攀鋼西昌基地高爐煤氣全干式除塵及TRT工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)【摘要】本文就攀鋼西昌基地高爐〔爐容：3×1750m3〕煤氣全干式除塵及TRT工程采用的系統(tǒng)組成、設(shè)備選型，以及技術(shù)先進(jìn)性【關(guān)鍵詞】高爐煤氣；干式除塵；TRT；設(shè)計(jì)1.前言高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置〔BlastFurnaceTop-pressureRecoveryTurbineUnil，英文簡(jiǎn)稱TRT〕是將原來(lái)?yè)p失在減壓閥組的煤氣余壓、余熱能，通過(guò)透平機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備。該裝置不消耗燃料，還回收了約占高爐鼓風(fēng)機(jī)能耗30～40％的能量[1]，同時(shí)還可提高煤氣質(zhì)量，且無(wú)二次污染，是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的冶金企業(yè)重大節(jié)能裝置。目前國(guó)內(nèi)電力供給緊張，而高爐是鋼鐵企業(yè)的能耗大戶，占鋼鐵企業(yè)用電的40％左右，TRT裝置符合國(guó)家節(jié)能減排政策[2]。國(guó)家開(kāi)展改革委?產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄?中，“高爐爐頂壓差發(fā)電(TRT)〞列為鋼鐵行業(yè)鼓勵(lì)建設(shè)工程。因此，加速推廣應(yīng)用高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置，對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)開(kāi)展和提高競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。2.干式除塵及TRT工藝設(shè)計(jì)的根本原那么在設(shè)計(jì)中要有平安、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的設(shè)計(jì)理念，它是TRT機(jī)組運(yùn)行必須的工藝條件。設(shè)計(jì)中，首先明確是為高爐效勞的，在不影響高爐操作的前提下，同時(shí)盡可能多發(fā)電，這是TRT機(jī)組選型的根本要求。2.1平安性平安的概念有兩個(gè)含義，其一是確保高爐的平安生產(chǎn)，由于TRT機(jī)組是保證高爐頂壓和下游煤氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備，因此設(shè)備的選型必須首先著眼于保證頂壓穩(wěn)定，確保高爐平安生產(chǎn)。本工程就此問(wèn)題，根據(jù)大容積高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的特點(diǎn)〔大風(fēng)量、煤氣溫度波動(dòng)頻繁及爐灰年度大等〕進(jìn)行了大量深入細(xì)致的分析研究工作，提出了一套完整的、準(zhǔn)確的、可操作性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，并經(jīng)實(shí)踐證明是行之有效的。其二，由于高爐煤氣的自身特點(diǎn)，極易造成爆炸和人員中毒，致使機(jī)毀人亡的事故發(fā)生，因此在透平密封的結(jié)構(gòu)上采用了多種組合密封技術(shù)，大大加強(qiáng)了透平運(yùn)行自身的平安性。2.2連續(xù)性為了確保高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定并且盡可能的多發(fā)電，TRT機(jī)組運(yùn)行應(yīng)是連續(xù)的，而不是時(shí)停時(shí)開(kāi)。在干式除塵及TRT設(shè)計(jì)中充分考慮到各種工況條件下，保證機(jī)組正常運(yùn)行的措施和控制、調(diào)節(jié)手段，確保在高爐允許的情況下機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)攀鋼西昌基地高爐〔爐容：3×1750m3〕煤氣全干式除塵及TRT工程配套系統(tǒng)包括：透平主機(jī)系統(tǒng)、荒煤氣放散系統(tǒng)、高溫煤氣冷卻系統(tǒng)、布袋除塵器〔BDC〕系統(tǒng)、煤氣旁路系統(tǒng)及減壓閥組、發(fā)配電系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)，以及給排水系統(tǒng)。該工程采用國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的大布袋內(nèi)濾式反吹工藝，具有占地面積小、除塵效果好、煤氣質(zhì)量高及節(jié)能3.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表表1新鋼釩1號(hào)高爐TRT主要設(shè)計(jì)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)參數(shù)備注1號(hào)高爐2號(hào)高爐3號(hào)高爐1高爐爐頂壓力kPa150～200透平入口煤氣壓力kPa145～195設(shè)計(jì)點(diǎn)kPa1802煤氣流量萬(wàn)Nm3/h32～40設(shè)計(jì)點(diǎn)萬(wàn)Nm3/h363透平入口煤氣溫度℃120～190設(shè)計(jì)點(diǎn)℃1404透平入口煤氣含塵量mg/Nm3≤105透平出口煤氣壓力kPa12～156干高爐煤氣體積百分比%COCO2N2O2H2CH425.315.857.20.31.10.37年發(fā)電量萬(wàn)kWh26230〔考慮發(fā)電機(jī)效率96%〕8透平出力〔發(fā)電端〕kW10844〔計(jì)算值〕裝機(jī)容量12000kW9發(fā)電機(jī)容量kW1300010透平機(jī)效率%8611發(fā)電機(jī)效率%9612年工作時(shí)間h8400350天〔正常年〕3.2全干式除塵及TRT工藝流程重力除塵器重力除塵器(DC)散熱器電動(dòng)蝶閥195kPa散熱器電動(dòng)蝶閥250～400℃，＜200℃電動(dòng)蝶閥電動(dòng)蝶閥板閥板閥粗煤氣減壓閥組〔V6〕反吹風(fēng)機(jī)布袋除塵器(BDC)粗煤氣減壓閥組〔V6〕反吹風(fēng)機(jī)布袋除塵器(BDC)粉塵煤氣旁通系統(tǒng)放散塔煤放散塔倉(cāng)泵氣倉(cāng)泵發(fā)出灰閥電出灰閥系統(tǒng)雙套管道雙套管道料倉(cāng)料倉(cāng)水封閥水封閥電動(dòng)蝶閥排灰閥電動(dòng)蝶閥電動(dòng)蝶閥排灰閥電動(dòng)蝶閥凈煤氣管道拌泥機(jī)凈煤氣管道拌泥機(jī)用戶密閉式插板閥洗凈塔流量計(jì)汽車外運(yùn)至燒結(jié)凈煤氣減壓閥組密閉式插板閥透平機(jī)發(fā)電機(jī)緊急迫斷閥密閉式插板閥電動(dòng)蝶閥熱風(fēng)爐用戶密閉式插板閥洗凈塔流量計(jì)汽車外運(yùn)至燒結(jié)凈煤氣減壓閥組密閉式插板閥透平機(jī)發(fā)電機(jī)緊急迫斷閥密閉式插板閥電動(dòng)蝶閥熱風(fēng)爐蝶閥密閉式插板閥水封閥圖1工藝流程方框圖4.全干式除塵及TRT的主要系統(tǒng)簡(jiǎn)介4.1透平主機(jī)系統(tǒng)煤氣膨脹透平機(jī)是TRT最關(guān)鍵的設(shè)備，它是將高爐煤氣的物量能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。主機(jī)采用國(guó)產(chǎn)的軸流式靜葉可調(diào)透平機(jī)，剛性軸系，靜葉可調(diào)〔液壓伺服控制〕，可使透平在高爐工況變化時(shí)，仍維持較高的效率并控制爐頂壓力。透平機(jī)型號(hào)：GT120?D透平機(jī)；入口壓力：180kPa；入口流量：36萬(wàn)m3/h〔平均值〕；入口溫度：14出口壓力：12～15kPa；出口溫度：90~120透平機(jī)輸出功率：10844kW〔計(jì)算值〕；透平裝機(jī)容量：12000kW；轉(zhuǎn)速：3000r/min；透平效率：86%。4.2荒煤氣放散系統(tǒng)4.3高溫煤氣冷卻系統(tǒng)該系統(tǒng)主要由列管式散熱器及切換閥組成，它的作用是將重力除塵器后的高溫煤氣間接冷卻降溫，以保證理想溫度〔≤200℃〕進(jìn)入BDC系統(tǒng)。攀鋼正在運(yùn)行的列管式散熱器由于荒煤氣中含塵量高、水份多，使列管入口處堵塞，改變煤氣流向并增加其流速，煤氣對(duì)列管壁沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致列管式散熱器煤氣泄漏，非常危險(xiǎn)。為解決上述問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)將列管式散熱器底板位置由25mm升高至400mm，相當(dāng)于增加了370mm長(zhǎng)的導(dǎo)流管，即使導(dǎo)流管被沖漏，泄漏的煤氣仍然在散熱器下箱體內(nèi)，不會(huì)4.4布袋除塵器〔BDC〕系統(tǒng)4.4.1處理煤氣量：32～404.4.24.4.3工作壓力：150～2004.4.4濾袋差壓：<50004.4.5濾袋規(guī)格：φ300×12000(4.4.64.4.7入口煤氣含塵量：8～16g4.4.8出口煤氣含塵量：≤5根據(jù)煤氣量計(jì)算，每座高爐設(shè)10個(gè)筒體〔正常運(yùn)行8個(gè)，其中2個(gè)備用〕，在單個(gè)筒體進(jìn)出口管道上設(shè)置了密閉式插板閥，可在運(yùn)行狀態(tài)下切斷單個(gè)筒體進(jìn)行更換和檢修濾袋，不影響系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。4.5煤氣旁路系統(tǒng)及減壓閥組煤氣旁路系統(tǒng)煤氣旁路系統(tǒng)的作用是：當(dāng)透平故障跳閘時(shí)，設(shè)在透平前的快切閥在0.5s內(nèi)快速切斷煤氣，此時(shí)煤氣經(jīng)旁路減壓后進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)，供用戶使用。減壓閥組功能及控制要求：?jiǎn)巫郀t減壓閥組由2臺(tái)DN800液動(dòng)快開(kāi)閥和2臺(tái)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥〔DN800、N500〕組成。當(dāng)透平正常運(yùn)行時(shí)，該閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，只是在透平故障跳閘時(shí)，DN800閥門(mén)在0.5s內(nèi)快速翻開(kāi)〔具備手動(dòng)調(diào)節(jié)功能〕，并調(diào)節(jié)爐頂壓力。4.6發(fā)配電系統(tǒng)透平機(jī)配套一臺(tái)三相無(wú)刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，額定功率13000kW，輸出電壓10.5kV，頻率50Hz。4.7潤(rùn)滑油系統(tǒng)透平主機(jī)及發(fā)電機(jī)的潤(rùn)滑油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由透平主軸端部的主油泵供給，起動(dòng)或主油泵出故障時(shí)，由輔助油泵供油并設(shè)有高位油箱。BDC排灰閥組及反吹閥、過(guò)濾閥均采用集中潤(rùn)滑站供油的方式。4.8液壓伺服控制系統(tǒng)在TRT自控調(diào)節(jié)信號(hào)指令下〔也可手動(dòng)操作〕通過(guò)液壓系統(tǒng)向透平及各大液壓閥的油缸供油。各裝置所需的壓力油是均由液壓油站供給，可使靜葉實(shí)現(xiàn)伺服控制、點(diǎn)動(dòng)、快關(guān)三項(xiàng)操作、緊急迫斷閥快速關(guān)閉、旁通閥快速翻開(kāi)、各種液壓設(shè)備正常啟閉。液壓系統(tǒng)工作壓力12~14MPa。液壓伺服控制系統(tǒng)由液壓泵站、控制站及蓄能器三局部組成。4.9氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)密封用氣包括透平主機(jī)軸端密封、靜葉可調(diào)腔密封、氣力輸灰及檢修吹掃用氮?dú)?。透平主機(jī)采用氮?dú)?、油?lián)合密封的形式，最大耗氣量100Nm3/h，壓力0.4～0.6MPa。當(dāng)?shù)獨(dú)饷芊庀到y(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，透平主軸封處泄漏的煤氣由噴射器抽引至室外，確保人生平安。5.結(jié)語(yǔ)攀鋼西昌基地高爐煤氣干式除塵及TRT工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用目前國(guó)內(nèi)外較先進(jìn)的高爐煤氣全干式除塵及TRT新技術(shù)、新工藝。設(shè)計(jì)合理，且具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：(1)采用獨(dú)立的荒煤氣放散系統(tǒng)，保證高爐及布袋除塵器平安運(yùn)行；(2)采用煤氣冷卻系統(tǒng)保證濾袋平安運(yùn)行，加長(zhǎng)導(dǎo)流管防止泄漏；(3)大布袋內(nèi)慮式反吹工藝，占地面積小、除塵效果好、煤氣質(zhì)量高及節(jié)能節(jié)電顯著；(4)該工藝無(wú)二次污染，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放，到達(dá)了節(jié)能減排的目的。該工程的實(shí)施后每年將回收能源相當(dāng)于6.71萬(wàn)t標(biāo)