高炉炉顶余压发电技术

高炉炉顶余压发电技术-TRT的应用

TRT——(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit,以下简称TRT) 是国际公认的钢铁企业很有价值的二次能源回收装置，高炉煤气余压透平发电装置(即TRT)是利用高炉冶炼的副产品——高炉炉顶煤气具有的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,将其转

化为机械能，从而驱动发电机发电。

提高高炉生产率的途径之一，是单位时间内向高炉鼓入更多的空气和氧气。但增加鼓风要引起高炉内煤气上升浮力的增加，这种浮力妨碍了炉料的正常均匀下降，限制了生产率的提高。若把炉顶压力提高，高炉工作空间的压力也相应提高，使煤气的体积缩小、流速降低，压头损失也随之降低，从而促进高炉顺行，可以减少悬料、崩料，以及提高产量，减少单位生铁的热量损失和焦炭消耗。同时，由于顶压的提高，使炉料和煤气之间的物理化学过程加快，加速2CO=CO2+C反应向体积缩小方向进行，有利于煤气的化学能得到充分利用。这就是所谓的高压操作，炉内压力是靠煤气系统的压力调节阀组来控制的。由此得到的煤气压力能如不加以利用，还会产生了大气污染和噪声公害。为了不浪费炉顶煤气的压力能和热能，从20世纪60年代开始开发了利用炉顶煤气能量的发电技术，现已广泛应用于高压高炉上。

所谓TRT就是炉顶余压发电透平机的简称。TRT煤气入口从文氏管后的煤气管接出，TRT的煤气出口与调压阀组后的净煤气主管相接，所以TRT是与调压阀组并联在净煤气管道上的。高压煤气在透平机内膨胀做功，推动透平机叶轮转动，带动发电机发电。透平机有轴流向心式、轴流冲动式和轴流反动式3种，其中轴流反动式的质量小、效率高。在回收余压能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收3种，平均回收的发电能力高，设备投资低，投资回收期短，而且还能保证高炉炉顶压力稳定,我国宝钢的TRT就采用平均回收方式。

炼铁生产中，高炉炉顶煤气压力大于0.03兆帕时，采用煤气余压发电技术装备（TRT）可将这部分压力能回收，其设备的工作原理是煤气的余压使煤气在透平机内进行膨胀做功，推动透平机转动，进而带动发电机转动，发出一定的电量。根据炉顶压力不同，TRT装置所发出的电量与高炉煤气的压力和流量有关，一般吨铁发电量为35千瓦时～40千瓦时。高炉煤气采用干法除尘可以使发电量提高36%，且温度每升高10℃，会使发电透平机效率提高10%，进而使TRT装置最高发电量可达54千瓦时/吨铁。

一、高炉炉顶余压发电的工艺流程

高炉荒煤气经重力除尘器后的半净煤气管道进入布袋除尘器的进气总管。在布袋除尘器进气总管和布袋除尘器之间设有一个旁路，在旁路上设有冷热交换器，用于煤气的升温和降温。布袋除尘器的布袋是氟美斯化纤制品，其工作温度为80℃～250℃，瞬间不允许超过500℃。煤气温度低于80℃易产生结露现象，布袋内有露水会与灰尘结球，造成布袋除尘的

除尘效果下降，严重时会导致煤气流流动不畅；煤气温度高于250℃会使布袋变脆，甚至烧损。所以，设置旁路冷热交换器来应对煤气温度的变化，是干式布袋除尘器能够正常工作的条件。

从干式布袋除尘器出来的净煤气将进入透平机。这时的净煤气温度在120℃～180℃之间，含尘量为1.2～4.6毫克/立方米。从透平机出来的净煤气进入企业的净煤气管网。一些炼铁企业高炉煤气采用湿式除尘方法，即在重力除尘器之后采用文式管除尘设备，出来的净煤气仍可进入透平机去发电。

从工作原理上看，TRT装置代替了原来煤气系统的高压阀组，不同的是，原煤气系统的高压阀组将煤气的压力能白白泄漏掉了，而TRT装置可以回收高炉鼓风能量的30%左右。

二、高炉煤气干法除尘的优点

一般来说，采用高炉煤气干法除尘，设备投入为湿法除尘的60%～70%，从工艺上来讲完全可以取代湿法除尘设备。除此之外，干法除尘还具有以下优势：不耗新水，不会产生污水和污泥，吨铁可节水0.7～0.8立方米；除尘效果好，可以实现煤气含尘量小于3毫克/立方米；煤气温度高和含水量低，可使煤气发热值提高，同时使TRT发电能力增强36%，减轻煤气管道锈蚀；干法除尘装置占地少，仅为湿法除尘的50%，且建设周期缩短；采用氮气脉冲反吹技术，清灰效果好，减少了煤气泄露。莱钢、柳钢、通钢、韶钢、攀钢、首钢、邯钢、石钢、青钢、杭钢、太钢、本钢等企业的部分高炉均采用了干法除尘。

宝钢高炉TRT（采用湿式除尘）平均吨铁发电量为35.2千瓦时，所回收的电力占吨铁电耗的64.55%，设备运行1年半就可以将投资全部收回。攀钢4号1350立方米高炉的TRT 设备经过改造后平均发电量可达405.25万千瓦时/年，年可创效益1100万元。韶钢2500立方米高炉TRT（采用干法除尘）透平要为干式轴流两级反动式，两级全静叶自动可调，发电机为无刷励磁发电机，平均吨铁发电量达47.2千瓦时/吨。

三、提高TRT系统发电量的途径

目前，全国已有220多套TRT系统在运行，但是其发电量有很大的差异，除采用干法除尘与湿法除尘所造成的差异之外，尚有多种因素存在。各企业要根据自身的具体情况进行技术分析，采取有效的措施，尽早让TRT发挥出应有的功效。提高TRT发电量的措施主要有以下几条：

一是积极采用高炉煤气干法除尘技术装备。二是提高高炉炉顶煤气压力，减少煤气从炉顶到透平机的压力损失。提高高炉炉顶煤气压力还可以带来产量的提高、可以冶炼低硅铁等方面的好处。三是保持高炉煤气稳定地以最大发生量供给透平机，这就要求高炉生产要稳定地处于高水平状态。这样就可以关闭煤气系统的高压阀组，使高炉煤气全量通过TRT透平机。四是适当提高TRT煤气入口温度。高炉正常生产状态下炉顶温度应小于250℃，在超过350℃时就要采取打水降温措施。在煤气压力不变的条件下，煤气温度高，煤气压透平机

内体积膨胀大，就会使发电量提高。优化处理好高炉炉顶煤气温度和TRT发电能力，寻找提高发电量的有效方式。五是调整好TRT入口的静叶角度。在煤气管网中设置能进行煤气压力调节的设备，通过调整静叶片的角度，来控制煤气的压力和输出功率，可以使高炉炉顶压力波动小，同时TRT的输出功率也可以处于稳定状态，这可以用小型计算机来进行控制。六是提高TRT设备运行率。首先，要提高TRT设备的开工率，延长TRT稳定运行的时间，并力争在高水平状态下工作，同时加强对TRT设备的维修、保养、及时排除各种设备故障；其次，要提高TRT人员的技术水平，维修水平等。七是合理优化TRT工艺技术参数。优选TRT工作性能曲线，使TRT功能与高炉正常生产进行优化匹配。一般TRT透平机出力与高炉有效容积比为4.0～4.3。

四、高炉炉顶余压发电技术的发展前景

目前，我国高炉TRT技术装备发展不平衡，已有设备水平有待进一步提高，尚有一批高炉需要增添TRT设备。

首先，高炉炉顶压力大于120千帕的高炉均应配置TRT设备。从动力学角度出发，煤气压力大于120千帕时推动透平机发电会产生经济效益，并不是以高炉炉容大小来划分。我国个别380立方米容积的高炉炉顶压力已达到120千帕。新修订的《高炉炼铁工艺设计规范》中已明确指出：高炉（指《钢铁产业发展政策》中规定的容积大于1000立方米的高炉）必须设置高炉炉顶煤气压余发电装置，余压透平发电装置应与高炉同步投产。

目前，我国现有150多套TRT设备在运行，约有近90座高炉准备增添TRT设备，仍有一部分高炉没有使用TRT技术装备。所以说，TRT技术装备还应大力推广。

已有TRT设备总体运行状态尚不理想，也是目前需要注意的一个问题。绝大多数高炉还在采用湿法除尘技术装备，发电潜力较大。一部分企业TRT设备管理水平不高，致使TRT 设备没有达到设计能力。我国高炉炉顶煤气压力水平与国外相比还存在较大差距，这也影响了TRT设备能力的发挥。据统计，宝钢3号高炉（4350立方米）的炉顶压力为234千帕，是我国高炉炉顶压力最高的高炉，鞍钢6号高炉（3200立方米）顶压为232千帕，首钢2号高炉（2536立方米）顶压为197千帕，武钢1号高炉（2200立方米）顶压为209千帕，柳钢2号高炉（1080立方米）顶压为181千帕，均是同类型容积高炉顶压较高的高炉。如全国高炉全部采用干式TRT装置技术，年可节电120亿kWh，还可解决噪音、震动、粉尘污染等问题。

为了推进节能环保效益型创新技术的快速发展，国家今后将制定相关政策，从节能项目贷款、项目立项等方面给予大力扶持，争取全行业1000立方米以上高炉采用TRT技术达到100％，有条件的中型高炉要进一步加快TRT技术应用的步伐。全行业要在推广和应用节能环保效益型新技术方面加大力度，确保钢铁工业可持续发展。