CN1378038A - 多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两个或两个以上高炉共用一台透平机的高炉煤气余压能量回收发电工艺。在两个或两个以上高炉煤气除尘系统后面,减压阀组8前,将煤气引出,经过各自对应的入口蝶阀6、进口水封阀5后汇集,通过切断阀3进入透平主机1膨胀做功,并带动发电机组2发电,煤气从透平主机1出来后,经过出口水封阀7进入净煤气总管。在透平主机1的出、进口管路并联旁通阀4,透平主机1为单进单出型,透平主机1采用多级轴流反动式透平,机壳水平剖分,透平主机1的控制采用全静叶自动伺服控制,其中第一级静叶可全关闭,二级及后续静叶与一级静叶自动同步调整;在进口水封阀5内设置有两块阀板,在关闭状态,两阀板间充水。工艺控制的硬件采用PLC可编程控制器。本工艺设计计算简便、结构简单、操作维护量小,且适应性强、工作稳定可靠。
Description
本发明涉及一种两个或两个以上高炉共用一台透平机的高炉煤气余压能量回收发电工艺。
高炉煤气余压能量回收透平发电(简称TRT),是利用高炉炉顶与煤气总管之间的压力差,将高炉煤气导入透平机膨胀做功,带动发电机发电,从而将在减压阀组上以噪音和热能形式消耗的压差能予以回收的节能技术。国内开发推广使用TRT主要在炉容1260m3以上,顶压≥150kpa的高炉系统,国外则主要开发应用在炉容1500m3以上,顶压≥150kpa的高炉系统。国内外的TRT技术应用主要在单座高炉上对应配置相应的TRT设施,如单进单出透平主机的TRT工艺,该工艺的设备制造技术及控制系统、辅助设备已成熟、可靠。而目前国内外提出的两炉共用型TRT工艺主要在透平主机的开发应用上,如:双进双出透平主机,双静叶可调型(2122型);双进单出透平主机,双静叶可调型(2121型),或者双透平主机单发电机型(2211型)。这些工艺均局限于透平主机的设计、制造上,透平主机轴系设计计算复杂、结构复杂、操作维护量大,且无成熟运行经验,甚至要求两炉的容积、顶压基本相当,因而适用性差。
本发明的目的是针对国内中小型高压高炉数量大,单进单出型TRT工艺设备制造技术成熟,控制系统技术水平先进,辅助设备成熟可靠的现状,经过组合和设备改进,提供一种两炉或两炉以上共用一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,实现多座高炉的煤气能量回收。
实现本发明的技术解决方案是:一种两炉或两炉以上共用一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,在两个或两个以上高炉煤气除尘系统后面,减压阀组前,将煤气引出,分别经过各自对应的入口蝶阀、进口水封阀后汇集,通过切断阀进入透平主机膨胀做功,并带动发电机组发电,将煤气的压力、热能转化为电能。煤气从透平主机出来后,经过出口水封阀或在经过出口水封阀后,再经过蝶阀进入净煤气总管,在透平主机的出口和进口管路并联旁通阀,煤气进出的透平主机为单进单出型,透平主机采用两级以上轴流反动式透平,机壳水平剖分,透平主机的控制采用全静叶自动伺服控制,其中第一级静叶可全关闭,二级及后续静叶与一级静叶自动同步调整。在进口水封阀内设置有两块阀板,在关闭状态,两阀板间充水。TRT的运行控制和高炉的炉顶压力控制硬件采用PLC可编程控制器。在透平主机前高压煤气管道的排水方式采用分散排水。
本工艺采用了成熟的单进单出型透平主机,设计计算简便、结构简单、操作维护量小。透平主机的全静叶调节范围大于普通单进单出透平主机的对应角度变动范围,故其变工况能力强,适应多炉共用的特殊工况变化。TRT的运行控制、高炉顶压的控制和TRT入口压力(即透平主机入口压力)的控制硬件采用了PLC可编程控制器,系统扫描周期小于100ms,工作稳定可靠、设备中断功能强大,使得每座高炉炉顶压力的控制自成系统,单座高炉可单独发电,每座高炉可同时发电,并不影响各减压阀组对各自高炉的顶压控制。
图1 两炉一机高炉煤气余压能量回收透平发电工艺流程图
图2 两炉共用一机的TRT运行控制方框图
图3 单高炉顶压调节方框图
图4 单高炉TRT入口压力调节方框图
图5 两高炉顶压调节方框图
图6 两高炉TRT入口压力调节方框图
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图1:甲、乙两座高炉共用一机的高炉煤气余压回收透平发电工艺,在甲高炉煤气除尘系统后面,减压阀组8前和乙高炉煤气除尘系统后面,减压阀组8前,将煤气引出,分别经过甲、乙高炉管道上设置的甲入口蝶阀6、甲进口水封阀5和乙入口蝶阀6、乙进口水封阀5后汇集,通过切断阀3进入透平主机1膨胀做功,并带动发电机组2发电,将煤气的压力、热能转化为电能,煤气从透平主机1出来后,经过出口水封阀7进入净煤气总管,在透平主机1的出口和进口管路并联旁通阀4。煤气进出的透平主机1为单进单出型,透平主机1采用两级以上轴流反动式透平,机壳水平剖分,透平主机1的控制采用全静叶自动伺服可调控制,其中第一级静叶可全关闭,二级及后续静叶与一级静叶自动同步调整。
由于两炉共用一机的特点,其阀门设备的选择配置与单炉TRT工艺有明显的区别,选择了具有良好调节特性和严密性的入口蝶阀6,严密性要求达到密封试验B级,全行程动作时间小于等于4秒。进口水封阀5内设置有两块阀板,在关闭状态,两阀板间充水密封,具有双向密封能力、气体泄露率等于零。起紧急切断作用的切断阀3,无负荷全行程动作时间小于0.9秒,旁通阀4的全行程快开时间为1.3~4秒,入口蝶阀6、切断阀3、旁通阀4均由液压伺服控制
由于两炉共用一机的特点,给排水系统的设备选择与单炉TRT工艺亦有明显的区别,本工艺在透平主机1前高压煤气管道的排水方式采用分散排水,可以是采用单罐液位控制的排水方式,亦可以是采用阿基米德原理的机械自动排水的方式。
如图2:PLC可编程控制器控制的TRT运行程序如下:
①开始;
②启动条件是否具备,启动条件为TRT系统没有报警状态存在、所有高炉入口蝶阀6关闭、至少有一座高炉运行正常、TRT切断阀3关闭、旁通阀4关闭和液压、润滑、氮封、水电气等辅助系统正常,煤气温度正常;
③如启动条件具备,“是”则申请启动;“否”则等待启动条件具备;
④任一具备推动TRT条件的高炉是否同意,“否”则返回步骤④,“是”则单高炉TRT启动,同时紧急停机监控启动,当具备紧急停机条件时,进入停机程序,TRT运行控制程序结束;紧急停机条件为:透平主机1轴振动,轴位移太大,或透平主机1速度太高,或透平主机1轴温太高,或发电机组2轴振动、轴位移太大,或发电机组2轴温太高,或电气系统发生严重故障,或介质供给系统发生故障,或切断阀3突然关闭,或人工按下“急停”按钮;
⑤单高炉TRT运行;
⑥单高炉是否正常停机(包括人工要求),“是”则进入单高炉停机程序,TRT运行控制程序结束;“否”则单高炉不停机,第二座高炉可否接入(包括人工同意),“是”则接入第二座高炉,“否”则返回步骤⑤;
⑦两个高炉同时TRT运行;
⑧两个高炉是否正常停机,“是”则进入双高炉正常停机程序,TRT运行控制程序结束;“否”则单高炉是否退出(含人工或自动);
⑨单高炉是否退出,“是”则进入单高炉退出程序,然后返回步骤⑤,“否”则返回步骤⑦。
由于甲、乙两座高炉正常操作的多样性和复杂性,在两座高炉的煤气进入透平主机1前,需先经过严密调节的入口蝶阀6,其作用是A、启机时,与可调静叶配合实现透平主机1的速度调节和正常的并网操作;B、正常运行时,按对应高炉的炉顶压力给定值减去特定偏差后的给定值,实现高炉炉顶压力压力调节;C、对应高炉退出后,作为严密切断装置,便于水封阀5操作。由入口蝶阀6调节高炉顶压的程序如图3、图5,硬件选用PLC可编程控制器。图3中,单高炉顶压调节控制程序为:在选择器中选择单高炉顶压测定值变动范围a~b的最高值,与在运算单元9中修正运算后的单高炉顶压设定值在比较器10中进行比较,然后在调节器中进行顶压的PID等调节输出,再由入口蝶阀6实现顶压调节。图5中,两高炉顶压调节控制程序为:分别在选择器中选择两座高炉顶压测定值变动范围a~b的最高值,与各自对应的在运算单元9中修正后的高炉顶压设定值进行比较,然后分别在调节器中进行顶压的PID等调节输出,再由入口蝶阀6实现各自对应的高炉顶压调节。
本工艺的控制系统首先确定一个可调静叶的开度,再由严密调节甲入口蝶阀6和严密调节乙入口蝶阀6调节相应的炉顶压力,然后再由可调静叶控制透平入口压力。为了最大限度地减少煤气压力损失,同时最大限度地减少煤气经减压阀组8通过,控制系统对两座高炉炉顶压力设定值减去相应的煤气净化阻损后的结果进行比较、运算、低选后,作为可调静叶前压调节的给定值。目的是尽可能让煤气的压力能在TRT装置转化,多发电。由静叶调节TRT入口压力(即透平主机1的入口压力)的程序如图4、图6,硬件选用PLC可编程控制器。图4中,单高炉TRT入口压力调节程序为:TRT入口压力和在运算单元9中修正运算的单高炉顶压设定值再减去特定偏差后的给定值在比较器10中进行比较,在调节器中进行压力的P工D等调节,然后在补偿器11中进行调节特性的非线性补偿输出,再由静叶实现TRT入口压力的控制。图6中,两座高炉TRT入口压力调节程序为:TRT入口压力和每座高炉在运算单元9中修正后的顶压设定值在选择器中的低选值减去特定偏差后的给定值,在比较器10中进行比较,然后在调节器中进行压力的PID等调节,在补偿器11中进行调节特性的非线性补偿输出,再由静叶实现TRT入口压力的控制。
当某座高炉出现故障或顶压低于某设定值时,以及该高炉顶压与另一座高炉顶压偏差过大时,TRT控制系统可自动让该高炉煤气退出TRT装置,该高炉顶压自动转为原减压阀组8控制。此时,TRT工艺处于单高炉发电状态。
当TRT装置本身出现故障时,TRT控制系统的快速切断阀3迅速关闭,快开旁通阀4打开进入前馈调节,两座高炉顶压调节相应平稳过渡到各自的减压阀组8控制。
两炉以上高炉共用一机的TRT工艺与两炉共用一机的TRT工艺相同,只是在增加的高炉煤气除尘系统后,减压阀组8前引出的管路上设置入口蝶阀6、进口水封阀5即可。而两座以上高炉共用一机的控制程序与两炉一机的程序相同。
Claims (9)
1、一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,在两个或两个以上高炉煤气除尘系统后面,减压阀组(8)前,将煤气引出,分别经过各自对应的入口蝶阀(6)、进口水封阀(5)后汇集,通过切断阀(3)进入透平主机(1)膨胀做功,并带动发电机组(2)发电,煤气从透平主机(1)出来后,经过出口水封阀(7)或在经过出口水封阀(7)后,再经过蝶阀进入净煤气总管,在透平主机(1)的出口和进口管路并联旁通阀(4),其特征是煤气进出的透平主机(1)为单进单出型,透平主机(1)采用两级以上轴流反动式透平,机壳水平剖分,透平主机(1)的控制采用全静叶自动伺服控制,其中第一级静叶可全关闭,二级及后续静叶与一级静叶自动同步调整;在进口水封阀(5)内设置有两块阀板,在关闭状态,两阀板间充水;TRT运行控制、高炉炉顶压力控制、TRT入口压力(即透平主机(1)的入口压力)控制的硬件采用PLC可编程控制器;在透平主机(1)前高压煤气管道的排水方式采用分散排水。
2、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是选用的入口蝶阀(6)的严密性不低于密封试验B级,由液压伺服控制,全行程动作时间小于等于4秒。
3、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是选用的切断阀(3)由液压伺服控制,无负荷全行程快关时间小于0.9秒。
4、如权利要求1所述的一种多炉一机高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是选用的旁通阀(4)由液压伺服控制,全行程快开时间为1.3~4秒。
5、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是PLC可编程控制器控制的TRT运行程序如下:
①开始;
②启动条件是否具备,启动条件为:TRT系统没有报警状态存在、所有高炉入口蝶阀(6)关闭、至少有一座高炉运行正常、TRT切断阀(3)关闭、旁通阀(4)关闭和液压、润滑、氮封、水电气等辅助系统正常,煤气温度正常;
③如启动条件具备,“是”则申请启动;“否”则等待启动条件具备;
④任一具备推动TRT条件的高炉是否同意,“否”则返回步骤④,“是”则单高炉TRT启动,同时紧急停机监控启动,当具备紧急停机条件时,进入停机程序,TRT运行控制程序结束;紧急停机条件为:透平主机(1)轴振动,轴位移太大,或透平主机(1)速度太高,或透平主机(1)轴温太高,或发电机组(2)轴振动、轴位移太大,或发电机组(2)轴温太高,或电气系统发生严重故障,或介质供给系统发生故障,或切断阀(3)突然关闭,或人工按下“急停”按钮;
⑤单高炉TRT运行;
⑥单高炉是否正常停机(包括人工要求),“是”则进入单高炉停机程序,TRT运行控制程序结束;“否”则单高炉不停机,第二座高炉可否接入(包括人工同意),“是”则接入第二座高炉,“否”则返回步骤⑤;
⑦两个高炉同时TRT运行;
⑧两个高炉是否正常停机,“是”则进入双高炉正常停机程序,TRT运行控制程序结束;“否”则单高炉是否退出(含人工或自动);
⑨单高炉是否退出,“是”则进入单高炉退出程序,然后返回步骤⑤,“否”则返回步骤⑦。
6、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是PLC可编程控制器控制的单高炉顶压调节程序为:在选择器中选择单高炉顶压测定值变动范围的最高值,与在运算单元(9)中修正运算后的单高炉顶压设定值在比较器(10)中进行比较,然后在调节器中进行顶压调节输出,再由入口蝶阀(6)实现顶压调节;PLC可编程控制器控制的单高炉TRT入口压力调节程序为:TRT入口压力和在运算单元(9)中修正运算的单高炉顶压设定值再减去特定偏差后的给定值在比较器(10)中进行比较,在调节器中进行压力调节,然后在补偿器(11)中进行调节特性的非线性补偿输出,再由静叶实现TRT入口压力的控制。
7、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是PLC可编程控制器控制的两座和两座以上高炉顶压调节程序为:分别在选择器中选择每座高炉顶压测定值变动范围的最高值,与各自对应的在运算单元(9)中修正后的高炉顶压设定值进行比较,然后分别在调节器中进行顶压调节输出,再由入口蝶阀(6)实现各自对应的高炉顶压调节;PLC可编程控制器控制的两座或两座以上高炉TRT入口压力调节程序为:TRT入口压力和每座高炉在运算单元(9)中修正后的顶压设定值在选择器中的低选值减去特定偏差后的给定值,在比较器(10)中进行比较,然后在调节器中进行压力调节,在补偿器(11)中进行调节特性的非线性补偿输出,再由静叶实现TRT入口压力的控制。
8、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是在透平主机(1)前的高压煤气管道采用的分散排水方式,可以是采用单罐液位控制的排水。
9、如权利要求1所述的一种多炉一机的高炉煤气余压能量回收透平发电工艺,其特征是在透平主机(1)前的高压煤气管道采用的分散排水方式,还可以是采用阿基米德原理的机械式自动排水器的排水。
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