高炉生产条件,且不产生任何污染,可实现无公害发电,是现代钢铁企业公认的能量回收的节能环保装置。高炉产生的煤气,经重力除尘器旋风除尘布袋除尘后,进入 TRT 装置,经入口电动碟阀、入口插板阀、调速阀、快切阀,再经透平机膨胀做功,带
3、动发电机发电,自透平机出来的煤气进入低压管网,压力由 100 kPa 以上迅速降低到 1520 kPa,实现了由机械能向电能的转化,机组与煤气系统中减压阀组并联。发电机出线断路器接于 10 kV 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。1长钢 TRT 的概况及选型的背景TRT 是高炉重要的附属设备,在能量回收方面有着重要的作用,是现代钢铁企业普遍采用的节能降耗装置,由余压发电的特点决定了发电机的做功不能根据负荷的需要调节,而只能根据高炉工况变化进行调节,在保证高炉炉顶压力稳定的前提下,尽可能多发电,且发电情况随着高炉
4、炉顶压力波动而变化,发电的三个先决条件是:高炉炉顶压力、高炉煤气流量、高炉荒煤气温度。国内 1 080 m3高炉普遍选用发电机的容量为8 000 kW。首钢长治钢铁有限公司(全文简称“长钢”)的 1 080 m3高炉因强化冶炼效果,煤气发生量较大,故在该机组选型时,由西安动力股份有限公司和长钢技术人员根据当时高炉操作情况,参照了 TRT 有湿法除尘与干法除尘两种形式。目前国内基本上选用干式,未有采用湿法反动式串联 TRT 的情况。为减少煤气外泄或煤气浪费,实现全功率发电运行,实现环保要求的碳排放为零或趋近于零,且考虑到若高炉大修扩容,不再对 TRT 进行重新选型,故而选型时将发电机的容量确定为
5、 9 900 kW。2目前长钢 TRT 设备管理存在的问题目前国内基本上采用的 TRT 均为西安动力股份有限公司和成都发动机集团生产的产品,在国内基本上都有较为统一的操作规范。首钢长钢 2 座高炉配套的 TRT 均是西安动力股份有限公司生产的,型号为MPG9.9-281/170 机组。多年来在设备使用维护上基本采用 MPG9.9-281/170 机组随机资料的使用说明来对机组进行检修或保养,机组使用说明要求机组每运行 8 000 h 必须对机组转子动叶、静叶片以及叶片承缸进行探伤检查,但首钢长钢公司无力完成该部分工作,基本上是按照使用说明要求,每年安排 25 d 左右的停机时间来由西安动力股份
6、有限公司对 TRT 进行检修保养。近几次机组检修出现的情况均不相同,该机组曾于 2019 年 7 月与 2022 年 3 月返厂维修保养时对转子及承钢挖补后熔覆进行修复,当时高炉操作炉温偏低,曾经在检修期间因机组突然发生振动现象而对机组进行揭盖检查,发现叶片上结垢严重(见图 1)。虽然前道工序中对煤气的除尘效果较好,煤气中含尘量较低,但叶片、转子、静叶承钢还是磨损较大,经事后分析应为煤气经重力除尘、旋风除尘后,再经布袋除尘煤气温度降低,煤气中的无机盐类结晶为固体颗粒,对 TRT 叶片、承钢等磨损较大,故检修检查时发现机组内部件磨损严重,必须进行修复或更换,因此于 2019 年及 2022 年对
7、其进行挖补熔覆修复。叶片结收稿日期:2023-04-28第一作者简介:赵文伟(1973),男,毕业于长治机电工业学校,大专,助理工程师,主要从事冶金设备维护相关工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.057生产实践2023 年第 9 期表 12022 年检修前高炉某月 18 日的数据图 12019 年 7 月 23 日打开机组时叶片的结垢情况垢还会破坏转子的动平衡,引起机组振动。作为设备维护管理人员来说,机组的振动是最难解决的技术性难题,故寻求一个合
8、理的高炉工艺状况来调整机组寿命也是设备管理者追求的目标之一。然而 TRT 是高炉的附属设备,冶炼生产必须以高炉为主,所以要求设备管理维护人员对机组的寿命管理要根据高炉工艺状况来调整。因技术力量及维护经验的不足,在对TRT 机组维护时可以说是照搬该机组的随机资料中的使用说明,而且多年来从未进行变通,基本上是每年对机组进行一次返厂检修,历时 25 d 左右,检修费用在 110 万元左右。3原因分析及改进措施高炉炉温低对生产有害无益,温度低太多会导致炉凉,无法出渣铁;炉温太高则会使得焦炭消耗量大,且会炼成铸造铁。炉温低的危害大,是严格禁止的,炉温高虽然危害较小,但燃料消耗量大。炉况的好坏影响在 TR
9、T 运行状况上,炉温低导致顶温低,煤气中的无机盐类容易在 TRT 内部结晶结垢,对机组破坏性较大。炉温及炉顶温度高会使经除尘系统到达 TRT 后的煤气温度较高,发电量高。但炉温也不能过高,炉温过高同样会使机组部件造成破坏,机组两端密封煤气的碳环密封会因温度高而损坏,引发煤气泄漏的安全事故。TRT 并网成功后进行升功率操作,并网之前由于煤气驱动转动,做功较小,因此高炉工况不太顺利时并网后向电网输送功率较小,甚至处于负功率状态,需要尽快增大功率,使机组进入正常状态,且需要增大静叶角度,使煤气流量增大,从而提高机组发电效率,保证机组运行稳定,机组运行稳定才能保证机组使用寿命增加。同时要兼顾高炉顶压状
10、况,此时高炉和TRT 应为“互惠互利”状态,TRT 投入运行对高炉稳定顶压作用明显,投运后高炉炉况顺则 TRT 运行稳定,同时机组及部件使用寿命延长。因此,可根据高炉运行情况来判断 TRT 的部件使用寿命及检修周期。抽取两组检修前 TRT 机组的数据(煤气温度、煤气流量、高炉产量、吨铁发电量等能够反映出高炉炉况的数据),以最近 2 年为例,2022 年打开机壳后发现动、静叶片以及静叶承缸磨损较大,需要进行熔覆修复,表 1 是 2022 年检修前截取的典型数据,表中数据显示高炉炉况略差。从表 1 中可以看出,虽然高炉含尘质量浓度没有超过机组说明要求的 10 mg/m3,但煤气温度较低,高炉产量不
11、高,检修时将机组机体打开后发现动、静叶片以及静叶承缸已磨损较大,只好返厂检修。2023 年检修前高炉某月 18 日的数据如表 2 所示。表 2 是此次(2023 年)机组计划检修前机组运行的典型数据,从数据中看出煤气流量较大、煤气温度较高,含尘量略低,专业人员判断机组内部应该磨损不大,在确定高炉除尘效果不变的情况下,因煤气温度较高,煤气中结晶的固体盐类会较少,故叶片等磨损较少,为证实这一效果,于 3 月 8 日3 月 9 日将TRT 机组停机进行开盖检查,检查效果可从影视资料(见图 2、图 3)中对比得出,机组内部件几乎没有磨损。返厂检修时,将转子及静叶承缸磨损处挖补后熔覆修复,因熔覆的工艺技
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