如何改進鋼鐵廠高爐煤氣減壓閥組
摘要: 文章介紹了鋼煉鐵廠為提高余壓透平裝置的發(fā)電量對高爐減壓閥組進行改造。這次改造取得明顯經(jīng)濟效益, 并有推廣作用。
關(guān)鍵詞: 高爐煤氣; TRT; 減壓閥組 高爐煤氣減壓閥組
Abstract:The paper introduces the reform of the pressure reducing valves of No. 1 and No. 4 BF of Iron- making Plant ofBaotou Steel Co. in order to increase the capacity of TRT. The reform getsobvious economic efficiency and has spreading function.
Key words: top gas;TRT; pressure reducing equipment
高爐煤氣余壓透平裝置簡稱TRT,TRT 的煤氣入口從文氏管后的煤氣管接出, 煤氣出口與減壓閥組后的凈煤氣主管相連接, 所以TRT 是與減壓閥組并聯(lián)在凈煤氣管道上的。其運行原理是高壓煤氣在透平機內(nèi)膨脹做功, 推動透平機葉輪轉(zhuǎn)動, 帶動發(fā)電機發(fā)電。透平機有軸流向心式、軸流沖動式和軸流反動式3 種。其中軸流反動式的質(zhì)量小、效率高[ 1] 。包鋼高爐TRT 透平機采用的就是這種形式。爐頂余壓發(fā)電裝置, 要求爐頂壓力大于0. 1 MPa, 煤氣壓力愈高、流量愈多發(fā)電量就愈高。與火力發(fā)電相比, 其優(yōu)點在于不消耗任何能源, 而是充分利用了以往白白放掉的煤氣壓力, 實現(xiàn)煉鐵高爐的鐵電聯(lián)產(chǎn)。對于現(xiàn)場工作環(huán)境而言, 不僅消除了噪音, 改善了工作環(huán)境, 也消除了由于管道振動而對煤氣管道產(chǎn)生的破壞作用。該技術(shù)經(jīng)過多年的實踐檢驗已十分成熟, 在各大鋼鐵企業(yè)已廣泛應(yīng)用, 經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。
1 1# 、4# 高爐減壓閥組運行狀況
1999 年, 公司在4# 高爐建成我公司*TRT項目, 2003 年1# 高爐的TRT 裝置也投入運行, 鋼廠1# 、4# 高爐爐容均為2 200 m3 的大型高爐, 設(shè)計爐頂壓力為0. 2 MPa, 由于高爐所用鼓風機能力所限,高爐爐頂壓力一般控制在0. 155 MPa。其煤氣處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。它采用雙文式高爐煤氣處理裝置, 屬濕法除塵。在沒有安裝余壓發(fā)電裝置TRT 時, 其系統(tǒng)壓力（ 高爐頂壓） 靠減壓閥組來調(diào)節(jié)控制。減壓閥組之前為高壓段, 減壓閥組之后為低壓段。減壓閥組是控制高爐爐頂壓力的關(guān)鍵設(shè)備。而爐頂壓力的穩(wěn)定又是高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行的重要條件。在TRT 余壓發(fā)電裝置運行以后, 減壓閥組既要保證TRT 的穩(wěn)定發(fā)電又要保證高爐煤氣系統(tǒng)的安全運行。TRT 正常運轉(zhuǎn)時, 減壓閥組處于*關(guān)閉狀態(tài), 高爐爐頂壓力是由余壓發(fā)電透平機的靜葉角度的調(diào)節(jié)來控制的。一旦余壓發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障, 其煤氣入口的快切閥將迅速關(guān)閉, 而同時高爐減壓閥組要迅速打開, 以保證高爐煤氣流的通過, 且根據(jù)高爐的要求控制爐頂壓力。否則將導致高爐煤氣系統(tǒng)及熱電鼓風機的重大事故。
2存在的問題
原高爐減壓閥組是由4 個并聯(lián)的750 mm碟型調(diào)節(jié)閥與一個??200 mm 的常通閥組成, 這種閥如果脫開控制曲柄, 它是可以360??旋轉(zhuǎn)的。沒有密封面, 起不到密封作用。隨著使用時間的增長, 其磨損也相應(yīng)加大, 從閥餅周圍縫隙的泄漏量也與日俱增, 根本不能*切斷煤氣流的通過。這樣就使一部分高爐煤氣經(jīng)減壓閥組進入煤氣管網(wǎng)。從而導致進入TRT 透平機的煤氣量相對減少,致使TRT 的發(fā)電量隨之減少。與其他鋼鐵廠同類型裝置的發(fā)電量相比也是偏低。另一種情況是減壓閥組處于關(guān)閉狀態(tài)時, 煤氣中的細小粉塵和水垢堵死閥餅周圍的縫隙, 將閥餅擠死, 一旦TRT 故障發(fā)生, 減壓閥組又難以快速打開, 將導致事故的進一步擴大。這些問題在較長時間內(nèi)威脅著高爐的爐況順利和TRT 余壓發(fā)電裝置的運行正常。圖2 為新舊蝶閥對比。
3高爐減壓閥組的改造及效益
通過與國內(nèi)鋼鐵企業(yè)同行交流, 發(fā)現(xiàn)三偏心金 新舊蝶閥對比屬密封碟閥可以解決我們所遇到的難題。三偏心金屬密封蝶閥的核心就是采用了偏心金屬硬密封, 其閥芯類似一個偏心的圓錐楔子, 在壓力的作用下越關(guān)越緊, 但需要開啟時又能迅速脫離, 不產(chǎn)生自鎖。閥芯在0~ 90之間自由調(diào)整。而且開關(guān)時對閥圈積垢有剪切作用。因此它解決了因閥體關(guān)不嚴煤氣泄露和連續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)生積垢使閥體不能迅速開關(guān)調(diào)整的難題。此種閥還應(yīng)具有耐高溫的性能, 執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)響應(yīng)好, 開啟速度快。確定采用4 750 mm 的三偏心金屬密封碟閥替換現(xiàn)在的減壓閥組中的750 mm 調(diào)節(jié)閥, 取200 mm 閥。2005 年9 月份, 隨著二煉鋼檢修工程的開始,設(shè)備動力部組織煉鐵廠、燃氣廠、設(shè)計院共同論證后, 研究決定對1在高爐的控制參數(shù)中，爐頂壓力是非常重要的參數(shù)之一。爐頂壓力的控制精度直接影響高爐的順行、產(chǎn)量。唐鋼 2560m3高爐不僅要實現(xiàn)高爐頂壓的穩(wěn)定控制，還要實現(xiàn)唐鋼北區(qū)動力廠與之配套的余壓發(fā)電（TRT）的運行，在頂壓穩(wěn)定的同時使發(fā)電功率大化。上海申弘閥門專業(yè)的生成各種調(diào)壓閥組，主要使用在各種工業(yè)化的工況中使用，有著很好的調(diào)壓效果，今天上海申弘閥門閥門就來詳細的分析煤氣調(diào)壓閥組的知識：
（一）工作原理：
煤氣調(diào)壓閥組是由自動調(diào)節(jié)蝶閥及常通管組成。在使用中一般用一臺ZAJW-1型自動調(diào)節(jié)蝶閥通過DDZ型電動單元組合儀表進行自動控制，其余二臺（或三臺）ZAJW-1型自動調(diào)節(jié)蝶閥由閥門配制的電動執(zhí)行器通過儀表盤上的手動操作器控制進行粗調(diào)，以達到對系統(tǒng)流量和壓力之調(diào)節(jié)。
（二）產(chǎn)品運用：
煤氣減壓閥組適用于煉鐵廠高爐系統(tǒng)，通過對氣體流量調(diào)節(jié)來保證爐頂壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。安裝于除塵裝置（濕式除塵或干式除塵）之后的凈煤氣管道上。也適用于其它需要通過流量、壓力調(diào)節(jié)來保持穩(wěn)定生產(chǎn)的氣體介質(zhì)管路系統(tǒng)。
（三）安裝知識：
本閥組安裝在水平管道上時無方向要求，但常通管應(yīng)置于閥組下方，以保證在系統(tǒng)溫度下降時冷凝水的排出。安裝在垂直管路上時應(yīng)考慮電動執(zhí)行器的工作位置。
（四）主要材料：
閥體、連接筒、大小法蘭、蝶板：采用碳素鋼。
閥桿：采用合金鋼。
密封墊：采用石墨橡膠。
（五）優(yōu)點介紹:
煤氣調(diào)壓閥組大的特點是能在無電、無氣的場所工作。既節(jié)省了能源，而壓力設(shè)定值在運行中可隨意調(diào)整，因而它廣泛用于石油、深冷、電子、化工、天然氣、食品等各種燃氣門站、區(qū)域調(diào)壓和氣體、液體的調(diào)壓要求。能減動壓和靜壓,并將閥前介質(zhì)傳遞至閥后,且閥后壓力在一定范圍內(nèi)可以自由調(diào)節(jié)的閥門。按結(jié)構(gòu)型式可分為直接驅(qū)動的直接式減壓閥和設(shè)有先導裝置的先導式減壓閥。
（2）可調(diào)式減壓閥的組成（沿水流方向）
A、控制閥;B、過濾器;C、閥前后的壓力表;D、可調(diào)式減壓閥;E、可曲撓橡膠接頭或管道伸縮器;F、控制閥門。
注:A、當可調(diào)式減壓閥主閥體帶有壓力表時,減壓閥組可不設(shè)置壓力表。
B、當可調(diào)式減壓閥主閥體自身帶有過濾裝置時,減壓閥組可不設(shè)過濾器。
C、安裝現(xiàn)場應(yīng)有拆卸過濾裝置的空間。
（3）生活、生產(chǎn)、消防給水和熱水供應(yīng)系統(tǒng),在需要減靜壓的場所,并符合下列情況時,應(yīng)裝設(shè)給水減壓閥：
（4）減壓閥宜設(shè)置兩組，其中一組備用。
（5）減壓閥的設(shè)置誚便于管理、操作、安裝和維修;減壓閥不宜設(shè)置在吊頂和住宅戶門內(nèi);當減壓閥設(shè)置在管道井內(nèi)時應(yīng)留出足夠的空間。
2 工藝對象簡述 2560m3高爐的頂壓控制由減壓閥組及唐鋼北區(qū)動力廠與之配套的余壓發(fā)電（TRT）設(shè)備組成，如圖1所示。
圖 1 爐頂壓力控制閥組體系結(jié)構(gòu)
減壓閥組由4個閥組成：自動閥、量程閥、快開閥、遙控閥組成。 自動閥：在減壓閥組控制頂壓時實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。 量程閥：在自動閥自動控制時起輔助調(diào)節(jié)作用。 快開閥：用于 TRT故障時與減壓閥組快速切換，在高爐減壓閥組控制頂壓時，作手動閥用。 遙控閥：用于中控時應(yīng)急手動控制頂壓及高爐頂壓超高限時緊急連鎖，防止損壞爐頂設(shè)備。 TRT主要由調(diào)速閥、透平機靜葉、發(fā)電機組等設(shè)備組成。 調(diào)速閥：用于調(diào)節(jié)透平機的沖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，使之達到發(fā)電機發(fā)電所需的額定轉(zhuǎn)速，保證發(fā)出的電為50Hz。 透平機靜葉：在 TRT控制頂壓時調(diào)節(jié)頂壓，并調(diào)節(jié)發(fā)電功率。 工藝上要求在頂壓穩(wěn)定的同時TRT的發(fā)電功率大化，這樣就要求高爐產(chǎn)生的煤氣全部流經(jīng)TRT，充分利用高爐頂壓與管網(wǎng)煤氣的壓力差進行發(fā)電。也就是說在TRT控制頂壓時，正常時要求減壓閥組的所有閥門均處于關(guān)閉狀態(tài)。為了方便控制與切換采取雙方共用一個頂壓 PID調(diào)節(jié)器，高爐操作人員隨時可以根據(jù)爐況調(diào)整頂壓的設(shè)定值，通過減壓閥組或 TRT的靜葉進行調(diào)節(jié)頂壓，切換后 TRT人員也可以直接控制減壓閥組的自動閥、快開閥。
3 系統(tǒng)方案 使用RECKWELL公司的PLC5控制系統(tǒng)，唐鋼北區(qū)動力廠3#TRT系統(tǒng)使用ABB的 PLC系統(tǒng)?？刂圃砣鐖D 2所示。
圖2 高爐爐頂壓力控制原理圖
高爐切換到TRT控制時，高爐頂壓調(diào)節(jié)器的輸出值輸出到TRT，這時 TRT系統(tǒng)逐漸減少對自動閥的輸出，加大對透平機靜葉的輸出，直到自動閥全關(guān)，量程閥依據(jù)與自動閥的連鎖全關(guān)，這時減壓閥組的閥全部處于關(guān)閉狀態(tài)，高爐頂壓調(diào)節(jié)器從控制自動閥*控制靜葉。但自動閥與靜葉畢竟是兩個不同的執(zhí)行機構(gòu)，傳遞函數(shù)不同。如果高爐頂壓調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)還沿用自動閥的值會造成頂壓波動增大。所以當切換后自動閥全關(guān)時，TRT系統(tǒng)將適應(yīng)靜葉的PID參數(shù)傳到高爐的頂壓調(diào)節(jié)器。
高爐的減壓閥組更換為采用三偏心金屬密封碟閥的新型減壓閥組。圖3 為新舊減壓閥組結(jié)構(gòu)對比。在安裝調(diào)試時模擬TRT 故障演練中, 減壓閥組能在5 s 內(nèi)快速開啟, 無卡死滯后現(xiàn)象?？杀ＷCTRT 機組故障時減壓閥組快速開啟,安全泄壓, 使TRT 機組、高爐煤氣系統(tǒng)、熱電鼓風機的安全得到保障。新舊加壓閥組結(jié)構(gòu)對比經(jīng)調(diào)研在國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)此項目廣泛應(yīng)用的是美國生產(chǎn)的三偏心金屬密封碟閥, 經(jīng)詢價1# 、4# 高爐的兩套減壓閥組費用是350 萬元人民幣, 而我們選用國內(nèi)生產(chǎn)的三偏心金屬密封碟閥兩套費用為98 萬元人民幣。經(jīng)研究論證, 決定將其國產(chǎn)化, 屬國內(nèi)應(yīng)用。僅采購費用就節(jié)省了252 萬元人民幣。經(jīng)過近半年的運行證明, 改造后的減壓閥組達到了預期目的和效果。TRT 發(fā)電量對比見表1。
5 結(jié)束語
包鋼現(xiàn)有5 座高爐生產(chǎn), 其全部配備余壓發(fā)電裝置, 其中1# 高爐、3# 高爐、4# 高爐都是雙文式高爐煤氣處理系統(tǒng)帶TRT 運行, 2# 高爐、5# 高爐為環(huán)縫煤氣處理系統(tǒng)帶TRT 運行。3# 爐可借鑒以上經(jīng)驗選適當時機對其減壓閥組進行改造, 也可使其余壓發(fā)電量大幅上升。更值得一提的是4# 高爐和在建的6# 高爐將使用布袋式干法除塵代替現(xiàn)有的濕法除塵。這除了可節(jié)省大量的水資源以外, 還可使處理過濾后的煤氣溫度有較大幅度的提高, 即可大幅提高TRT 發(fā)電量。運行正常的爐頂煤氣余壓發(fā)電裝置, 所回收的電量相當于高爐本身設(shè)備系統(tǒng)（ 不包括風機） 的用電量[ 2] 。同時它也是冶金企業(yè)節(jié)能環(huán)保的重要舉措。
3 結(jié)論
（1） 在目前原料條件下, 燒結(jié)礦堿度為2??0 時,燒結(jié)脫硫率在84% ~ 90% 之間, 燒結(jié)脫氟率一般在10% 以下;
（2） 高堿度燒結(jié), 堿性熔劑增加, 燒結(jié)過程脫硫率、脫氟率降低;
（3） 燒結(jié)礦鐵品位提高, 混合料中熔劑減少, 燒結(jié)反應(yīng)溫度提高, 有利于提高脫硫率;
（4） 自產(chǎn)鐵精礦含氟量不斷降低及燒結(jié)配加無氟礦比例增大, 使燒結(jié)混合料含氟量下降, 是燒結(jié)脫氟率降低的主要原因。
（ 5） 燒結(jié)過程脫除的硫和氟進入燒結(jié)煙氣中, 由此可以計算出煙氣含硫和氟量, 作為改進燒結(jié)煙氣凈化工藝的依據(jù)。
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