苗鐵生 鄭永伯
(唐山中厚板材有限公司)
摘 要：針對唐鋼中厚板材公司1號TRT 透平機組存在的問題，采取透平機改造、 軸端密封優化和頂壓調節控制程序優化等措施，確保了TRT 長周期安全穩定運行，實現了日發電量提高4.78萬 kWh，平均噸鐵發電量提高7.13KWh。
關鍵詞：TRT；煤氣余壓發電；透平機
高爐爐頂煤氣余壓回收透平發電裝置 (簡稱TRT )， 是利用高爐爐頂煤氣中的壓力能及熱能經透平膨脹做功來驅動發電機發電，回收高爐鼓風機所需能力的 30％ 左右，實際上回收的是原減壓閥門損失的能量。這種發電方式既不消耗任何燃料，也不產生環境污染，發電成本低，是高爐冶煉工序的重大節能項目，經濟效益顯著，中厚板公司 TRT 發電配套高爐現有 3 套，包括10MW 發電機組 1套、 12MW 發電機組兩套。由于高爐除塵系統及脫氯系統缺失，造成葉片磨損，致使發電量降低，葉片修復成本高。通過新技術對系統進行優化，降低葉片磨損，保證在維修周期內的發電效率，降低了維護費用，提高了發電量。此優化改造在唐鋼 TRT發電系統中已普遍應用。
1 存在問題分析
(1) 由于高爐煤氣中粉塵沖刷及氯離子腐蝕，1 號TRT 葉片減薄減小， 導致動葉、 靜葉葉頂間隙變大，實測值達到 5mm，比設計值大3mm，大大降低了透平機做功效率。 2015 年機組投運初期日發電量達到15.9萬 kWh，改造前日發電量14.5萬 kWh 左右，透平機做功效率在79％ 左右，發電機組效率嚴重降低。
(2)1號TRT 軸端密封采用拉別令密封 ＋碳環密封 ＋ N2密封組合軸封技術，密封效果差，煤氣泄漏嚴重，機房煤氣濃度嚴重超標，運行人員無法在機房內進行正常點檢維護作業，影響機組發電效率及安全穩定運行。
(3) 高爐生產出現異常時，頂壓、流量大幅波動? 對自動運行的TRT造成沖擊，導致推力瓦頻繁燒瓦，同時靜葉大角度頻繁開啟極易損壞靜葉聯動機構，嚴重影響機組發電作業率。
2 改造方案
2.1 透平機改造
方案一: 按照現有高爐煤氣運行參數進行氣動計算，利舊原有主軸及承缸，對透平機轉子、流道進行優化改造。
①葉片改用 TRT 專用高效新葉型，流動效率高，并且不易積灰、 堵塞，耐磨損。
②對原有主軸及承缸進行激光熔覆加工，更換葉片及改造修復后能保證日發電量在 17.5萬kWh左右。
方案二: 按照現有高爐煤氣運行參數進行氣動計算，對透平機轉子、 流道進行優化改造。
①葉片改用 TRT 專用高效新葉型，并增加葉片數量，流動效率高、 做功效率大，并且不易積灰、 堵塞，耐磨損。
②重新設計更換主軸、 進口圈、 擴壓器、 承缸、 調節缸，改善流道性能，減小煤氣對葉片的沖刷，提高煤氣流動效率，更換后能保證日發電量在 17.8萬 kWh 左右。
按每臺機組每年運行 355d 計算，全年增加發電量106.5萬kWh 左右。按電價 0.5元/ kWh計算，全年多創效 53.25萬元。
方案一費用 190 萬元，方案二費用 395 萬元，方案二費用比方案一多 205 萬元。方案二比方案一每年可多發電 106.5萬kWh， 多創效53.25萬元，3年 10個月后可收回多出的費用。由于回收周期長，綜合考慮后采取方案一，對透平機更換新動、 靜葉片，激光修復主軸輪轂、 承缸，轉子重新做動平衡。
2.2 軸端密封優化改造
1號 TRT機組軸端密封形式 (見下圖 1) 是拉別令密封 (梳齒密封) ＋ 碳環密封 ＋ N2 密封組合軸封技術， 即: 內部 (里側) 為拉別令氣封，外部 (外側) 為碳環密封，密封氮氣從氮氣入口以大于被密封煤氣 0.02—0.03MPa的壓力進行封堵， 密封效果差，煤氣泄漏嚴重， 機房煤氣濃度嚴重超標。分析主要原因為: ①由于當量齒數少，節流膨脹次數相對較少，造成泄漏嚴重；②機組過臨界轉速或發生異常振動時，振幅較大，轉子上的齒與密封套之間會發生接觸，由于拉別令密封齒較薄，當產生磨擦時，快被磨損，密封間隙增大，造成煤氣泄漏。
拉別令密封的 “J” 形齒間存在環形腔室，機組運行時腔室內有強旋氣流，且轉子的運行軌跡為橢圓形，所以轉子圓周各處受強旋氣流的切向力有很大差異，極易引起氣流激振，引起機組振動。
為了改善軸端密封存在的問題，經與陜鼓研究討論后，決定在1 號TRT 透平機上采用新型軸端密封，TRT 新型軸端密封形式為蜂窩密封 ＋ 碳環密封 ＋N2 密封，如圖 2所示。2016 年 4 月新型密封安裝后，煤氣泄漏大大減少，煤氣濃度 小于 24 × 10 -6 ，沒有發生因軸端密封泄漏導致的機房煤氣濃度超標，機組安全穩定運行，發電效率提高。并且新型密封組件易安裝，更換備件容易。
2.3 頂壓調節控制程序優化
高爐生產出現異常時，頂壓、 流量大幅波動，對自動運行的TRT 造成沖擊，導致推力瓦轉化率法是一種可靠的動力學分析方法。
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