高爐爐頂氣體余壓發電技術

趙 錚

（唐鋼國際工程技術股份有限公司，河北 唐山 063000）

高爐爐頂余壓發電裝置(以下簡稱‘`TRT" )是開始是在大約上世紀60年代開始研究，在這些年發展過程中不斷地研究，實踐，現在發展已經很完備了。TRT CTop Gas Pressure Recovery Turbine是“高爐煤氣余壓透平發電裝置”的縮寫，它的主要原理是利用高爐爐頂氣體產生的熱以及壓力，這些都是勢能，然后通過透平機做功將其轉化為機械能，從而帶動發電機進行發電。如果咱們使用的高爐氣體經過干法除塵技術之后，我們還可以將發電量提高很多。其實這種方式看上去是發電，其實是換一種方式回收能量，因為這些能量不加以回收的話也是浪費掉，這樣的話就是滿足綠色循環的發展理念。不要小看這個回收能力，每次發電之前我們可以回收全部所需能量的30%，可想而知利用這種發電方式我們不會消耗燃料，而且也不會白白浪費能量，對環境造成不必要的污染，這種低成本，高回報的發電模式受到了各大工廠的喜愛，所以也作為高爐生產過程中重要的節能減排項目，受到國家和企業的大力推崇[1]。

1 TRT發展歷程

上世紀60年代一些西方發達國家發現并開始進行TRT技術的開發與研究，它們努力在研究什么樣的設備和工藝能更好的利用能量。首先法國它采用的是濕式幅流式透平機，這樣可以防止氣體進入TET裝置中，這樣在機器內部就可以將能量全部回收，避免了損失。而前蘇聯采用的是軸流式透平機，他們在透平機前面加了一個預熱裝置，這樣也可也以提高TRT裝置產生的熱能，各國在不斷的研究實踐，為了發揮其更好的作用，但是這時TRT技術的發展也遇到了瓶頸時期，人們已經知道了他的優點，忙于將它運用到實際的生產生活中，而不注重他的優勢突破，所以在此之后的很長時間內TRT裝置的技術水平和裝備一直處于平穩的發展階段。

但是之后全球爆發了一次嚴重的石油危機，各國的資源供應缺乏，這樣是各國開始重視能源循環利用的重要性，這樣大家又重新重視起來TRT技術的發展，尤其是在日本，TRT技術發展的最快，日本的幾家大公司根據不同企業發展的要求研制了不同技術的TRT裝置，這樣TRT技術在日本得到不斷的發展壯大，在占領日本的市場之后還不斷的向國際市場開始擴展，這時國際市場中絕大部分的TRT技術來源都源自日本。

在國內，1983年我國的首鋼集團首先引進了高爐爐頂氣體TRT工藝技術和設備，之后在我國的有關部門的大力扶持下我國的陜鼓集團和日本的發展TRT技術的公司創立了商業技術合作，這也是我國正式開展TRT技術設備研制的第一步。其中中航工業成都發動機(集團)有限公司是主要制造航空發動機的，他利用研制發動機所用的技術特點和TRT技術結合，創造出獨一無二的TRT裝置技術并且能夠對其進行很好的控制，現在國內的TRT技術已經發展的很成熟了，很多技術已經達到甚至超過了國際發展水平，因此也大量出口到國外。

目前來看我國在不斷生產發展高壓化高爐，而對于氣體的凈化我們也有了創新的方法，之前一直采用的是濕法除塵，有很多的弊端，而現在我們大度采用新型的除塵方法干法除塵，其中最普遍的使用方法就是高爐氣體布袋除塵技術。干法除塵有很多的優點，不僅會改變煤氣的品質，而且能更大程度上回收高爐煤氣產生的熱能和壓力能，這樣也進一步優化了TRT技術和設備的要求[2]。

2 影響TRT發電的技術因素分析

2.1 透平入口流量變化對透平軸輸出功率的影響

TRT裝置的主要原理就是回收產生的能量，防止資源浪費，但是整個操作過程是在高爐中進行的，所以高爐的運作會直接影響TRT技術的實施，同時TRT影響著高爐爐頂的壓力控制，所以TRT技術反之也會影響高爐的使用情況。

高爐在運作過程中會設定一個爐頂壓力的固定值，一旦這個高爐爐頂的壓力超過這個數值時透平機內的透平靜葉就會自然張大，這樣在相同的時間內通過高爐的煤氣量就會大大增加。相反，此時如果高爐爐頂的壓力沒有超過這個數值，這個透平靜葉就會縮小角度，那么這是通過高爐的氣體量就會減少。這也是TRT技術如何來影響高爐運作的關鍵性因素就是這個透平靜葉的調整。當然在其它條件不變的情況下，通過高爐爐頂的煤氣量越大，輸出的功率也就越高。

2.2 TRT軸輸出功率的計算

其實TRT的主要作用就是進行能量的回收，但是在這個過程中起關鍵作用的就是透平裝置的使用，高爐爐頂的煤氣會通過透平裝置將壓力能和熱能轉化為機械能，同時促動葉片轉動，相應地帶動發電機進行發電，這樣就完成了發電的能量轉換。我們應該知道的是在裝置中氣流，溫度的高低都會影響透平裝置軸端的出力情況。但是有些指標并不會影響透平裝置的出力情況，例如有些氣體中會混有不同的雜質氣體。只要能進入透平裝置就都是合格的氣體，我們并不用擔心這個問題。

但是目前來看TRT技術的發展狀況并不樂觀，因為大部分鋼鐵廠只關注本廠產生鋼鐵的產量，而忽略了對于可回收能源的二次利用，而且現在很多企業還不是很了解TRT技術，再加上現在TRT設備的質量也不是很高，所以在施行過程中會面臨很多的問題，例如：

（1）在TRT裝置中，此裝置與高爐中閥組相連，但是一般來說由于閥組設計的比較復雜，所以我們會在高爐閥組和此裝置相連處通一個管道，這樣也是為了高爐運作時的安全問題著想，但是就是因為有這樣的管道所以高爐煤氣不能全部進入透平裝置之中，所以輸出功率就會大大減小，所以不可否認的是煤氣量的大小真的對透平裝置出力有很大的影響。

（2）在高爐裝置中會有減壓的閥組，但是這個閥組很容易泄露氣體，這樣煤氣量減少也會影響透平裝置出力。但是需要注意的是如果氣體采用干法除塵的方法，透平機的發電量也會增加。

2.3 透平入口壓力變化對透平軸輸出功率的影響

近幾年來隨著大型高爐的不斷投入生產，對爐頂的壓力要求也不斷地在提高，所以可以進入TRT透平裝置的壓力也越來越高，所以輸出功率也在不斷的增加，這是一個良好的發展趨勢。但是現在的高爐煤氣最好是利用高爐重力除塵器來進行干法除塵，這樣才會大大的提高發電量。

2.4 透平入口溫度變化對透平軸輸出功率的影晌

正是現在的高爐氣體都用了干法袋式除塵技術，所以進入TRT裝置的氣體壓力達到了很高的要求，相應的透平機輸出功率也大大的增加。但在實際過程中我們還可以繼續增加煤氣的溫度，當然是在干法除塵允許的范圍內同時還一定要注意減少其他的熱損失，這樣我們就可以提高發電效能。

其實之前就介紹過高爐煤氣的凈化方式一般分兩種，干法除塵和濕法除塵，一般來說利用干法除塵氣體的阻力會比較小，應為不同的凈化方式所耗費壓力的大小不同，但是會直接影響透平裝置的輸出功率的大小，所以我們一般在條件允許的范圍內，采用干法除塵比較好，除此之外我們還能利用其他方式來降低煤氣管道的阻力來提高TRT的發電量[3]。

3 結語

在高爐中氣體是一種復合的流體，它往往包含著壓力，溫度，關鍵是他在TRT裝置中可以進行壓力控制和回收能量，因此當我們改變透平機的壓力，以及通入氣體的溫度時，相應的輸出功率也會發生變化。高溫高壓的環境中會大幅度的提高TRT裝置的發電能力，這里需要注意的是尤其是溫度的改變會將TRT裝置的發電能力提高約30%左右。