高爐爐頂氣體余壓發(fā)電技術(shù)

趙 錚

（唐鋼國(guó)際工程技術(shù)股份有限公司，河北 唐山 063000）

高爐爐頂余壓發(fā)電裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)‘`TRT" )是開(kāi)始是在大約上世紀(jì)60年代開(kāi)始研究，在這些年發(fā)展過(guò)程中不斷地研究，實(shí)踐，現(xiàn)在發(fā)展已經(jīng)很完備了。TRT CTop Gas Pressure Recovery Turbine是“高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置”的縮寫(xiě)，它的主要原理是利用高爐爐頂氣體產(chǎn)生的熱以及壓力，這些都是勢(shì)能，然后通過(guò)透平機(jī)做功將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。如果咱們使用的高爐氣體經(jīng)過(guò)干法除塵技術(shù)之后，我們還可以將發(fā)電量提高很多。其實(shí)這種方式看上去是發(fā)電，其實(shí)是換一種方式回收能量，因?yàn)檫@些能量不加以回收的話(huà)也是浪費(fèi)掉，這樣的話(huà)就是滿(mǎn)足綠色循環(huán)的發(fā)展理念。不要小看這個(gè)回收能力，每次發(fā)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(fā)電方式我們不會(huì)消耗燃料，而且也不會(huì)白白浪費(fèi)能量，對(duì)環(huán)境造成不必要的污染，這種低成本，高回報(bào)的發(fā)電模式受到了各大工廠的喜愛(ài)，所以也作為高爐生產(chǎn)過(guò)程中重要的節(jié)能減排項(xiàng)目，受到國(guó)家和企業(yè)的大力推崇[1]。

1 TRT發(fā)展歷程

上世紀(jì)60年代一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)現(xiàn)并開(kāi)始進(jìn)行TRT技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究，它們努力在研究什么樣的設(shè)備和工藝能更好的利用能量。首先法國(guó)它采用的是濕式幅流式透平機(jī)，這樣可以防止氣體進(jìn)入TET裝置中，這樣在機(jī)器內(nèi)部就可以將能量全部回收，避免了損失。而前蘇聯(lián)采用的是軸流式透平機(jī)，他們?cè)谕钙綑C(jī)前面加了一個(gè)預(yù)熱裝置，這樣也可也以提高TRT裝置產(chǎn)生的熱能，各國(guó)在不斷的研究實(shí)踐，為了發(fā)揮其更好的作用，但是這時(shí)TRT技術(shù)的發(fā)展也遇到了瓶頸時(shí)期，人們已經(jīng)知道了他的優(yōu)點(diǎn)，忙于將它運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)生活中，而不注重他的優(yōu)勢(shì)突破，所以在此之后的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)TRT裝置的技術(shù)水平和裝備一直處于平穩(wěn)的發(fā)展階段。

但是之后全球爆發(fā)了一次嚴(yán)重的石油危機(jī)，各國(guó)的資源供應(yīng)缺乏，這樣是各國(guó)開(kāi)始重視能源循環(huán)利用的重要性，這樣大家又重新重視起來(lái)TRT技術(shù)的發(fā)展，尤其是在日本，TRT技術(shù)發(fā)展的最快，日本的幾家大公司根據(jù)不同企業(yè)發(fā)展的要求研制了不同技術(shù)的TRT裝置，這樣TRT技術(shù)在日本得到不斷的發(fā)展壯大，在占領(lǐng)日本的市場(chǎng)之后還不斷的向國(guó)際市場(chǎng)開(kāi)始擴(kuò)展，這時(shí)國(guó)際市場(chǎng)中絕大部分的TRT技術(shù)來(lái)源都源自日本。

在國(guó)內(nèi)，1983年我國(guó)的首鋼集團(tuán)首先引進(jìn)了高爐爐頂氣體TRT工藝技術(shù)和設(shè)備，之后在我國(guó)的有關(guān)部門(mén)的大力扶持下我國(guó)的陜鼓集團(tuán)和日本的發(fā)展TRT技術(shù)的公司創(chuàng)立了商業(yè)技術(shù)合作，這也是我國(guó)正式開(kāi)展TRT技術(shù)設(shè)備研制的第一步。其中中航工業(yè)成都發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司是主要制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的，他利用研制發(fā)動(dòng)機(jī)所用的技術(shù)特點(diǎn)和TRT技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造出獨(dú)一無(wú)二的TRT裝置技術(shù)并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行很好的控制，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的TRT技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的很成熟了，很多技術(shù)已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了國(guó)際發(fā)展水平，因此也大量出口到國(guó)外。

目前來(lái)看我國(guó)在不斷生產(chǎn)發(fā)展高壓化高爐，而對(duì)于氣體的凈化我們也有了創(chuàng)新的方法，之前一直采用的是濕法除塵，有很多的弊端，而現(xiàn)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(shù)。干法除塵有很多的優(yōu)點(diǎn)，不僅會(huì)改變煤氣的品質(zhì)，而且能更大程度上回收高爐煤氣產(chǎn)生的熱能和壓力能，這樣也進(jìn)一步優(yōu)化了TRT技術(shù)和設(shè)備的要求[2]。

2 影響TRT發(fā)電的技術(shù)因素分析

2.1 透平入口流量變化對(duì)透平軸輸出功率的影響

TRT裝置的主要原理就是回收產(chǎn)生的能量，防止資源浪費(fèi)，但是整個(gè)操作過(guò)程是在高爐中進(jìn)行的，所以高爐的運(yùn)作會(huì)直接影響TRT技術(shù)的實(shí)施，同時(shí)TRT影響著高爐爐頂?shù)膲毫刂疲訲RT技術(shù)反之也會(huì)影響高爐的使用情況。

高爐在運(yùn)作過(guò)程中會(huì)設(shè)定一個(gè)爐頂壓力的固定值，一旦這個(gè)高爐爐頂?shù)膲毫Τ^(guò)這個(gè)數(shù)值時(shí)透平機(jī)內(nèi)的透平靜葉就會(huì)自然張大，這樣在相同的時(shí)間內(nèi)通過(guò)高爐的煤氣量就會(huì)大大增加。相反，此時(shí)如果高爐爐頂?shù)膲毫](méi)有超過(guò)這個(gè)數(shù)值，這個(gè)透平靜葉就會(huì)縮小角度，那么這是通過(guò)高爐的氣體量就會(huì)減少。這也是TRT技術(shù)如何來(lái)影響高爐運(yùn)作的關(guān)鍵性因素就是這個(gè)透平靜葉的調(diào)整。當(dāng)然在其它條件不變的情況下，通過(guò)高爐爐頂?shù)拿簹饬吭酱螅敵龅墓β室簿驮礁摺?/p>

2.2 TRT軸輸出功率的計(jì)算

其實(shí)TRT的主要作用就是進(jìn)行能量的回收，但是在這個(gè)過(guò)程中起關(guān)鍵作用的就是透平裝置的使用，高爐爐頂?shù)拿簹鈺?huì)通過(guò)透平裝置將壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)促動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)地帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，這樣就完成了發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換。我們應(yīng)該知道的是在裝置中氣流，溫度的高低都會(huì)影響透平裝置軸端的出力情況。但是有些指標(biāo)并不會(huì)影響透平裝置的出力情況，例如有些氣體中會(huì)混有不同的雜質(zhì)氣體。只要能進(jìn)入透平裝置就都是合格的氣體，我們并不用擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題。

但是目前來(lái)看TRT技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r并不樂(lè)觀，因?yàn)榇蟛糠咒撹F廠只關(guān)注本廠產(chǎn)生鋼鐵的產(chǎn)量，而忽略了對(duì)于可回收能源的二次利用，而且現(xiàn)在很多企業(yè)還不是很了解TRT技術(shù)，再加上現(xiàn)在TRT設(shè)備的質(zhì)量也不是很高，所以在施行過(guò)程中會(huì)面臨很多的問(wèn)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(lái)說(shuō)由于閥組設(shè)計(jì)的比較復(fù)雜，所以我們會(huì)在高爐閥組和此裝置相連處通一個(gè)管道，這樣也是為了高爐運(yùn)作時(shí)的安全問(wèn)題著想，但是就是因?yàn)橛羞@樣的管道所以高爐煤氣不能全部進(jìn)入透平裝置之中，所以輸出功率就會(huì)大大減小，所以不可否認(rèn)的是煤氣量的大小真的對(duì)透平裝置出力有很大的影響。

（2）在高爐裝置中會(huì)有減壓的閥組，但是這個(gè)閥組很容易泄露氣體，這樣煤氣量減少也會(huì)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(jī)的發(fā)電量也會(huì)增加。

2.3 透平入口壓力變化對(duì)透平軸輸出功率的影響

近幾年來(lái)隨著大型高爐的不斷投入生產(chǎn)，對(duì)爐頂?shù)膲毫σ笠膊粩嗟卦谔岣撸钥梢赃M(jìn)入TRT透平裝置的壓力也越來(lái)越高，所以輸出功率也在不斷的增加，這是一個(gè)良好的發(fā)展趨勢(shì)。但是現(xiàn)在的高爐煤氣最好是利用高爐重力除塵器來(lái)進(jìn)行干法除塵，這樣才會(huì)大大的提高發(fā)電量。

2.4 透平入口溫度變化對(duì)透平軸輸出功率的影晌

正是現(xiàn)在的高爐氣體都用了干法袋式除塵技術(shù)，所以進(jìn)入TRT裝置的氣體壓力達(dá)到了很高的要求，相應(yīng)的透平機(jī)輸出功率也大大的增加。但在實(shí)際過(guò)程中我們還可以繼續(xù)增加煤氣的溫度，當(dāng)然是在干法除塵允許的范圍內(nèi)同時(shí)還一定要注意減少其他的熱損失，這樣我們就可以提高發(fā)電效能。

其實(shí)之前就介紹過(guò)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(lái)說(shuō)利用干法除塵氣體的阻力會(huì)比較小，應(yīng)為不同的凈化方式所耗費(fèi)壓力的大小不同，但是會(huì)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(nèi)，采用干法除塵比較好，除此之外我們還能利用其他方式來(lái)降低煤氣管道的阻力來(lái)提高TRT的發(fā)電量[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

在高爐中氣體是一種復(fù)合的流體，它往往包含著壓力，溫度，關(guān)鍵是他在TRT裝置中可以進(jìn)行壓力控制和回收能量，因此當(dāng)我們改變透平機(jī)的壓力，以及通入氣體的溫度時(shí)，相應(yīng)的輸出功率也會(huì)發(fā)生變化。高溫高壓的環(huán)境中會(huì)大幅度的提高TRT裝置的發(fā)電能力，這里需要注意的是尤其是溫度的改變會(huì)將TRT裝置的發(fā)電能力提高約30%左右。