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鍵設備。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 正常運轉時, 減壓閥組處于*關閉狀態(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。而且開關時對閥圈積垢有剪切作用。因此它解決了因閥體關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調(diào)整的難題。此種閥還應具有耐高溫的性能, 執(zhí)行機構動態(tài)響應好, 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,設備動力部組織煉鐵廠、燃氣廠、設計院共同論證后, 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。按結構型式可分為直接驅動的直接式減壓閥和設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,減壓閥組可不設過濾器。
C、安裝現(xiàn)場應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系統(tǒng),在需要減靜壓的場所,并符合下列情況時,應裝設給水減壓閥：
（4）減壓閥宜設置兩組，其中一組備用。
（5）減壓閥的設置誚便于管理、操作、安裝和維修;減壓閥不宜設置在吊頂和住宅戶門內(nèi);當減壓閥設置在管道井內(nèi)時應留出足夠的空間。
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）設備組成，如圖1所示。
圖 1 爐頂壓力控制閥組體系結構
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，防止損壞爐頂設備。 TRT主要由調(diào)速閥、透平機靜葉、發(fā)電機組等設備組成。 調(diào)速閥：用于調(diào)節(jié)透平機的沖轉轉速，使之達到發(fā)電機發(fā)電所需的額定轉速，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，量程閥依據(jù)與自動閥的連鎖全關，這時減壓閥組的閥全部處于關閉狀態(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，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時，TRT系統(tǒng)將適應靜葉的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 為新舊減壓閥組結構對比。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。可保證TRT 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。新舊加壓閥組結構對比經(jīng)調(diào)研在國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)此項目廣泛應用的是美國生產(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 結論
（1） 在目前原料條件下, 燒結礦堿度為2??0 時,燒結脫硫率在84% ~ 90% 之間, 燒結脫氟率一般在10% 以下;
（2） 高堿度燒結, 堿性熔劑增加, 燒結過程脫硫率、脫氟率降低;
（3） 燒結礦鐵品位提高, 混合料中熔劑減少, 燒結反應溫度提高, 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配加無氟礦比例增大, 使燒結混合料含氟量下降, 是燒結脫氟率降低的主要原因。
（ 5） 燒結過程脫除的硫和氟進入燒結煙氣中, 由此可以計算出煙氣含硫和氟量, 作為改進燒結煙氣凈化工藝的依據(jù)。
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