关于三高炉TRT叶片结垢的思考

1、引言

三高炉TRT压差发电装置于2002年3月开始安装，2003年1月7日正式投产。干、湿两用，透平机由陕西鼓风机集团总成，型号：MP6-14.6/278/60， 配套发电机组为15000KW。2003年5月31日进入干法试运行，2003年11月21日全干法运行。三炉压差自干法运行以来，从未出现过结垢问题，以往机组揭缸后，只是在静叶、转子和缸内壁形成一层很薄的灰膜。但2006年3月9日、3月21日两次事故停机，揭缸后均发现叶片严重结垢，机组被迫进入检修。引起结垢的原因是什么？有没有解决的办法？本文从结垢成因入手进行分析，并提出综合治理方案。

2、三高炉TRT结垢原因分析

过量的尘和适量的水，在温度适宜的条件下聚集在附着物上，就容易结垢。此次事故，我们保留了大量实物图片。从图片上我们可以清楚地看到：动静叶片结垢都是从根部的凹处开始向周围扩散，逐渐将叶片包围，最后弥漫叶片之间的间隙。

图片一：清理后的动叶 图二：结垢的静叶

2.1、三高炉TRT装置组成

TRT装置由三大部分八个子项组成，主要包括：透平主机系统，高低压发配电系统，自控系统，给排水系统，氮气密封系统，大型阀门及主煤气系统，动力油系统，润滑油系统。主煤气管路工艺流程见图1。

图五、六：2006年3月21日揭缸时叶片结垢情况的照片

2.2、灰尘分析

按照陕西鼓风机集团设计，干式TRT没有灰尘堵塞问题。三炉压差事故停机后，总公司两次召开分析会，会上动力厂提出：其布袋除尘装置出口含尘量只有2.64mg/m3，这是经不起推敲的：机组运行了110小时，煤气流量最大40万立方米，即使3mg/m3的含尘量也才会产生0.13吨的灰，旁通管道、膨胀节、拐弯处都是挂灰的地方，大部分灰还会通过透平机流出进入出口管道，粘在叶片上的灰已所剩无几。但结垢如此严重，灰量肯定不少，可见其数据失真。

2.3、水分析

干法运行是没有水的，分析会上动力厂坦言其湿法截门关不严，证实了漏流的存在。公司指出电力厂用于干法的喷1、喷2截门不严，造成3月2日有一个从148℃到105℃的瞬间温降，未引起运行人员的注意。电力厂于3月24日用盲板将喷1、喷2全部卡死，但3月29日8：00，三炉压差机组1#瓦2#点轴振陡升至47μm，说明叶片又结垢了。既然喷1、喷2都卡死了，水怎么来的呢？虽然没有亲自目击，但我们可以判定动力厂湿法截门的漏流才是真正的水源。当然，我们也是有责任的，如果我们发现温降后及时联系、及时汇报，后果也许会好得多。

3、解决方案：

以下列举了五种方案，逐一介绍分析如下：

3.1、在进气端加装喷水装置。

这是国内TRT常用的做法。将进气端原用于喷药的喷雾水喷头改成喷水，根据高炉煤气含尘量的大小，间断或连续喷水，冲洗流道防止积灰。实际上流道积灰远没有静叶积灰后果严重，静叶积灰以后，会改变气流方向，降低反动度，功率下降，严重时会造成顶压不稳，轴振升高。

需要注意的是：国产第一台全干式TRT是2003年4月在杭钢投产。可见，加喷水装置抑制结垢的成功经验主要集中在湿式TRT领域。三炉压差如果加装喷水装置，喷水时机的选择对比如下：

3.11、机组停机时开启喷水装置。此方法可行，对机组影响小，但每次开停机因入、出口阀的动作不灵活消耗大量时间，且每月都要人为停几次机，这显然是不经济的。

3.12、机组打闸停机，不关阀，然后开启喷水装置。由于快切阀在打闸0.5秒后关闭，一定程度上阻断了气源。冲洗完后直接启动机组即可。相对于前者，节省了开、关阀的时间，不利因素同上。

3.13、在湿法运行时开启喷水装置。

统计显示：2005年9月-11月，三炉压差共经历了5次湿法运行，最长95小时20分钟，最短3小时30分钟。可见，干湿并用的机组湿法运行的时候并不少见。如利用湿法时开启喷水装置，可有效防止积灰，切实可行，但由于湿法时发电出力已经降低，如开启喷水装置冲洗，发电出力因入口煤气温度的下降会更低。这仍然是一个以牺牲电量为代价的办法。

3.14、机组逆电力时开启喷水装置。

车间统计发现：从三炉压差投产至今（2006年3月底），共经历了62次逆电力，每次平均75分钟，折合每月1.6次；一炉压差自2003年4月14日投产至今共经历了81次逆电力，每次平均2小时14分钟，折合每月2.25次。此方法相对于前者减少了人为停机时间。但在逆电力过程中，机组从电网吸收电能维持3000rpm运行，喷水压力多大合适难以论证；并且由于干法运行，低温的水冲击高温的叶片，是否会造成金属热胀冷缩，进而影响到静叶的间隙也是个未知数。

3.15、机组逆电力时打闸停机，不关出、入口阀。

《一三高炉压差岗位技术操作规程》第四章（五）"事故处理"（第60页）中规定："干法运行中，TRT逆电力时，运行人员应及时联系汇报，并停止TRT运行"。可见，逆电力时停机才符合规程规定。逆电力后打闸停机，快切阀关闭，不关出、入口阀，开启喷水装置，冲洗完等高炉顺行后再开机。相对于前4种，这是最理想的方案。因高炉不顺逆电力时停机喷水，全月没有逆电力时人为进行停机喷水。

上述五种喷水方案的共同缺点是只能喷到第一级静叶，间歇喷水是否会造成金属的某些部件生锈需要论证；喷多长时间，水量多少合适，间隔多长时间需反复试验，要冒一定风险。

3.2、改进加药装置。

由于干法运行，三炉压差的加药系统已经不用，早期喷头全部堵死且已改管路，十字喷头也因3月9日、3月21日处理机组结垢时间短没得到及时清理。如改进加药系统，需高炉配合停风，在入、出口阀关严、置换合格的情况下进管道对十字喷头进行疏通，配齐加药泵。但何时加药，配比多少需进行研究。另外，一炉压差3月3日揭缸检查发现仍有比较严重的结垢现象。一炉加药的经验告诉我们：加药只能降低结垢量，但不能彻底解决结垢问题。还有，价格昂贵的阻垢剂（17947元/吨）将直接导致三炉压差成本的上升，这在攻指标、降消耗的今天不能不考虑。

3.3、轴振升高时联系转湿法运行，轴振下降后再转干法。

3月24日，三炉机组第二次抢修完毕后于18：05并网，3月29日8：00，1#瓦2#点轴振陡升至47μm，此后轴振一直居高不下。3月31日，14：10，干湿并用，14：30，轴振降至13μm，18：11，轴振稳定在15μm以下。可见，在经历了4小时1分钟的湿法运行后，轴振下降了。估计在湿法运行当中，热汽将附着在静叶上的灰块软化，最终甩了下来。此次湿法的经历给我们一个启发：在以后的干法运行过程中，如果出现原因不明的轴振上升，可先转湿法运行几个小时，等轴振下降后再转干法运行。

此办法只是干法运行当中轴振上升后的一个弥补措施，没有从根本上解决结垢问题，且人为地湿法运行，发电出力下降了；此次轴振下降了，并不能说明此办法百用百灵。

3.4、在动、静叶上喷涂一种新材料，增强其抗结垢能力。

三炉压差叶片结垢，从表面上看，是动力气源不洁造成，但深层次分析，我们的转子存在"先天不足"，适应能力差。试想，如果我们的转子表面涂上一层高度耐磨、耐高温、光滑、不粘任何杂质的新材料，我们的转子就会变得"刀枪不入"，大大提高了抗"病"能力。

3.4.1、喷涂一种高分子材料。

在动静叶片上喷涂一种保护层，要求既防腐又耐磨，表面还不易积灰。美国杜邦特富龙涂料公司生产的不粘锅给我们的启示是不粘锅虽然不易结垢却不耐磨，堆焊碳化钨虽然耐磨却易结垢。如果选用一种高分子超光滑金属涂层，喷涂后极光滑的表面既能减少二级动叶片内流体的粘性阻力又有利于气体分离，防止静叶结垢，使气动性改善，进而提高透平机膨胀做功效率，还能大大降低粘性粉尘粘附。由于该材料是高分子聚合物，结构致密，本身含有金属抗磨原料，具有良好的抗化学腐蚀、抵抗冲蚀能力。

该材料由西安交通大学研制，已在水城钢铁集团炼钢厂的转炉煤气风机的叶轮上得到了成功的应用。有效地解决了风机叶轮积灰问题，由于风机、透平机都是原动机，都是转动设备，都存在结垢问题，值得借鉴。有关资料可见《冶金动力》2006年第2期33页《转炉煤气风机叶轮故障诊断及处理措施》一文，我们可联系实地考察。

3.4.2、喷涂一种纳米材料。

纳米材料并不陌生，平时使用的纳米杯、纳米漆等。纳米材料优良的性能已经深入到我们的生活，具有广阔的发展前景，我们已经感受到纳米时代的到来。

哈尔滨鑫科纳米科技发展有限公司自主研发的产品钛纳米防腐涂料，以其高抗渗透性、耐蚀、耐磨，高表面强度的特点和低于国外高档产品的价格，受到了市场的欢迎。用纳米防腐材料涂覆的物品在海水中浸泡10年不损，在目前海洋船体防腐蚀涂料中最具发展前景。

这里提供几个纳米材料生产厂家：（附后）

3.5、在透平机入口加装一套超声波清灰装置。

声波清灰技术也不陌生，2003年7月，热电1#电除尘大修改造，就在电场入口加装了一套石家庄声力机电设备制造有限公司生产的SLK型声波清灰装置。声波清灰是利用声场能量，清除物体表面积灰的方法。达到一定强度的低频声波，作用于物体的积灰层，破坏其间的各种结合力，声波疲劳效应短时间内使积灰层出现龟裂现象，在重力或风力的作用下脱落。

声波是一种能量波，我们可以在透平机外部加装一套喇叭口，将原喷药装置利用上，声波通过波导管传入喷头，作用于叶片上，可有效去除干法运行中的各种结垢。

声波清灰技术已在济南钢铁公司的煤气加压机叶轮上得到了成功的应用，有效地解决了叶轮积灰问题。但需要注意的是必须使用氮气作气源，不能使用蒸汽和空气。有关资料可见《冶金动力》2006年第2期35页《低频声波清灰装置在煤气加压机叶轮清灰中的应用》一文，也可联系实地考察。

4、综合分析

上述几种方案对比，本人更倾向于高分子材料与声波清灰技术的综合应用，即在静叶上喷涂高分子材料，用声波去除动叶积灰。如果选择加喷水装置，无论怎么喷水都影响发电量，从利润上考虑显然是不经济的；如果选择加药装置，价格昂贵的阻垢剂将使三炉压差成本上升10元/千度左右（三炉压差2005年综合成本是24.46元/千度）；干法转湿法降低轴振，只是在3月31日当天有效，以后是否起作用还需时间检验；纳米材料从理论上可行，但该技术处于初期阶段，在电力行业尚无业绩，且价格不菲；高分子材料与声波清灰技术已被证明是行之有效的，且在一炉、二炉和三炉上都可使用，把握比较大。如果成功，一炉压差成本可再降10元/千度左右，二炉压差成本可降21元/千度左右；如果成功，我们不仅进行了技术创新，成本指标排名还可能挤身同行业前列。建议先期考察，再定方案。

以上纯属个人观点，错误在所难免。不对之处，希望各位专家指教。

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