高爐 TRT 余壓發(fā)電的研究與應(yīng)用

王文峰

（河鋼邯鋼能源中心，河北 邯鄲 056000）

為了提高高爐生產(chǎn)效率，促進(jìn)高爐內(nèi)化學(xué)氣體能的充分利用，很多大型高爐會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣壓系統(tǒng)中的高壓調(diào)節(jié)閥，改變氣體通道截面積，以提高爐頂內(nèi)氣壓壓力。當(dāng)高爐爐頂氣壓壓力達(dá)到0.03Mp時(shí)，將這種生產(chǎn)狀態(tài)稱之為高爐高壓運(yùn)行。

高爐高壓運(yùn)行狀態(tài)下，爐頂內(nèi)氣體具有較大的壓力能，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式下，都是通過(guò)爐頂減壓閥來(lái)降壓氣體壓力。這不僅使?fàn)t內(nèi)氣體所具有的壓力勢(shì)能白白浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大氣污染和噪聲公害。

為了解決上述問(wèn)題，促進(jìn)高爐生產(chǎn)節(jié)能減排，我廠安裝了TRT余壓發(fā)電裝置對(duì)高爐進(jìn)行了節(jié)能改造，充分利用高爐內(nèi)氣體的壓力和熱能進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了煉鐵與發(fā)電的聯(lián)產(chǎn)節(jié)能，為企業(yè)贏得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

1 TRT余壓發(fā)電系統(tǒng)的組成和基本運(yùn)行原理

TRT余壓發(fā)電裝置主要由八大系統(tǒng)組成：包括透平主機(jī)、閥門系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、發(fā)配電系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。其中透平主機(jī)是余壓發(fā)電系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)高爐內(nèi)壓力向機(jī)械動(dòng)能的轉(zhuǎn)化；閥門系統(tǒng)作用是開(kāi)閉氣體管路，調(diào)節(jié)氣體流量，起到穩(wěn)定爐頂內(nèi)氣體壓力的作用，同時(shí)為停氣檢修提供條件；發(fā)配電系統(tǒng)主要是并網(wǎng)輸送電流，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)流、差動(dòng)、失磁保護(hù)；自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)TRT機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)、運(yùn)行、過(guò)程檢測(cè)控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表反饋的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)定值，自動(dòng)完成TRT的啟停、并網(wǎng)、頂壓調(diào)節(jié)等控制內(nèi)容，從而確保高爐正常生產(chǎn)，頂壓波動(dòng)不超限。

TRT余壓發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是利用了高爐高壓運(yùn)行狀態(tài)下，爐頂內(nèi)氣體所具有的壓力和熱量，使氣體在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功，推動(dòng)透平主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)與透平機(jī)相聯(lián)結(jié)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。所產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)，從透平機(jī)出來(lái)的凈化后氣體則會(huì)企業(yè)氣體管網(wǎng)內(nèi)繼續(xù)使用。

從工作原理上來(lái)看，TRT裝置透平主機(jī)替代了原有的高爐內(nèi)氣體系統(tǒng)高壓閥組，但TRT裝置卻可對(duì)氣壓力進(jìn)行回收利用，使?fàn)t內(nèi)氣體壓力做功發(fā)電而不至白白浪費(fèi)。在高爐采用干法除塵和高壓運(yùn)行等理想條件下，TRT裝置的發(fā)電量最高可達(dá)到50千瓦時(shí)/噸鐵以上，可為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2 提高TRT系統(tǒng)發(fā)電量的技術(shù)措施

TRT裝置是利用高爐內(nèi)壓力推動(dòng)透平機(jī)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電的，因此其發(fā)電量主要與高爐內(nèi)氣體的壓力和流量有直接關(guān)系。由于生產(chǎn)工藝和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的不同，各企業(yè)TRT系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的發(fā)電量也有較大差異，為了提高TRT裝置對(duì)氣體壓力的利用率，提高發(fā)電量，以使其發(fā)揮應(yīng)有的功效，可從以下工藝技術(shù)環(huán)節(jié)采取措施。

（1）盡量采用干法除塵。干法除塵工藝不僅除塵效果好，節(jié)省水耗，而且經(jīng)除塵處理后的氣體含水量低，溫度較高，可提高爐內(nèi)氣體發(fā)熱值，更利于氣體在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功。據(jù)測(cè)算，高爐干法除塵相比于濕法除塵，發(fā)電量可提高36%以上；溫度每提高10℃，透平機(jī)效率提高10%。

（2）保持爐頂較高的氣體壓力。提高氣體壓力，保持高爐高壓運(yùn)行狀態(tài)有利于透平機(jī)更多做功。此外提高爐內(nèi)氣體壓力也有利于高爐產(chǎn)量的提高和爐況的穩(wěn)定，對(duì)于冶煉低硅鐵也有一定的好處。

（3）適當(dāng)提高TRT裝置氣體入口溫度。在氣體壓力不變的情況下，高爐內(nèi)的氣體溫度越高，在透平機(jī)內(nèi)的膨脹越大，越有利于透平機(jī)做功和提高發(fā)電量。

但氣體溫度并非越高越好，當(dāng)氣體溫度高于250℃時(shí)會(huì)使除塵布袋變脆甚至燒損，這就需要設(shè)置旁路冷熱交換器來(lái)應(yīng)對(duì)溫度的變化；當(dāng)溫度超過(guò)350℃時(shí)，就需要采取打水降溫措施。因此，在提高氣體溫度和TRT發(fā)電能力的同時(shí)，還要考慮除塵布袋對(duì)于氣體溫度的承受能力，以保證系統(tǒng)以最為環(huán)保、可靠和經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)運(yùn)行。

（4）調(diào)整好TRT入口的靜葉角度。為保證爐頂氣體壓力的穩(wěn)定，需在氣體管網(wǎng)中設(shè)置必要的壓力調(diào)節(jié)設(shè)備，通常在TRT入口設(shè)置靜葉角度調(diào)節(jié)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。

通過(guò)調(diào)整靜葉片的角度可控制氣體的壓力、流量，以減少爐頂內(nèi)的壓力波動(dòng)，并對(duì)TRT輸出功率進(jìn)行控制。采用自動(dòng)控制可使靜葉片角度隨爐內(nèi)氣體壓力及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而避免了爐頂壓力的較大波動(dòng)，保持TRT功率輸出的穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）優(yōu)化TRT系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。調(diào)節(jié)和優(yōu)化TRT系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)自動(dòng)化控制保證系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與高爐生產(chǎn)狀況的良好匹配。

包括對(duì)儀表PID參數(shù)、高壓閥組控制參數(shù)等參數(shù)的調(diào)節(jié)，使TRT系統(tǒng)保持在穩(wěn)定高效的運(yùn)行狀態(tài)，使高爐所產(chǎn)生的氣體全部透平主機(jī)，最大化利用氣體壓力進(jìn)行發(fā)電。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通常TRT透平機(jī)出力與高爐有效容積比為4.0～4.3。

（6）加強(qiáng)設(shè)備的檢修維護(hù)。

3 高爐內(nèi)氣體TRT余壓發(fā)電技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

TRT余壓發(fā)電技術(shù)是促進(jìn)冶金能源高效利用的節(jié)能減排技術(shù)，據(jù)估算，系統(tǒng)理想運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)TRT系統(tǒng)回收的電能可占到噸鐵耗電量的60%以上，同時(shí)還可改善噪音、粉塵污染等問(wèn)題。由此可見(jiàn)，TRT余壓發(fā)電在高爐生產(chǎn)二次能源回收利用中的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。正因如此，國(guó)家也在大力推廣TRT技術(shù)，以促進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)的節(jié)能高效。