大型高爐煤氣余壓透平發電裝置（TRT）的開發郭玲麗，陳勇（成都發動機集團有限公司科能公司，四川成都610503）摘要：高爐煤氣余壓透平發電裝置（TOPGASPRESSUREENERGYRECOVERYTURBINE簡稱TRT）是利用高爐爐頂煤氣的壓力，讓煤氣通過透平膨脹做功，帶動發電機發電的節能設備，因為它不消耗任何燃料，能夠減少環境污染，而且能為企業增加電力能源，因此TRT是發展潛力巨大的節能降耗產品，是鋼鐵工業的一項重大節能技術。關鍵詞：大型TRT；氣動設計；靜葉調角機構1工藝流程高爐產生的煤氣，經重力除塵器，兩級文氏管或環縫洗滌），進入TRT裝置，經入口電動碟閥、入口插板閥、調速閥、快切閥，經透平機膨脹做功，帶動發電機發電，自透平機出來的煤氣，進入低壓管網，與煤氣系統中減壓閥組并聯。發電機出線斷路器，接于10kV系統母線上，經當地變電所與電網相連，當TRT運行時，發電機向電網送電，當高爐短期休風時，發電機不解列作電動運行。見圖1。竇爐■力障塵$干式他化lamasI離爐中央樓制室示iaw1TRT工藝流程圖圖可調靜葉控制閥臺TRT典型工藝流程圖竇爐■力障塵$干式他化lamasI離爐中央樓制室示iaw1TRT工藝流程圖圖可調靜葉控制閥臺TRT典型工藝流程圖rtfluuh?x￡5shc.wCHARTOFTRT發電機閏］2技術應用現狀TRT是一種余能回收的節能裝置，它充分的利用了高爐煤氣中的壓力能，而且煤氣還能回收利用，故TRT既能提高能源利用率，還能緩解企業電力供應緊張的矛盾，同時還改善了煉鐵廠周圍環境污染，噪聲污染，對環境保護和利用再生能源、節能、清潔生產及資源綜合利用起到了積極的促進作用。目前，發達國家現有的煉鐵高爐已普遍安裝使用TRT,我國自20世紀90年代開始，在大中型高爐上安裝TRT裝置收到了較好的經濟效益、社會效益和環境效益，為此，國家經貿委明確提出1000m3以上高爐都要安裝TRT裝置,1000m3以下的高爐也要推廣使用TRT裝置。國家發改委等部門頒發的《“十一五”十大重點工程節能工程實施意見》中將TRT技術列入第三類余熱余壓利用工程。國家已明確提出，今后新上高爐必須同步配套建設TRT，已投產的高爐要盡快補上TRT裝置。3關鍵技術1?氣動設計（含強度、振動驗算）TRT葉片的工作環境惡劣，煤氣參數（壓力、流量、溫度）隨時在發生變化，且含有少量粉塵，它的運行需要滿足高爐的以下需求：

第一、優異的氣動性能，效率盡可能高，要求不小于88%；第二、高爐煤氣在葉片通道內不易積灰、不易堵塞；第三、葉片長壽命的工作要求，需要對葉片進行嚴格的強度、振動驗算，考慮葉片的疲勞問題，必須具有很高的安全系數。采用航空發動機氣動設計流程，運用全三維有粘流場分析技術，經多輪迭代計算，使得流場內流速均勻，氣流不分離。圖2圖2葉片中截面相對速度矢量分布NODALSOLUTIONSTEP-1SUBTIME*1NODALSOLUTIONSTEP-1SUBTIME*1SEQV(AVG)0MX>001322SMN-176OB8SMX?225E?0?17S08A 5O1E?O8 100E*09 200E-06251E*0e 751E?O8 125E*W 175E*O9 2256*0?對關鍵零部件（葉片、主軸）進行強度和模態分析，對轉子進行轉子動力學分析，避免轉子在運行轉速下出現共振，影響機組平穩運行。圖3、圖4分別為葉片的應力分析結果和轉子的臨界轉速。ANSEP12006152844FileEU180xmttxt圖3葉片應力分析結果轉子各階粘界轉連掾埜Y-—階轉速： Y-—階轉速： rpm?-二階轉冠： rpm—三階轉連： rpm―?—口階轉速： rpm0三階轉速： rpm81012軸向位置圖4轉子各階臨界轉速2?進、排氣通道的設計目前在國內鞍鋼4200m3高爐上，首次采用成發軸向排氣的TRT,沿襲航空發動機的設計思想，改變了國內原有的模式，形成獨有的技術特點，其TRT的容量比原中型TRT大許多。這就要求有效解決整個殼體剛性、熱疏導等問題，要求氣流平穩，氣動效率高，噪音小、結構輕便，維修方便，故障檢測容易，易損件少，生產、維護成本低。3.齒輪齒條的靜葉調角機構成發集團TRT采用的調角器是通過伺服機構控制力偶式齒輪付機構，靈敏度高，精確度高，可靠性高，控制同步性好，壽命長和無故障間隔時間長。目前其他單位均采用簡單的四連桿伺服執行機構，對制造和裝配精度要求極高。實際使用中，四連桿機構進入死點，動作不同步產生卡死的現象時有發生，嚴重影響了設備的正常運轉，甚至危及到高爐生產。

a靜葉打開一定角度 b靜葉關閉圖6靜葉調節機構4轉子的設計轉子是整個TRT裝置最核心的部件，直接影響機組的性能和安全。成發集團大型TRT機組仍然采用剛性軸設計思路，因為剛性軸設計讓透平在啟、停機過程中避開了臨界轉速,使機組不受過臨界轉速引起的共振影響，同時削弱了機組在一個循環中的應力峰值，提高了葉片、軸承等重要零部件的疲勞壽命，確保機組運行穩定、安全。剛性軸設計還降低了透平機組的操作難度和控制難度。根據國家規范要求，剛性轉子只需要進行低速動平衡，為用戶在使用過程中的維修提供很大的方便，也顯著地降低維修成本。5軸承的設計由于TRT整個軸系的質量很大，支承軸承采用可傾瓦擺動支承軸承，其承載力大，軸承的高速穩定性好、壽命長、工藝性好。推力軸承采用金斯伯利軸承，各推力瓦塊能隨載荷的變化自動調節傾斜度，保證每個瓦塊上的載荷均勻分布，延長瓦塊的壽命。主付推力面均可承受100%的軸向推力。6試驗驗證進行葉片測頻、殼體打壓、危急保安器動作精確度的測試、轉子動平衡、傳動組件試運轉等多項試驗，驗證設計技術，檢查制造和裝配質量。7總結隨著國際能源危機的加劇及對環境保護的呼聲，市場對大型、特大型TRT的需求也隨之而來，成發集團充分利用航空發動機核心技術，積極研發出大型TRT,填補了國內空白，提高了國際市場競爭力。