| 作者：段林生（冷鋼品質(zhì)部） 摘要：本文簡(jiǎn)單闡述了中小型高爐TRT裝置的基本原理，著(zhù)重介紹了中小型高爐TRT裝置儀控系統的組成、安裝和調試。 關(guān)鍵詞：TRT裝置 透平膨脹機 儀控系統 安裝 調試 1 前言 TRT技術(shù)是利用高爐爐頂煤氣壓力能及其熱能，通過(guò)膨脹透平做功，驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電、回收能量的一項技術(shù)，其裝置也稱(chēng)為高爐爐頂煤氣壓力回收透平發(fā)電機組。 冷鋼現有高爐5座，450立方米高爐3座，530立方米高爐2座，均屬于中小型高爐。沒(méi)有配備TRT裝置以前，高爐煤氣通過(guò)重力除塵和布袋除塵后直接送到減壓閥組進(jìn)行減壓，最后送至各用戶(hù)。大量的煤氣壓力和溫度沒(méi)有得到利用，完全浪費掉了，還對環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染。同時(shí)由于用戶(hù)使用煤氣量的不同，造成煤氣壓力波動(dòng)大、不穩定，進(jìn)而不利于高爐爐頂壓力的穩定和調節，直接影響到高爐生產(chǎn)的順利運行。 近幾年來(lái)，由于中小型高爐采用軸流壓縮機鼓風(fēng)和無(wú)料鐘爐頂以及干法布袋除塵等先進(jìn)工藝技術(shù)，從而提高了高爐爐頂煤氣壓力，增加了煤氣流量，凈化煤氣質(zhì)量已成現實(shí)，為安裝TRT裝置創(chuàng )造了條件。 因此，冷鋼2004年11月在2#高爐安裝了第一套3000KWh的TRT裝置，并一舉獲得成功，之后逐步推廣應用至其它4座高爐，至2008年7月，冷鋼5座高爐全部安裝了TRT裝置，每小時(shí)發(fā)電1．5萬(wàn)KWh，獲得了非常好的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會(huì )效益。 冷鋼5座高爐TRT裝置的儀控系統安裝調試全部為自行完成，完全掌握了儀控系統安裝調試技術(shù)。 2 TRT系統的基本原理 高爐煤氣首先通過(guò)重力除塵進(jìn)入TRT裝置，分別經(jīng)過(guò)入口蝶閥、入口插板閥、文氏流量計和快速切斷閥后進(jìn)入透平機。高壓煤氣經(jīng)過(guò)透平機的各級靜葉，不斷做功并膨脹，同時(shí)溫度也不斷降低，通過(guò)做功推動(dòng)透平機旋轉，動(dòng)能經(jīng)過(guò)連軸器帶動(dòng)發(fā)電機旋轉，發(fā)電機發(fā)出電能并送至電網(wǎng)。為了保證TRT裝置的運行安全，在透平膨脹機旁并行安裝了兩個(gè)旁通閥，在整個(gè)回路里TRT系統取代了減壓閥組進(jìn)行頂壓調節和煤氣輸送的作用，在完成的過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生了電能并調節了高爐爐頂壓力。 3 TRT裝置儀控系統的組成 儀控系統主要完成TRT裝置熱工參數的檢測和執行PLC的一部分輸出指令，保證TRT系統的正常和安全運行。 冷鋼5座高爐的TRT系統設備均成套采用陜西鼓風(fēng)機（集團）有限公司的產(chǎn)品。該系統采取與調壓閥組并聯(lián)連接方式，正常情況下，由TRT裝置調控高爐爐頂煤氣壓力，當TRT裝置停車(chē)檢修時(shí)，則切換至調壓閥組調節高爐爐頂煤氣壓力，確保了整個(gè)高爐系統的可靠運行。 該TRT儀控系統主要由主流程系統、軸系監測系統、軸溫監測系統、動(dòng)力油站、潤滑油站、氮氣密封系統六部分組成。 3.1 主流程系統 即整個(gè)TRT裝置儀控系統工藝流程。 高爐煤氣自重力除塵器除塵后經(jīng)入口蝶閥（FV101）、入口插板閥（FV102）、壓力溫度補償的文丘利管流量計（FE101）、煤氣粉塵監測儀（FCE101）、快速切斷閥（FV103）、經(jīng)壓力溫度（PT201、TE201）檢測后進(jìn)入透平膨脹機，經(jīng)過(guò)透平膨脹機做功后的低溫、低壓煤氣又經(jīng)壓力溫度檢測（PT202、TE202）后，通過(guò)電動(dòng)插板閥（FV104）、電動(dòng)蝶閥（FV105）控制，最后送往工藝管網(wǎng)供用戶(hù)使用。 這部分儀控系統的主要作用是監測并控制進(jìn)入TRT透平膨脹機的煤氣狀況、煤氣流量，并檢測進(jìn)入透平膨脹機的工藝介質(zhì)煤氣的各種熱工參數，如溫度、壓力、流量、粉塵含量等等。同時(shí)在透平膨脹機前設置了快速切斷閥，一旦系統出現緊急情況，快速切斷閥能迅速切斷煤氣來(lái)源，確保TRT裝置和操作人員的安全，并且在透平膨脹機上安裝有電液伺服閥，用來(lái)控制透平膨脹機的靜葉開(kāi)度，達到調節透平膨脹機轉速的目的。 3.2 軸系監測系統 該系統的主要任務(wù)是監測透平膨脹機及發(fā)電機的振動(dòng)、位移和轉速，確保透平膨脹機和發(fā)電機的正常平穩運行。 整個(gè)TRT裝置共設置了6套振動(dòng)探頭、2套位移探頭和3套轉速探頭，分別是透平機進(jìn)氣側軸振動(dòng)（YE201A，B）、透平機排氣測軸振動(dòng)（YE202A，B）、發(fā)電機瓦振動(dòng)（YE301A，B）以及透平機軸位移（ZE203A，B）、透平機轉速監測（SE201，SE202，SE203）。 軸系儀控監測系統相對于高爐煤氣TRT裝置來(lái)說(shuō)是非常重要的，為防止燒瓦甚至飛車(chē)等嚴重事故的發(fā)生，振動(dòng)、位移、轉速等三個(gè)參數均設置了兩套監測儀表實(shí)行雙保險，且與電控系統進(jìn)行了聯(lián)鎖，一旦監測參數大于聯(lián)鎖設定值，立即起動(dòng)緊急停機聯(lián)鎖控制，這時(shí)，緊急切斷閥快關(guān)，透平膨脹機靜葉全關(guān)，快速打開(kāi)旁通閥控制爐頂壓力，確保整個(gè)TRT裝置安全和高爐的平穩運行。 3.3 軸溫監測系統 該系統主要監測透平膨脹機和發(fā)電機的支承軸溫度與潤滑油溫度。 其分別監測透平機進(jìn)氣測支承軸溫（TE203A，B）、透平機排氣測支承軸溫度（TE204A，B）、透平機止推軸承溫度（TE205A，B，C，D）、電機軸承溫度（TE301A，B；TE302A，B）、潤滑油溫度（TE841）以及透平機回流油溫和電機回流油溫等。 為防止各種異常情況造成透平膨脹機和發(fā)電機各支承軸承溫度升高燒瓦而引起大的事故，各支承軸承溫度也與電控系統進(jìn)行了聯(lián)鎖，一旦機組支承軸承溫度大于聯(lián)鎖設定值，同樣立即起動(dòng)緊急停機聯(lián)鎖控制，這時(shí)，緊急切斷閥快關(guān)，透平膨脹機靜葉全關(guān)，快速打開(kāi)旁通閥控制爐頂壓力，確保整個(gè)TRT裝置安全和高爐的平穩運行。 3.4 潤滑油站 該系統主要給透平膨脹機和發(fā)電機各支承軸承供油進(jìn)行潤滑。 其原理是通過(guò)油泵將潤滑油箱的油送往高位油箱，再由高位油箱流至透平機和發(fā)電機的各支承軸承。 系統設置了潤滑油箱液位（LT801），潤滑油箱油溫（TE801），潤滑油總管壓力（PT841），潤滑油總管油溫（TE841）等監控參數。其中潤滑油總管壓力值（PT841）與電控系統進(jìn)行了聯(lián)鎖，也是緊急停機聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.5 動(dòng)力油站 該系統主要負責給透平膨脹機的靜葉調節閥、TRT裝置的兩路旁通電液伺服閥和快速切斷閥等設備提供動(dòng)力源，確保各種閥門(mén)快速可靠動(dòng)作。 系統設置了動(dòng)力油箱液位（LT701）、動(dòng)力油箱溫度（TE701）、動(dòng)力油總管壓力（PT741）及動(dòng)力油各類(lèi)過(guò)濾器差壓開(kāi)關(guān)等監測參數。其中動(dòng)力油總管壓力（PT741）與電控系統進(jìn)行了聯(lián)鎖，是緊急停車(chē)聯(lián)鎖控制的條件之一。 3.6 氮氣密封系統 主要負責對進(jìn)入透平膨脹機進(jìn)氣側和排氣側的高爐煤氣進(jìn)行密封，防止煤氣外漏造成安全隱患。 主要監測參數有：氮氣流量（FIQ501）、氮氣壓力（PT501）、氮氣溫度（TE501）、氮氣與膨脹機內煤氣差壓（PdT502）以及用于調節其差壓的氣動(dòng)薄膜調節閥（PdCV502）等。 總之，整個(gè)TRT裝置自動(dòng)化儀表系統由受地安裝儀表和盤(pán)裝儀表及各種調節閥等組成，包括各類(lèi)現場(chǎng)指示儀表、變送類(lèi)儀表、盤(pán)裝儀表和調節控制類(lèi)儀表，它們共同組成的監測系統對TRT裝置的熱工參數進(jìn)行全過(guò)程的監控，確保TRT系統和高爐的正常平穩運行。 4 TRT裝置儀控系統的安裝、調試 4.1 TRT裝置受地安裝的現場(chǎng)指示類(lèi)儀表 主要指彈簧管壓力儀表、雙金屬溫度計、玻璃溫度計等。 4.1.1 現場(chǎng)指示類(lèi)儀表都是現場(chǎng)就地安裝，所處的環(huán)境惡劣，在選取此類(lèi)儀表時(shí)，應根據生產(chǎn)過(guò)程對壓力、溫度測量的精度要求、被測介質(zhì)的溫度高低、黏度大小、腐蝕性、臟污情況、潮濕、振動(dòng)、是否易燃易爆等條件，合理選擇儀表的測量范圍、精度等級以及是否需加裝附加裝置等。 4.1.2 現場(chǎng)指示類(lèi)儀表在安裝時(shí)，應考慮檢測點(diǎn)的選取，以及今后檢修是否方便等因素，彈簧管壓力表的引壓管不宜過(guò)長(cháng)，否則會(huì )造成測量滯后，測量蒸汽或有腐蝕性的介質(zhì)時(shí)，應加裝隔離罐。 4.1.3 現場(chǎng)指示類(lèi)儀表的調試相對簡(jiǎn)單，雙金屬溫度計和玻璃溫度計都是即裝即用，一般不需系統調試，而彈簧管壓力儀表在測量蒸汽或液體時(shí)，如果壓力表安裝在生產(chǎn)工藝管道的下方，則壓力表示值比工藝管道的實(shí)際壓力高，因此示值讀數時(shí)應減去從壓力表到管道取壓口之間的這段液柱靜壓力，否則會(huì )造成測量誤差。 4.2 TRT裝置控制類(lèi)儀表的安裝、調試 4.2.1 控制類(lèi)儀表是TRT裝置的主要監控儀表。此類(lèi)儀表品種數量多，一般都是單元組合儀表，包括壓力變送器、差壓變送器、熱電偶、熱電阻、調節閥、CO檢測探頭、振動(dòng)檢測探頭、位移檢測探頭轉速檢測探頭等等。分為一次檢測元件和二次儀表，一次檢測元件也稱(chēng)變送類(lèi)儀表，如熱電阻、熱電偶、壓力變送器、差壓變送器及各種探頭等，通常安裝在現場(chǎng)，二次儀表指各種數字顯示儀表，一般安裝在控制室內的儀表盤(pán)上。 隨著(zhù)計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制系統（DCS系統）已經(jīng)成為了過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化控制的主流，該系統去掉了復雜煩瑣的二次儀表盤(pán)和顯示儀表，一次檢測元件或變送器來(lái)的模擬量或標準4～20mA信號直接進(jìn)入DCS系統的過(guò)程控制單元的各類(lèi)模塊，完成現場(chǎng)熱工檢測、控制信號的采集、處理以及各種控制功能，再通過(guò)人機接口單元和通信網(wǎng)絡(luò )單元，完成對各類(lèi)熱工參數的顯示和控制。 冷鋼的TRT裝置就采用了DCS系統（即集散控制系統），整個(gè)儀控系統除現場(chǎng)安裝了一次檢測元件和各類(lèi)變送器之外，全部信號都進(jìn)入了DCS系統，大大簡(jiǎn)化了儀控系統的安裝調試工作。 4.2.2 一次檢測元件的安裝一般根據工藝提供的要求將基座焊接在相應的工藝管道上。 感溫元件（熱電阻、熱電偶）的安裝應確保測量的準確性，在管道中，感溫元件應迎著(zhù)介質(zhì)流向插入，且工作端應置于管道中流速最大之處，為避免由于熱輻射產(chǎn)生的測溫誤差，在安裝測溫元件的地方，應采取保溫絕熱措施。 壓力變送器和差壓變送器應采用保護箱支架安裝，并固定在無(wú)振動(dòng)的環(huán)境中，使用屏蔽電纜與DCS系統的模塊相連接。調節閥的安裝位置根據工藝要求來(lái)定。 振動(dòng)檢測和位移檢測探頭分別安裝在透平膨脹機的左軸承箱體和右軸承箱體內以及電機軸承箱體內，具體位置設備已有預設，安裝時(shí)只需對號入座裝上就行了。 4.2.3 單元組合儀表組成的過(guò)程控制系統的調試，要在安裝前對每臺變送器按檢定規程的要求進(jìn)行檢定，合格后再送到現場(chǎng)安裝。系統安裝完成后，通電，用標準壓力發(fā)生器從現場(chǎng)變送器處加壓力信號，在控制室電腦上讀數，檢驗該參數檢測系統誤差是否正常。 振動(dòng)、位移和轉速探頭的調試相對復雜一點(diǎn)，冷鋼采用的是美國ENTEK公司的產(chǎn)品，由振動(dòng)、位移、轉速探頭和前置器組成。二者采用二線(xiàn)制連接，前置器采用單獨的24V電源盒供電，其輸出4～20mADC信號至控制室DCS系統模塊。振動(dòng)、位移探頭和前置器裝好后，通電進(jìn)行調試，將一塊檢測鋼板慢慢靠近探頭，同時(shí)用數字萬(wàn)用表測量前置器輸出電壓，直至輸出不再變化為止，記下此時(shí)的輸出電壓值為-2V，再將檢測鋼板慢慢遠離探頭，觀(guān)察輸出電壓的變化，直至輸出電壓不再變化為止，記下此時(shí)的電壓值為-18V，二者的差值就是探頭的檢測范圍所對應的輸出電壓變化范圍10V�？紤]到振動(dòng)和位移有一個(gè)正負值的問(wèn)題，因而將探頭的零位輸出定為-10V左右（這個(gè)機械零點(diǎn)具體位置應由機裝工提供）為宜。比如，經(jīng)過(guò)調試，冷鋼TRT裝置透平機軸位移從-27．5絲～0～+27．5絲對應的前置盒輸出電壓為-2V～-10V～-18V，其它振動(dòng)探頭的調試方法也一樣。 綜上所述，振動(dòng)、位移探頭與前置盒的調試，一是要測試出探頭行程所對應的輸出電壓值，二是要由機裝工提供準確的設備機械零點(diǎn)位置。 5 結語(yǔ) 冷鋼自行安裝和調試的5座高爐TRT儀控系統，性能優(yōu)良、穩定性好，對高爐爐頂壓力的控制精度有很大的改善，各項指標達到了設計要求。高爐煤氣TRT裝置在冷鋼的應用，獲到了良好的效果，正常情況下的爐頂壓力控制在±3．5KPa，處于國內較好的水平，有利于高爐的穩產(chǎn)高產(chǎn)和平穩運行。正常情況下高爐爐頂壓力通過(guò)TRT控制，與原來(lái)未使用TRT技術(shù)的高爐比較，極大地減少了減壓閥組的使用和損耗，控制系統運行速度快，穩定性高，同時(shí)減少了高爐生產(chǎn)對環(huán)境的污染，降低了噪聲。通過(guò)并網(wǎng)發(fā)電，5座高爐TRT裝置的年發(fā)電量為公司創(chuàng )效達2000萬(wàn)元。 參考文獻 1 熱工儀表及自動(dòng)化裝置.山西省電力工業(yè)局編. 2 樂(lè )嘉謙.化工儀表檢修工.化學(xué)工業(yè)出版社 3 TRT裝置儀控系統原理圖 陜西鼓風(fēng)機（集團）有限公司 |
