高炉煤气顶压回收汽轮机
高炉煤气顶压回收汽轮机
钢铁厂的现代高炉在高炉顶煤气压力下运行。离开 BF 顶部的高炉 (BF) 气体仍保持约 1.6 kg/sq cm (g) 至 3 kg/sq cm (g) 的压力，温度约为 200 摄氏度。从高炉顶部出来的气体经过净化以去除灰尘，净化后的气体在钢铁厂用作燃料，用于在相对较低的压力下进行加热。在此过程中，大量的压力能通过阀门损失。 BF 气体顶压回收涡轮机 (TRT) 是一种利用 BF 气体热能和压力能驱动涡轮机的机构。涡轮机产生的功被转移到发电机并转化为电能。 TRT 通过利用所有气体的已知特性来发电，即气体体积随压力降低而膨胀。该系统由除尘设备、燃气轮机和发电机组成。
TRT 基本上是高炉的一项节能措施，它利用高炉炉顶气的废压能发电。一个 TRT 装置可以生产大约 15 到 60 kWh/t 的铁水 (HM)。其输出可满足高炉所有设备（包括鼓风机）所需功率的30%左右。离开 TRT 装置的 BF 气体仍可用作钢铁厂的燃料。
炼铁过程中，高炉内产生高压高温高炉煤气。在传统实践中，高炉气体的能量因隔膜阀处的减压而被浪费。配备TRT装置是回收高炉气体压力和热能的最佳方式。 TRT装置通常安装在高炉气体净化设备的下游。通常情况下，在容量大于 1000 立方米的高炉上配备 TRT 是经济的。
TRT系统是利用膨胀涡轮机将高压高炉炉顶煤气的物理能转化为电能的发电系统。尽管压差低，但大的气体体积使得回收经济可行。 TRT的关键技术是保证膨胀透平在粉尘高炉条件下稳定高效运行，不影响高炉运行。
TRT 单元有几个关键参数，它们决定了 TRT 的性能和它的功率输出。下面给出了这些关键参数。
- 高炉炉顶气体积
- 高炉炉顶高炉煤气压力
- 气体净化装置 (GCP) 的压降
- GCP 后 BF 气体的温度
- TRT出口BF气体压力
- 高炉炉顶高炉煤气质量
- TRT 的效率
- 发电机与 TRT 结合的效率
来自高炉的炉顶煤气通常含有约 5 g/N cum 粉尘，将通过气体净化装置 (GCP) 以将粉尘量减少到 5 mg/N cum 以下。降低粉尘含量是TRT正常运行的必要条件。
带有 TRT 装置的 BF 炉顶煤气系统分为湿法和干法气体净化系统，具体取决于它们用于去除灰尘颗粒的方法。干式系统使用更少的水和电。与湿式系统相比，它们的压降更小，气体温度高出约 50 摄氏度。通过干式气体净化，TRT 系统通常可以多产生 30% 的功率，并有可能多产生 60% 的功率。因此，干式系统被认为具有更有利的经济性。
涡轮机有两种类型：径流式涡轮机和轴流式涡轮机。目前，轴流涡轮机被广泛用于TRT，因为它们更适合处理大流量。 TRT 通常为多级变式膨胀涡轮，采用轴流反作用设计，通常配备水平剖分式外壳，调速器转速为 3,000 rpm。 TRT一般采用无刷励磁同步发电机。发电机通常被适当地设计为在其将连接到的涡轮机施加的所有负载条件下运行。 TRT发电机通常产生6.6 kV，然后通过6.6 kV/33 kV升压变压器升压至33 kV
顶压的稳定性至关重要。顶压波动小，有利于高炉运行。根据高炉气体量的增加或减少，通过打开或关闭涡轮的第一级静叶片来控制顶部压力。对于传统的涡轮机，还结合使用调节阀来控制顶部压力。然而，与定子叶片相比，调速阀引起更大的压力损失，因此在动力回收和噪声防止方面是不利的。因此，在目前广泛使用的系统中，取消了调速阀，仅由一级定子叶片控制顶压。
湿式和干式TRT系统的典型流程示意图如图1所示。
图1干湿TRT系统典型流程图
经气体净化设备收尘后，洁净的高炉煤气通过进气蝶阀和进气护目镜阀进入涡轮机。紧急情况使用常闭旁通阀和打开紧急切断阀。
在 TRT 中，由涡轮机产生的机械功被转移到发电机来发电。低压低温BFG通过出口护目镜进入气路。
TRT 的运行可分为两个阶段，即 (i) 启动阶段和 (ii) 正常运行阶段。在启动阶段，必须检查液压子系统等所有准备工作。然后将启动 TRT 的信号发送给 BF 操作员。如果 BF 操作员同意该请求，将打开入口蝶阀和紧急切断阀。涡轮转速由入口蝶阀控制，炉顶煤气压力由隔膜阀控制。直到涡轮达到所需的转速，隔膜阀才慢慢关闭。然后启动阶段进入正常运行阶段。在正常运行阶段，炉顶煤气压力完全由涡轮的第一级定子叶片调节。通过打开或关闭涡轮第一级定子叶片来控制顶部压力。
在无法获得所需的炉顶气压力和炉顶气体积的情况下，气体可以绕过 TRT。回路中提供封闭式高压护目镜阀，确保高炉在TRT完全隔离的情况下（例如在维护阶段）不间断运行。
TRT系统可以与钢厂的配电系统同步。 TRT 工厂通常具有与高炉相同的可用性，即每年运行 350 天。 TRT电厂的辅助消耗非常低。
TRT 是一项经过验证的技术，其安装或运行风险很小。如果 TRT 系统因任何原因发生故障，膨胀气体将被容纳在现有的洗涤器中。这在没有安装 TRT 系统的高炉中是正常的。
不影响高炉运行，不消耗高炉煤气。由于 BF 气体非常易燃，它通常用于工厂的其他部分，为其他过程产生热量或能量。安装了 TRT 系统后，BF 气体有效地产生了两次能量——一次在涡轮机中，另一次在正常用途燃烧时。
TRT 是一种更清洁、更节能的技术，因为它可以利用工艺废气流中的压力能。 TRT 用于节能和减少温室气体排放。虽然安装 TRT 的经济效益是可观的，但环境优势也是一个重要的考虑因素。 TRT 非常可持续，因为使用该技术生产电力的过程是零排放的。这个过程是100%绿色的。
总之TRT具有以下特点。
- 这是一种用于钢铁厂高炉的节能技术
- 具有控制高炉炉顶压力功能的发电设备。
- 通过使用高炉产生的高炉煤气驱动涡轮机来发电。
- 发电不需要燃料。
- 由于不燃烧燃料，因此不会产生二氧化碳或其他温室气体。
- TRT 系统根据发电量减少二氧化碳排放。
- 与传统的隔膜阀相比，TRT 系统产生的噪音更小，有助于改善高炉周围的环境
- TRT系统的运维无需复杂的技术，BF运维人员即可轻松完成。
- 操作只需少量的水、氮气等，现有的高炉设备可以轻松覆盖。
制造工艺