邯钢东区TRT发电透平机作动器漏煤气原因分析及预防处理

□ 苏振华

高炉煤气余压发电系统（简称“TRT发电”）是利用高炉炼铁产生的炉顶煤气的余压、余热，使压力能和热能通过透平机转化为机械能，透平机再驱动发电机发电，实现能源的高效利用。机组本身没有能源消耗，仅其辅助系统的润滑油泵、动力油泵耗费一些电能，以及循环冷却水、氮气密封的能源使用，等等。机组与高炉调压阀组并联使用，不仅能够进行能源回收创效，还能够起到煤气降温、降压、降噪的效果，是钢铁行业重要的节能减排项目之一。邯钢能源中心目前拥有2套陕鼓干式TRT发电设备，分别配套2 000 m3和3 200 m3高炉使用，取得了良好的经济效益。在长期高效运行过程中，2021年2月开始邯钢2套干式TRT发电透平机静叶调节作动器处分别出现不同程度的煤气泄露现象，存在安全隐患。笔者研究发现，这是由于作动器传动杆处密封胶圈在长时间运行后损坏，无法达到密封目的，造成了煤气的外漏。因此，为了保证安全生产，解决煤气泄露问题势在必行。

根据工作经验，笔者认为，对于机组作动器漏煤气的原因，需要从TRT作动器密封的结构形式、煤气品质、检修安装质量等方面进行分析。

1.设计的影响

邯钢2套陕鼓干式TRT发电透平机静叶调节作动器传动杆密封处采用内嵌密封环式骨架密封，其作用是防止介质外漏，通常在使用前密封的唇口内径比轴径小，具有一定的过盈量。在安装后，由于唇口过盈和自紧弹簧的收缩会对传动轴产生一定的径向压力，与此同时，密封在弹簧收缩产生的抱紧力作用下，能够克服轴在传动状态下因轴的振动、窜动、跳动产生的间隙，从而使密封的唇口能够紧贴在传动轴的表面。实际运行中，由于密封与轴属于动态接触，时时调节，导致接触面磨损，密封间隙过大，造成煤气外漏，给机组安全运行带来隐患。

2.进气品质的影响

煤气含尘量、煤气中氯盐和煤气温度都会导致机组相关部件的损坏。

（1）煤气含尘量的影响

高炉炼铁产生的煤气中含有大量的粉尘，邯钢2 000 m3和3 200 m3高炉均采用布袋除尘器对高炉煤气粉尘进行除尘处理，但布袋除尘器在长时间运行后会出现除尘效果变差、布袋脱落、布袋毁坏漏洞、布袋板结等问题，导致进入TRT机组的高炉煤气含尘量严重超标。而高炉煤气粉尘含量是否达标对TRT机组的安全运行起着至关重要的作用。一般TRT机组要求高炉煤气（干法布袋除尘）的含尘量为5 mg/m3以下，否则泄漏到TRT发电透平机内部动/静叶片、流道、调节缸、静叶调节作动器传动杆密封处的煤气会造成部件的堵塞、密封的磨损，威胁机组的安全运行。

（2）煤气中氯盐的影响

煤气中含氯盐较高；
且邯钢TRT煤气进口温度经常在90℃～180℃，出口温度经常在60℃左右。通过对积盐结晶物进行化验，成分中氯离子含量偏高，氯化物在低于100℃时以结晶盐的形态存在，在100℃以上以气态氯化物存在。由于氯化物的这种特性，煤气在流经TRT膨胀做功的过程中煤气温度逐步降低，远低于结盐温度，致使在透平机作动器传动杆密封处、内壁、静叶和转子两级动叶上积盐，积盐不但破坏作动器的密封，还逐渐增大可调静叶的转动阻力，使得静叶调节机构卡阻和变形，最终导致透平机可调静叶调整顶压特性变坏。此外，还会因积盐厚度达到一定程度脱落不均匀，导致转子不平衡，引起透平机轴振动，从而影响机组运行。对积盐成分进行化验分析，发现该物质极易溶于水，呈酸性，其水溶液成分见表1。可以看出，盐分中氯离子含量较高，积盐的主要成分是氯化铵，氯化铵在温差变化较大时很容易析出并且结块，含有氯化铵的高炉煤气进入TRT机组后驱动透平机膨胀做功，使煤气温度骤然下降，氯化铵在此过程中析出、结块并和煤气中的杂质等凝集在透平机的相关部件上。

表1 氯盐成分分析

（3）煤气温度的影响

机组作动器密封件在长期高温、摩擦的作用下，极易老化，当高炉炉况发生变化致使煤气温度升高时（180℃～260℃），会造成TRT透平机整体温度升高，加速作动器处动密封件的损坏。

3.检修安装质量的影响

在检修安装作动器传动杆和密封件时因安装位置有限，可能会直接造成内部密封件损坏或错位，而通过外观无法判断其内部是否完好，只有在机组运行起来之后，通过是否泄漏煤气来判断安装质量是否合格。

1.作动器密封改造

作动器传动杆处的密封属于动密封，目的是实现时时调节功能；
作动器传动杆处密封在长时间运行后损坏，无法达到密封目的，造成煤气外漏。对此，可在不影响运行的情况下对其进行升级改造。具体做法是在现有密封基础上加装氮气密封，实现双重保险作用。在作动器大盖端面上开孔，接四分球阀，引入氮气源，利用球阀开度控制氮气量大小，实现密封煤气作用。2021年7月邯钢老区2 000 m3和3 200 m3高炉TRT作动器密封漏煤气升级改造完成，煤气泄露现象得到有效控制，机组安全稳定运行。

2.改善进气品质

分别对从煤气含尘量、阻垢剂添加、煤气进气温度进行调控，改善煤气进气品质。

（1）加大力度进行煤气含尘量控制

布袋除尘后净煤气含尘量超标，会加大机组静叶调节作动器传动杆密封处磨损，缩短其使用寿命。因此，在布袋除尘器除尘后煤气含尘量上加强控制，确保除尘器后含尘量达标显得尤为重要。随着布袋除尘器运行时间的增长，布袋透气性变差，箱体压差升高，造成布袋、骨架承压变形，荒煤气可直接从花格板间隙泄漏到净煤气系统，致使高炉煤气含尘量严重超标，从而导致煤气质量变差，TRT机组相关部件积灰越来越多，机组内部气体流道变窄，气体过流量减小，作动器动传动杆及密封磨损且动作缓慢滞后，发电效率降低。为保证TRT机组正常运行，需定期停机清理积垢。为此，优化布袋氮气脉冲反吹工艺，增加布袋除尘系统的反吹次数，采用定压差（1.5 kPa）和定时（6 h）反吹相结合的运行方式，根据高炉荒煤气温度变化趋势，结合布袋系统荒净煤气总管及单箱体压差变化，运用在线、离线、定时、定压反吹相结合的手段，确保布袋透气效果，减少布袋、骨架的承压时间。同时，采取每天对布袋除尘筒体进行人工检漏、每天对净煤气含尘量取样分析的方式，保证含尘量在5 mg/m3以下，降低TRT机组相关部件的磨损程度。最后，根据布袋使用寿命，定期更换布袋，保障除尘系统稳定运行，加强日常对设备的精心操作维护；
重点针对高炉荒煤气低温、拉灰车到位不及时造成的布袋除尘系统输放灰困难和箱体、灰仓堵塞的问题，值班人员要根据煤气温度和箱体压差变化，及时调整输灰和反吹时间，保证系统稳定运行。

（2）合理调控TRT入口阻垢剂用量，减少积盐

根据入口煤气参数变化，及时调整TRT缓释积盐的药剂给喷量，减缓积盐。通过与厂家沟通和共同试验，对邯钢TRT机组氯盐成分进行分析，共同研制出适合邯钢TRT机组运行的阻垢剂，药剂喷入高炉煤气后，借助煤气温度和动能瞬间实现气化和均匀混合；
药剂与煤气中的无机盐晶体发生共晶或吸附在结晶表面，药剂中的表面活性成分阻止各种杂质在机组部件上附着；
药剂吸收煤气中的酸性气体，降低酸性气体浓度，达到缓蚀效果，防止点腐蚀。但是由于高炉煤气量波动较大，大型高炉煤气波动量甚至达到20万立方米/h（瞬间煤气最大量和最小量差值），而阻垢剂的添加量往往是根据一段时间内平均煤气量来确定的，因此阻垢剂可减少但并不能完全防止氯盐的沉积。此外，针对氯盐问题进行现场探索实验，根据氯盐极易溶于水的特性在TRT机组入口管道处连接蒸汽管道，利用高炉每3个月休风1次的机会，先将机组内部煤气置换出来，再将蒸汽阀门打开，向机组内部通蒸汽，同时将机组上部观察孔打开，从观察孔向机组积盐部件喷水，氯化铵吸收水后开始融解，并迅速脱落，以此保证氯盐沉积量降到最低。

（3）控制进气温度

从煤气源头着手，在允许的情况下，通过控制高炉及除尘系统打水量，从而控制TRT入口煤气温度，避免在TRT内部积盐。最好将入口温度控制在TRT设计运行温度（120℃～150℃）范围内。

3.严把检修质量

在机组进行揭盖大修期间针对作动器传动轴、密封部件进行仔细检查并更换。首先，保证更换件的质量标准达标；
其次，保证更换过程中作业人员操作程序符合作业标准，以此保证更换部件完成后能够长周期稳定运行。

本文基于对TRT作动器漏煤气现象的分析，对作动器密封结构和煤气品质进行研究，提出针对作动器密封进行升级改造和煤气品质控制的办法，以有效控制作动器漏煤气现象的发生，保证机组安全稳定运行。

此次问题的解决可保证作动器密封处煤气不外漏，机组安全稳定生产，并且在不停机的情况下完成改造，如停机解体更换作动器需8天时间，按每天发电效益最低10万元计，则合计80万元，作动器传动杆及密封件等备件费用20万元，则一次改造可节约费用100万余元。