苗铁生 郑永伯

(唐山中厚板材有限公司)

摘 要：针对唐钢中厚板材公司1号TRT 透平机组存在的问题，采取透平机改造、 轴端密封优化和顶压调节控制程序优化等措施，确保了TRT 长周期安全稳定运行，实现了日发电量提高4.78万 kWh，平均吨铁发电量提高7.13KWh。

关键词：TRT；煤气余压发电；透平机 

高炉炉顶煤气余压回收透平发电装置 (简称TRT )， 是利用高炉炉顶煤气中的压力能及热能经透平膨胀做功来驱动发电机发电，回收高炉鼓风机所需能力的 30％ 左右，实际上回收的是原减压阀门损失的能量。这种发电方式既不消耗任何燃料，也不产生环境污染，发电成本低，是高炉冶炼工序的重大节能项目，经济效益显著，中厚板公司 TRT 发电配套高炉现有 3 套，包括10MW 发电机组 1套、 12MW 发电机组两套。由于高炉除尘系统及脱氯系统缺失，造成叶片磨损，致使发电量降低，叶片修复成本高。通过新技术对系统进行优化，降低叶片磨损，保证在维修周期内的发电效率，降低了维护费用，提高了发电量。此优化改造在唐钢 TRT发电系统中已普遍应用。 

1 存在问题分析

(1) 由于高炉煤气中粉尘冲刷及氯离子腐蚀，1 号TRT 叶片减薄减小， 导致动叶、 静叶叶顶间隙变大，实测值达到 5mm，比设计值大3mm，大大降低了透平机做功效率。 2015 年机组投运初期日发电量达到15.9万 kWh，改造前日发电量14.5万 kWh 左右，透平机做功效率在79％ 左右，发电机组效率严重降低。 

(2)1号TRT 轴端密封采用拉别令密封 ＋碳环密封 ＋ N₂密封组合轴封技术，密封效果差，煤气泄漏严重，机房煤气浓度严重超标，运行人员无法在机房内进行正常点检维护作业，影响机组发电效率及安全稳定运行。 

(3) 高炉生产出现异常时，顶压、流量大幅波动ꎬ 对自动运行的TRT造成冲击，导致推力瓦频繁烧瓦，同时静叶大角度频繁开启极易损坏静叶联动机构，严重影响机组发电作业率。

2 改造方案

2.1 透平机改造

方案一: 按照现有高炉煤气运行参数进行气动计算，利旧原有主轴及承缸，对透平机转子、流道进行优化改造。 

①叶片改用 TRT 专用高效新叶型，流动效率高，并且不易积灰、 堵塞，耐磨损。 

②对原有主轴及承缸进行激光熔覆加工，更换叶片及改造修复后能保证日发电量在 17.5万kWh左右。

方案二: 按照现有高炉煤气运行参数进行气动计算，对透平机转子、 流道进行优化改造。 

①叶片改用 TRT 专用高效新叶型，并增加叶片数量，流动效率高、 做功效率大，并且不易积灰、 堵塞，耐磨损。 

②重新设计更换主轴、 进口圈、 扩压器、 承缸、 调节缸，改善流道性能，减小煤气对叶片的冲刷，提高煤气流动效率，更换后能保证日发电量在 17.8万 kWh 左右。 

按每台机组每年运行 355d 计算，全年增加发电量106.5万kWh 左右。按电价 0.5元/ kWh计算，全年多创效 53.25万元。 

方案一费用 190 万元，方案二费用 395 万元，方案二费用比方案一多 205 万元。方案二比方案一每年可多发电 106.5万kWh， 多创效53.25万元，3年 10个月后可收回多出的费用。由于回收周期长，综合考虑后采取方案一，对透平机更换新动、 静叶片，激光修复主轴轮毂、 承缸，转子重新做动平衡。

2.2  轴端密封优化改造

1号 TRT机组轴端密封形式 (见下图 1) 是拉别令密封 (梳齿密封) ＋ 碳环密封 ＋ N₂ 密封组合轴封技术， 即: 内部 (里侧) 为拉别令气封，外部 (外侧) 为碳环密封，密封氮气从氮气入口以大于被密封煤气 0.02—0.03MPa的压力进行封堵， 密封效果差，煤气泄漏严重， 机房煤气浓度严重超标。分析主要原因为: ①由于当量齿数少，节流膨胀次数相对较少，造成泄漏严重；②机组过临界转速或发生异常振动时，振幅较大，转子上的齿与密封套之间会发生接触，由于拉别令密封齿较薄，当产生磨擦时，快被磨损，密封间隙增大，造成煤气泄漏。 

拉别令密封的 “J” 形齿间存在环形腔室，机组运行时腔室内有强旋气流，且转子的运行轨迹为椭圆形，所以转子圆周各处受强旋气流的切向力有很大差异，极易引起气流激振，引起机组振动。

为了改善轴端密封存在的问题，经与陕鼓研究讨论后，决定在1 号TRT 透平机上采用新型轴端密封，TRT 新型轴端密封形式为蜂窝密封 ＋ 碳环密封 ＋N₂ 密封，如图 2所示。2016 年 4 月新型密封安装后，煤气泄漏大大减少，煤气浓度 小于 24 × 10 ^-6 ，没有发生因轴端密封泄漏导致的机房煤气浓度超标，机组安全稳定运行，发电效率提高。并且新型密封组件易安装，更换备件容易。

2.3  顶压调节控制程序优化

高炉生产出现异常时，顶压、 流量大幅波动，对自动运行的TRT 造成冲击，导致推力瓦转化率法是一种可靠的动力学分析方法。 

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